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1、国防科学技术大学 硕士学位论文 OFDM传输系统中的数字下变频器与FFT处理器的设计与实现 姓名：陈安乐 申请学位级别：硕士 专业：军事通信学 指导教师：韩方景 20091101 国防科学技术大学研究生院硕十学位论文 摘要 未来的通信技术正朝着宽带化和移动化两个方向发展，O F D M 技术能够支持 极高的数据速率，被广泛应用于下一代移动通信系统及各种宽带无线接入技术中， 软件无线电解决了各种通信体制阳J 的互通性问题，提出后便得到巨大重视和迅速 发展，两者都被视为未来宽带无线通信技术中的核心技术。本文介绍了应用于宽 带无线通信中O F D M 传输系统的基本原理与结构，着重研究了O F D
2、M 传输系统的 数字下变频模块以及F F T 处理器模块，并基于软件无线电的思想进行了设计与实 现，主要内容如下： 第一，设计与实现了O F D M 传输系统中频数字接收机的下变频模块。文中研 究了与中频接收机相关的数字信号处理理论，采用宽带中频采样数字化结构设计 了其电路并分析了其中的技术难点，提出了相应解决办法。论文首先对下变频电 路中的主要模块如数字混频电路、各类滤波器等的实现方式，实现结构进行了分 析、比较、取舍和优化，然后进行系统的F P G A 设计，实现了O F D M 接收信号中 频与基带之间的变换。 第二，设计与实现了O F D M 传输系统的F F T 处理器模块。快速傅里
3、叶变换的 应用提高了O F D M 技术的可行性，是O F D M 系统的核心模块，但针对在O F D M 系统中的具体应用需要选择合适的F F T 算法及其合理的实现结构。本文选择基4 按频率抽取算法做为O F D M 传输系统中的F F T 处理器的算法结构，在研究其一般 实现结构的基础上提出了一种便于扩展，易于硬件编程、实现的结构，并进行了 仿真验证。 本文中各模块的设计实现都是以在满足性能前提下最大程度地节省资源为准 则，采用模块化、参数化设计，充分发挥了F P G A 灵活，快速，易于移植维护的 优点。 主题词：宽带无线通信软件无线电O F D M 数字下变频快速傅里叶变 换F P
4、G A 第i 页 国防科学技术大学研究生院硕十学位论文 A B S T R A C T T h ef u t u r eo fc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi Sm o v i n gi nt h ed i r e c t i o n so fm o b i l e a n db r o a d b a n d O F D Mt e c h n o l o g ys u p p o r t sv e r yh i g hd a t ar a t e s ，S Oi ti sw i d e l yu s e di n n e x tg e
5、 n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa n dav a r i e t yo fb r o a d b a n dw i r e l e s s a c c e s st e c h n o l o g i e s S o f t w a r er a d i ot e c h n o l o g ys o l v e sav a r i e t yo fi n t e r o p e r a b i l i t y i s s u e sb e t w e e nd i f f e r e n tc
6、 o m m u n i c a t i o ns y s t e m s A f t e rb e i n gp r o p o s e d ，s o f t w a r er a d i o t e c h n o l o g yg e tg r e a ta a e n t i o na n dr a p i dd e v e l o p m e n t B o t ho ft h e ma r es e e na st h ec o r e t e c h n o l o g yo ft h ef u t u r eb r o a d b a n dw i r e l e s sc o
7、 m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y T l l i sa r t i c l e d e s c r i b e st h eb a s i cp r i n c i p l e sa n ds t r u c t u r eo fO F D Mt r a n s m i s s i o ns y s t e mi nt h e a p p l i c a t i o no fb r o a d b a n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s F o c u s e do n D D Ca
8、n dF F To f O F D Mt r a n s m i s s i o ns y s t e m D e s i g na n di m p l e m e n tt h e s eb a s e do nt h e t h i n k i n go f s o f t w a r er a d i o 1 1 1 em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： F i r s t ，d e s i g na n di m p l e m e n tt h eD D C m o d u l eo ft h eI Fd i g i t a
9、lr e c e i v e ro fO F D M t r a n s m i s s i o ns y s t e m I nt h i sp a p e r ，a s s o c i a t e d 丽t l lt h eI Fr e c e i v e rd i g i t a l s i g n a l p r o c e s s i n gt h e o r y B yu s i n gt h ew i d e b a n dd i g i t a l I Fs a m p l i n gs t r u c t u r e ，d e s i g n e dt h e c i r c
10、 u i ta n da n a l y s i si t st e c h n i c a ld i f f i c u l t i e s T h e np u tf o r w a r dt h ec o r r e s p o n d i n g s o l u t i o n s P a p e rf i r s ta n a l y z e da n dc h o o s et h em a i nm o d u l ei nt h ed o w n - c o n v e r s i o n c i r c u i t s ，s u c ha sd i g i t a lm i
11、x e rc i r c u i t s ，v a r i o u st y p e so ff i l t e r s ，e t c A n dt h e nm a k eF P G A d e s i g n ，i m p l e m e n tt h et r a n s f o r m a t i o no ft h eO F D M r e c e i v e ds i g n a lb e t w e e nt h eI Fa n d b a s e b a n d S e c o n d ，d e s i g na n di m p l e m e n tt h e F F Tm
12、 o d u l eo fO F D Mt r a n s m i s s i o n s y s t e m A p p l i c a t i o no fF a s tF o u r i e rT r a n s f o r ma l g o r i t h me n h a n c et h ef e a s i b i l i t yo f O F D Mt e c h n o l o g y ，w h i c hi st h ec o r em o d u l eo fO F D Ms y s t e m H o w e v e r , t a r g e t e da t s p
13、 e c i f i ca p p l i c a t i o n so fO F D Ms y s t e m sn e e dt oc h o o s eas u i t a b l eF F Ta l g o r i t h ma n di t s r a t i o n a li m p l e m e n t a t i o ns t r u c t u r e T h i sp a p e ru s e sr a d i x 一4a c c o r d i n gt ot h ef r e q u e n c y e x t r a c t i o na l g o r i t h
14、 ma st h eF F Tp r o c e s s o ra l g o r i t h ms t r u c t u r eo fO F D Mt r a n s m i s s i o n s y s t e m B a s e d o n e x a m i n i n g i t s g e n e r a ls t r u c t u r e P r o p o s e d a s c a l a b l e ， e a s y t o - h a r d w a r ep r o g r a m m i n ga n da c h i e v i n gs t r u c t
15、 u r e ，t h e nc a r r i e do u ts i m u l a t i o n I nt h i sa r t i c l ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe a c hm o d u l ea r eb a s e do nt h ep r e m i s e o fm e e t i n gt h ep e r f o r m a n c e ，m a x i m i z es a v i n g si nr e s o u r c e s M o d u l a r , p a r a m e t r
16、 i cd e s i g n ， g i v ef u l lp l a yt ot h eb e n e f i t so fF P G A ，s u c ha sf l e x i b l e ，f a s t ，e a s yt ot r a n s p l a n ta n d m a i n t a i n K e yW o r d s ：B r o a d b a n dW i r e l e s sC o m m u n i c a t i o n s ，S o f t w a r eR a d i o ，0 F D M ， D D C ，F F T ，F P G A 第i i 页 国防科学技术大学研究生院硕十学侮论文 表目录 表3 1M A C F I R 和D A F I R 比较2 7 表3 2F I R 滤波器综合结果2 9 表3 3D D C 系统综合结果
