【摘 要】
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随着电子与通信技术的飞速发展,数字接收机在处理速率、处理精度以及系统灵活性等方面的性能得到了极大提升。然而受限于数字信号处理器件的处理速度,数字接收机系统处理带宽、滤波器性能等重要指标很难得到进一步的提高。在工程实现时,数字信号处理芯片无法提供过GHz的数据处理时钟,完成超高速原始采样信号的直接处理。因此,本文将多相结构应用到数字正交解调结构中,对超高速数字接收机并行信号处理技术进行研究,期望能以
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随着电子与通信技术的飞速发展,数字接收机在处理速率、处理精度以及系统灵活性等方面的性能得到了极大提升。然而受限于数字信号处理器件的处理速度,数字接收机系统处理带宽、滤波器性能等重要指标很难得到进一步的提高。在工程实现时,数字信号处理芯片无法提供过GHz的数据处理时钟,完成超高速原始采样信号的直接处理。因此,本文将多相结构应用到数字正交解调结构中,对超高速数字接收机并行信号处理技术进行研究,期望能以较低的硬件代价实现尽可能高的信号处理需求,具体研究工作如下:首先,针对数字接收机的单链路结构先做信号处理,再进行抽取会浪费宝贵乘法器资源的问题,通过设计时延滤波器,推导了一种免混频的多相滤波正交解调法,该方法避免了混频时乘法器的使用,在处理低速率信号时可以有效的节约硬件资源开销,能够在工程中广泛应用。然后,讨论了并行信号处理系统并行路数的选取原则,推导了任意输入信号并行处理数学表达式,并根据NCO的实现原理,推导了多路并行NCO的实现方式和各支路相位信息;针对多相FIR滤波器滤波精度不高、资源消耗较大、延时较高等问题,本文结合整数倍抽取的等效变换与FIR滤波器的转置结构,提出了一种高效多相转置FIR滤波器优化结构。通过仿真实验验证了并行信号处理算法准确性,并将其应用于8PSK调制解调系统中,该方法适用于超高速的数字信号处理。其次,采用模块化的方法,分别完成了串并转换、数据缓存、数字正交并行混频、高效多相滤波模块的FPGA设计与实现,并联合Vivado和Modelsim完成了各个部分的数据仿真,结果与MATLAB仿真一致,且本文优化的高效多相转置FIR滤波算法相较于多相FIR滤波算法节约30%的资源。最后,完成了超高速数字接收机并行信号处理系统硬件电路设计,并通过逻辑分析仪在线抓取内部数据进行分析。测试结果表明,并行信号处理系统能够以2.048GHz的采样速率,完成频率为1.536GHz,带宽为8MHz的BPSK信号接收与传输验证,通过更改系统参数可完成不同速率的信号处理,具有较强的灵活性,可以应用于航空、雷达等领域。
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