立即注册
查看: 449|回复: 0

[资料] 基于FPGA与Matlab的数字正交解调器的设计

已绑定手机
发表于 2022-4-13 11:35:27 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
摘要:为有效提取测控系统输入信号的幅度和相位信息,设计了基于 FPGA与 Matlab 的信号数字正交解调器;在 Matlab/Simulink 环境中产生一路调幅信号,并在此环境下利用5个直接I型的4阶FIR 滤波器节搭建了 20 阶FIR滤波器;利用FPGA查表法实现数控振荡器(NCO),并控制1路调幅信号与正交的正、余弦信号分别进行数字混频处理;对经 FPGA数字混频处理后的两路倍频分量和基频分量信号进行滤波处理,经处理后的信号在 FPGA的控制下进行相加处理;最后在硬件平台上进行了仿真测试实验,验证了该方案的正确性和可行性。

随着数字通信技术的发展,数字解调技术越来越受到人们的关注。数字解调是将经过频谱搬移后适合在信道中传输的带通信号还原成数字基带信号,其在数字通信系统中占据着重要的地位,数字解调器的应用需求也越来越广泛,对其解调性能的要求也越来越严格。其中数字信号的还原主要通过在接收端运用解调器实现,但是采用传统的数字相干解调方法,即用同频同相的载波去相干解调,存在当不满足同频同相条件时,解调输出会出现严重失真的缺点。因此,采用新的解调和滤波方法是关键,而数字正交解调的出现,在很大程度上克服了这一缺点。通过利用 FPGA 资源丰富、编程灵活的优点,本文提出了一种基于 FPGA和 Matlab 的数字正交解调器的设计,其能够实现数字正交信号的准确还原。通过 Matlab 建立AM模型和搭建 FIR滤波器,提高了解调器的性能。

1、总体方案设计
逻辑控制单元主要完成数字信号正交解调的功能,采用查表法实现数控振荡器(NCO),从而产生正交的正/余弦波信号。通过利用FPGA 内嵌乘法器实现数字信号的混频,并借助滤波器 IP 核实现 FIR低通滤波器,其内部宏模块实现数学运算。而输入的调幅信号和 FIR 低通滤波器的设计则是通过DSP Builder 图形化设计实现的,DSP Builder 依赖于 Matlab/Simulink,以 Simulink的 Blockset 出现。在 Simulink中进行图形化设计和功能验证后,通过 Signal Compiler把 Simulink 的设计文件(.mdl)转换成相应的 FPGA设计文件(. vhd)。其总体方案如图1所示,主要包括输入的调幅信号(AM)产生、数控振荡器、正余弦列表、数字混频、FIR 低通滤波器以及加法器等模块。
1.jpg

2、软件设计部分
2.1 MATLAB软件设计
2.1.1 调幅信号的设计
振幅调制(AM)是用调制信号控制载波的振幅,使之按调制信号的规律变化。调幅信号表达式即为∶
2.jpg
AM信号可以用调制信号和载波信号的乘积项来表示,因此本文设计了以乘法器为核心的频谱线性搬移电路以实现振幅调制电路。本文通过在 MATLAB/Simulink 环境中调用 DSP Builder库搭建 AM模块,构建的调幅信号产生系统级模型如图2所示。
3.jpg
其中,搭建的数字频率合成(DDS)模块 1产生载波信号,其频率受Cstl输入端的数据控制;DDS模块 2产生调制信号,调制信号频率受Cst2输入端的数据控制。载波信号、调制信号进入乘法器,取乘法器的输出端高 8位即为调幅信号(AM)。本设计中所用的时钟频率是50 MHz。
4.jpg

2.1.2 FIR 低通滤波器
数字滤波器有两种类型∶有限冲击响应(FIR)数字滤波器和无线冲击响应 (IIR)数字滤波器。对于相同的滤波器设计指标,FIR数字滤波器具有线性相位,稳定性好等优点。直接I型的 FIR滤波器通过级联得到,即在滤波器系数可变的情况下,先设计一个 FIR 滤波器节,再通过多次调用滤波器节将其级联起来,从而实现多阶 FIR 滤波器的设计。本文中设计的低通滤波器是 20 阶的,可以先设计一个直接I型的4 阶FIR 滤波器节,再由 5个4阶FIR 滤波器级联而成。本文以3个4 阶FIR滤波器级联为例介绍。
5.jpg

更多详细内容请下载附件查看
游客,如果您要查看本帖隐藏内容请回复
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

合作/建议

TEL: 19168984579

工作时间:
周一到周五 9:00-11:30 13:30-19:30
  • 扫一扫关注公众号
  • 扫一扫打开小程序
Copyright © 2013-2024 一牛网 版权所有 All Rights Reserved. 帮助中心|隐私声明|联系我们|手机版|粤ICP备13053961号|营业执照|EDI证
在本版发帖搜索
扫一扫添加微信客服
QQ客服返回顶部
快速回复 返回顶部 返回列表