直接射频合成发射机中一种任意采样率变换的FPGA实现

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用FPGA实现音频采样率的转换

用FPGA实现音频采样率的转换如今，即使低成本FPGA也能提供远远大于DSP的计算能力。

目前的FPGA包含专用乘法器甚至DSP乘法/累加(MAC)模块，能以550MHz以上的时钟速度处理信号。

不过，直到现在，音频信号处理中还很少需要用到这些功能。

串行实现千赫级音频算法使用的资源与数百兆赫级信号处理所需的完全相同。

因此，像PLD和FPGA这类可编程逻辑元件很少用来处理低频信号。

毕竟，与基于传统DSP的实现相比，用硬件并行处理数学运算无益可言；对于如此低的采样率，大多数串行DSP实现都是绰绰有余。

其实，音频应用所含乘法运算之多曾使其只能使用很大的FPGA实现。

因此，用DSP实现低采样率音频应用曾经比使用大型FPGA更有效——成本较低，而且有成熟的软件支持。

Synplicity公司最近推出的Synplify DSP综合工具可以将具有大量乘法运算和低采样率的算法有效地映射到FPGA中的专用DSP模块上。

该工具基于MathWorks公司推出的十分普及的MATLAB和Simulink工具。

算法先用专用模块集或专有的“M”脚本语言描述定义，然后转换成RTL硬件描述语言。

该模块集允许单速率和多速率实现。

它不仅能生成VHDL和Verilog代码，还可以处理定点量化、流水线和环路展开这类任务，并且能连接到Simulink开发环境中的模块集进行仿真(见图1)。

图1：在MATLAB/Simulink中实现、量化并验证模型。

Synplify DSP工具可以将模型转换成RTL代码，并针对空间或速度对这些代码进行优化。

应用示例：采样率转换下面以音频采样率转换器作为实例加以说明。

这种转换器可以将信号从一种采样率转换成另一种采样率，而对信号的影响极小。

处理具有不同采样率的信号时需要用到这种转换器。

例如，光盘的采样率是44.1kHz，而数字音频磁带的采样率通常是48kHz。

由于存在数据格式转换，用新采样率播放源数据就不够了。

以数字音频磁带使用的采样率播放光盘资料会引起失真。

基于直接射频合成的一种任意波形信号产生器的FPGA实现

基于直接射频合成的一种任意波形信号产生器的FPGA实现赵云;王李军;徐建良
【期刊名称】《通信对抗》
【年(卷),期】2012(31)3
【摘要】介绍了一种基于直接射频合成原理的任意波形信号产生器的FPGA实现方法,将低速率的基带信号采样率提升至射频采样率上后,利用产生的正交载波信号进行正交调制,并将调制结果经过DAC转换后得到大带宽,频率可快速变换的任意波形信号。

【总页数】3页(P31-33)
【关键词】直接射频合成;软件无线电;任意波形信号产生
【作者】赵云;王李军;徐建良
【作者单位】通信信息控制和安全技术重点实验室;中国电子科技集团公司第三十六研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN911
【相关文献】
1.基于FPGA波形存储法合成大宽带DDS信号源设计与实现 [J], 沙芬芬;张祥坤
2.基于FPGA的直接数字波形合成宽带信号源的设计与实现 [J], 陈波;黎向阳
3.基于FPGA实现的任意波形产生器 [J], 项夏明;张守宏
4.直接射频合成发射机中一种任意采样率变换的FPGA实现 [J], 赵云;王李军;徐建
良
5.基于直接数字频率合成技术任意波形声纳信号源的设计 [J], 贾卫东;王英民;王成;陶林伟;郑琨
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基于FPGA的采样率转换滤波器联合仿真验证方法

第54卷第1期2021年1月通信技术Communications TechnologyVol.54 No.1Jan. 2021文献引用格式：唐衡，张晶，赵欢. 基于FPGA的采样率转换滤波器联合仿真验证方法[J].通信技术，2021，54（01）：51-57.TANG Heng，ZHANG Jing ，ZHAO Huan. Co-simulation Verification Method of Sample RateConversion Filter based on FPGA [J].Communications Technology,2021,54(01):51-57.doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2021.01.009基于FPGA的采样率转换滤波器联合仿真验证方法*唐衡，张晶，赵欢(北京轩宇信息技术有限公司,北京 100089)摘要：在通信信号处理领域，基于FPGA的采样率转换滤波器较为常见，但对这种滤波器的验证过程，目前比较复杂。

针对这类滤波器，提出一种利用硬件描述语言仿真器IES（Incisive Enterprise Simulator）和MATLAB构建仿真环境，进行联合仿真验证的方法。

