实时频谱分析仪中的宽带数字中频技术研究与实现

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3、5东南大学学位论文独创性了碍20870㈣Ⅲ㈣㈣舢¨Ⅲ㈣㈣洲删本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：±查三塞日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其

4、他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：—型导师签名：监日期：摘要无线通信技术的飞速发展使得电磁频谱的检测管理越来越重要。具有宽带信号采样、深存储捕获、实时宽带谱分析、高速数据传输等技术的实时频谱分析仪对频谱监测工作提供了有力的保障。建立实时频谱分析仪中的宽带数字中频系统将为我国宽带信号的频谱分析仪的研究、开发、设计与应用提供理论基础和技术支持。本文主要讨论了宽带

5、数字中频系统的逻辑设计与实现。首先从阐述全数字中频处理技术的基础理论入手，本文对信号采样理论、数字下变频理论、采样率变换理论、快速傅里叶变换理论进行分析和探讨。在此基础上结合宽带数字中频系统的应用需求，提出了适合于FPGA实现的宽带数字中频系统处理方案：首先采用带通采样定理对模拟中频信号进行采样，接着采用数字下变频将中频信号移至零频，又在保证有效信号不失真的前提下，对高速率的数据进行抽取滤波处理，得到低速率基带信号，在此基础上完成后续的FFT处理，提取所需的频谱信息，实现整个频谱仪的频谱测量功能。接着本文论述了FPGA中各模块的设计

6、与实现，包括数字下变频模块、采样率转换模块和快速傅里叶变换模块。数字下变频模块中，结合具体的采样频率、中频频率，在数字混频理论的基础上提出了一种免去硬件乘法的定点混频算法。同时利用混频后结果的特殊性，设计了一种只需普通FIR滤波器四分之一乘法器的低通抽取滤波器，并用FPGA实现。采样率转换模块中，结合Sinc插值算法理论，提出了一种l～2倍抽取滤波器结构，实现了信号的小数倍抽取。同时在FPGA中利用卜2倍抽取滤波器与半带滤波器的级联，进行任意倍的采样率转换。快速傅里叶变换模块中，结合离散信号的加窗与分帧原理，先对信号进行加窗与分帧，

7、然后利用FPGA中的FFTIP核对信号进行快速傅里叶变换。在此基础上，本文还论述了宽带数字中频系统中板卡的硬件结构。总体介绍了宽带数字中频系统硬件结构中的四个模块：数字中频信号处理模块、大容量数据存储模块、PCIe模块、DSP模块，并给出了各个模块的原理图与整个中频系统的PCB图。此外本文还重点重点介绍了数字中频信号处理模块，说明了该模块中ADS5474模数转换芯片的采样过程和使用源同步时钟系统的数据传输过程，同时也阐明了该模块中FPGA接收数据的过程。同时本文根据各个系列FPGA的不同特点，对FPGA的选择进行了说明。最后对宽带数

8、字中频系统进行了ModelSiIll仿真和硬件平台实机功能验证。本文通过M0delSim仿真软件分别对宽带数字中频系统中FPGA的各个模块，进行仿真，然后搭建实机测试平台，进行实机测试，并使用Matlab工具进行数据分析。关键词：宽带数字中频，带通采样，数字下变频，采样率转换，FFTTABSTRACTWimmerapiddeVelopmentofwirelesscommullicationtecllllolog蜘thedetectionandmanagememoft11eelec仃om楚皿eticspectrIlmbecomemor

9、eaIldmoreimportant．Thereal-timespect九埘analyzerproVidesasn．0ng目捌锄teeforspectmmmoIlitoringwork．Theestablis№entofwidebaI