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高性能數(shù)字接收機(jī)FPGA設(shè)計(jì)

作者:張黎明 時(shí)間:2013-05-08 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  摘要:基于Xilinx 設(shè)計(jì)出一種高性能數(shù)字接收機(jī)。該數(shù)字接收機(jī)由高速、高分辨率和高性能構(gòu)成。高速實(shí)現(xiàn)中頻數(shù)字化,高性能實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻、數(shù)字多相濾波、半帶抽取、匹配濾波和位同步功能,使得中頻為153.6MHz的TD-SCDMA信號(hào),下變頻-抽取-濾波-位同步后得到高質(zhì)量的采樣率為1.28MHz的基帶信號(hào)。在中頻放大器工作時(shí),接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到84dB,即有效分辨率到13bit,EVM小于1%,滿足TD-SCDMA綜測(cè)儀的測(cè)試用例要求。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/145039.htm

  引言

  軟件無線電是近些年在移動(dòng)通信領(lǐng)域中流行的一種通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)。基本思想是:用軟件設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造一個(gè)開放性、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的通用平臺(tái),設(shè)計(jì)出具有高度靈活性、開放性的移動(dòng)通信系統(tǒng)。

  基于軟件無線電的設(shè)計(jì)思想,數(shù)字接收機(jī)是根據(jù)奈奎斯特帶通采樣定理(欠采樣原理)利用A/D轉(zhuǎn)換器將中頻(IF)信號(hào)數(shù)字化,并在數(shù)字域中采用IQ正交下變頻方法將信號(hào)移除,得到高采樣率的零中頻基帶信號(hào),再經(jīng)過多級(jí)濾波、抽取(下采樣)、匹配濾波、位同步等步驟將調(diào)制信號(hào)的采樣率降到合適水平給后級(jí)處理,以減輕DSP數(shù)據(jù)吞吐量的壓力。

  本設(shè)計(jì)來源于國(guó)家科技重大專項(xiàng)“三模綜測(cè)儀”子項(xiàng)目開發(fā)的TD-SCSMA部分;該數(shù)字接收機(jī)主要完成目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的多速率變換,采樣率從122.88MHz降低到1.28MHz,線性動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)于84dB,IQ兩路信號(hào)帶寬為1.6MHz。

  電路設(shè)計(jì)

  數(shù)字接收機(jī)架構(gòu)

  由于FPGA(XC5VSX95T)具備高速并行計(jì)算優(yōu)勢(shì),數(shù)字接收機(jī)方案設(shè)計(jì)通常由A/D轉(zhuǎn)換器+高性能FPGA+DSP構(gòu)成。接收通道原理框圖如圖1所示?! ?/p>

 

  移動(dòng)終端的射頻范圍覆蓋1800MHz~2400MHz,射頻信號(hào)與本振信號(hào)混頻后,經(jīng)過濾波轉(zhuǎn)變成固定頻率的153.6MHz中頻信號(hào)。根據(jù)帶通采樣定理,A/D以122.88MHz時(shí)鐘對(duì)153.6MHz中頻信號(hào)進(jìn)行采樣、量化、編碼,數(shù)字化后的信號(hào)以122.88Msps速率傳輸給FPGA。最后在FPGA中實(shí)現(xiàn)30.72MHz的NCO與A/D發(fā)送的信號(hào)混頻以得到零中頻基帶信號(hào),此時(shí),數(shù)據(jù)的采樣率仍很高,需要進(jìn)行多速率抽取濾波轉(zhuǎn)換、最佳采樣點(diǎn)的判斷和位同步處理。

  數(shù)字下變頻原理

  根據(jù)奈奎斯特帶通采樣(欠采樣)定理的公式:
           

  其中,F(xiàn)s表示A/D采樣頻率,F(xiàn)c表示載波中頻頻率,B表示信號(hào)帶寬。

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