经实验研究，这一方法降低了验证环境的复杂度，缩短了FPGA相关功能的开发周期，同时增强了设计准确性。

关键词：数字滤波器；验证；FPGA；MATLAB中图分类号：TN407 文献标识码：J 文章编号：1002-0802(2021)-01-0051-07Co-simulation Verification Method of Sample Rate ConversionFilter based on FPGATANG Heng，ZHANG Jing, ZHAO Huan(Beijing Sunwise Information Technology Ltd., Beijing 100089, China)Abstract: In the field of communication signal processing, FPGA-based sampling rate conversion filters are relatively common, and however, the verification process of this type of filter is currently more complicated. Aiming at this type of filter, a method of using hardware description language simulators IES (Incisive Enterprise Simulator) and MATLAB to construct a simulation environment for co-simulation verification is proposed. Experimental research indicates that this method can reduce the complexity of the verification environment, shorten the development cycle of FPGA-related functions, and enhance the design accuracy.Keywords: digital filter; verification; FPGA; MATLAB0 引言数字滤波器是通过改变或者修正时域或频域中数字信号的属性，从输入的数字信号中提取有效的信号成分，来滤除不需要的信号成分或者干扰成分。

采样率变换及在基带信号发生器中的应用

采样率变换及在基带信号发生器中的应用作者：李增红周时建左永峰来源：《科技视界》2018年第23期【摘要】采样率变换方法在数字信号处理中得到日益广泛的应用。

本文在比较了半带滤波器、级联积分梳状滤波器和多相滤波器等典型采样率变换滤波器结构的基础上，重点分析了采样率变换的原理，结合实际应用要求提出了一种新的法罗滤波器结构实现方式。

并阐述了此种结构在FPGA内部的具体设计方法。

本文最后给出的此方法在实际基带信号发生器中的测试结果，证明了其有效性。

【关键词】采样率变换；法罗滤波器；基带信号发生器中图分类号： TN2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0107-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2018.23.047【Abstract】The method of sample rate conversion is widely used in digital signal processing.In this paper，a comparison of a series of typical filters with the sample rate conversion structure，such as halfband filter，cascade integrator comb filter and poly-phase filter is provided.Then based on an analysis of the sample rate conversion principle，a novel implementation model of Farrow filter is proposed.A design method of the proposed model is illustrated in FPGA. Finally a group of test results achieved in a baseband signal generator are given to prove the validity of the proposed method.【Key words】Sample Rate Conversion；Farrow filter；Baseband signal generator0 引言基带信号发生器是矢量信号发生器中的主要核心部件之一[1]，主要负责为矢量调制器提供ASK、FSK、PSK、QAM等各种通用的数字调制及任意波调制信号，最终实现对射频或微波信号调制。

fpga 中频采样转iq采样

I. 序言FPGA（Field Programmable Gate Array）是可编程逻辑器件的一种，它能够实现电子系统中的数字逻辑功能。

其灵活性和高度可定制化的特点使得FPGA在很多领域得到了广泛的应用，尤其在无线通信领域中，FPGA的使用更是不可替代的。

II. FPGA中频采样转IQ采样的概念1. 中频采样在无线通信领域中，中频（Intermediate Frequency, IF）采样是指在接收端将射频信号转换为中频信号进行数字化处理的过程。

中频信号的频率一般在几十MHz到几GHz之间，因此需要高速的采样率才能够完整地还原信号。

2. IQ采样IQ采样是指在数字信号处理中，将信号分为实部（In-phase）和虚部（Quadrature）两部分进行采样。

通过IQ采样，可以更好地表示复杂信号，如调制信号和多普勒效应等。

III. FPGA中频采样转IQ采样的原理1. 中频信号变换在FPGA中，通过高速的模数转换器（ADC）对中频信号进行采样，并将其转换为数字信号进行处理。

此处需要注意的是，采样率的选择直接影响到信号的还原质量，需要根据具体的应用设计合适的采样率。

2. 数字信号处理经过ADC转换后的中频信号是一个复杂的数字信号，需要通过数字信号处理器（DSP）进行IQ信号解调和滤波等处理。

这些处理可以利用FPGA的硬件并行性和逻辑灵活性来实现。

3. IQ信号输出处理后的IQ信号可以经由FPGA输出到其他数字信号处理器或者基带处理器进行进一步的处理，也可以直接用于基于FPGA的数字通信系统中。

IV. FPGA中频采样转IQ采样的应用领域1. 通信系统在无线通信系统中，FPGA广泛应用于中频信号的数字化和解调处理，通过IQ采样可以更准确地还原接收到的信号，提高通信系统的灵活性和信号处理性能。

2. 雷达系统在雷达信号处理中也需要进行中频采样转IQ采样的处理，通过FPGA 实现快速而准确地处理雷达信号，提高雷达系统的探测性能和信号分辨率。

射频直采GNSS多频点数字电路的设计与实现

射频直采GNSS多频点数字电路的设计与实现作者：魏巍来源：《科技视界》2015年第20期【摘要】提出了一种多频信号采集系统，基于卫星信号射频的直接采样技术，简化了射频前端，提高了采样带宽，没有混频，实现多频点信号的同时采样。

再到FPGA重新采样完成数字下变频，进行分路滤波，程序缓存到DDR3，以太网对多路信号同步采集。

该方法不仅使射频系统结构简单灵活，同时降低了射频前端带来的干扰，提高信号采样质量和信号完整性。

经实验仿真结果表明，该系统可以连续地采集多个频带的数据，并通过对GNSS信号的捕获验证了系统的有效性。

【关键词】射频直采；GNSS；FPGA；DDR3；滤波【Abstract】This paper puts forward a multi-frequency signal acquisition system based on sampling technology of RF satellite signals， simplifying RF front-end， increasing the sampling bandwidth， without mixing， multi-frequency signals can be sampled simultaneously. And then enter the FPGA sampling again to finish digital down conversion， shunts filtering， finally the procedure will be cached into DDR3， using Ethernet to realize the multi-channel signal synchronous acquisition. This method not only makes the RF system simple and flexible， but also reduces the interference caused by the RF front-end， achieving the integrity of the signals， improving the quality of sampling signal. The result of the experiment shows that the system is able to collect data from multiple bands continuously， and verifies the validity of this system through capturing the signals of GNSS.【Key words】Direct-RF； GNSS； FPGA； DDR3； Filter0 引言随着电子技术和用户需求的快速增长，卫星导航技术已广泛应用于国计民生、社会发展的各个领域，并显现出巨大应用潜力。

基于FPGA的直接数字频率合成器的设计

2011年4月皖西学院学报A pr.,2011第27卷第2期Jo urnal o f West Anhui U niv er sity Vo l.27 NO.2基于FPGA 的直接数字频率合成器的设计常红霞,陈初侠,周平(巢湖学院,安徽巢湖238000)摘要:基于F PG A 器件EP1K30Q C208芯片,采用V H DL 设计实现了一个相位、频率均可控制的数字频率合成器,并在ZY11EDA 13BE 试验系统中完成硬件测试。

经实验验证,输出波形达到了技术要求,性能良好,控制方便,证明了基于FPG A 的DDS 设计的可靠性和可行性。

关键词:F PG A;VH DL ;D DS中图分类号:T N92 文献标识码:A 文章编号:1009-9735(2011)02-0082-03*频率控制是现代通信技术中很重要的一环,能够获得宽带(频率控制范围宽)、快速(转换时间快)、精细(分辨率高)、杂散小(频谱纯)的频率控制信号,一直是通信领域中的一个重要研究内容。

直接数字频率合成(DDS)是一种基于全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。

1 设计原理直接数字频率合成技术是根据奈奎斯特采样定律对正弦信号进行采样,将所得的波形以相位幅度相对应的数据存储在定制好的ROM 表格中。

频率合成时,相位累加器在参考时钟的作用下对时钟脉冲进行计数,同时将累加器输出的累加相位与频率控制字K 预置的相位增量相加,以相加后的结果形成正弦查找表的地址;取出表中与该相位对应的单元中的波形数据值,由D/A 转换器输出模拟信号,再经低通滤波器平滑,得到符合要求的模拟信号[1]。

具体组成如图1。

图1 DDS 的基本组成框图假设参考时钟信号的频率为f c ,频率预置与调节电路生产的控制字为K 位,累加器为N 位,波形的幅度数据值为D 位,那么根据采样定理有:DDS 的输出频率:f 0=f c K /2N 式(1-1)DDS 输出的最低频率K=1时f 0=f c /2N 式(1-2)DDS 输出的最高频率由Ny quist 采样定理决定,即f 0=f c /2,K 的最大值为2N 。

基于FPGA实现变采样率FIR滤波器的研究

匡亘墅墅墅翌亟垂垂羞蛋ＤｓＰ开发与应用属性【如图像的行列像素个数，采集模式等），创建了视频ｕ２硬件和底层驱动，便可直接通过查阅１１的资料来升发自己的的Ａ通道，并设置通道为输入通道。

应用系统。

本文的经济效益约为２００万。

图３程序流程图４．３控制通道控制通道主要分成两步来实现，即通过两次调用ＦＶＩＤ＿ｃｏｎ—ｔｒｏｌ函数来完成的。

（１）配置ＳＡＡ７１１３Ｈ：控制参数为ＶＰＯＲＴ＿ＣＭＤ—ＥＤＣ—ＢＡＳＥ＋ＥＤＣ＿ＣＯＮＦＩＧ，用于配置ＳＡＡ７１１３Ｈ的寄存器，使其按要求采集视频数据。

本实验中的实现代码如下：ＦＶｌＤ＿ｃｏｎｔｒｏｌ（ｃａｐＣｈａｎ，ＶＰＯＲＴ＿ＣＭＤ＿ＥＤＣ＿ＢＡＳＥ＋ＣＯＮ—ＦＩＧ，（Ｐｔｒ）＆ＥＶＭＤＭ６４２一ｖＣａｐＰａｒａｍｓＳＡＡ７１１３）；（２）使能视频口：控制参数为ＶＰＯＲＴ＿ＣＭＤ＿ＳＴＡＲＴ，用于启动视频口开始采集数据。

本实验中的实现代码为：ＦＶｌＤ＿ｃｏｎｔｒｏｌ（ｃａｐＣｈａｎ，ＶＰＯＲＴ＿ＣＭＤ＿＿ＳＴＡＲＴ，ＮＵＩ山；４．４获取数据该操作是在视频口采集完图像的基础七，通过调用ＦＶＩＤ＿ａｌｌｏｃ和ＦＶＩＤ—ｅｘｃｈａｎｇｅ函数来向设备获取数据。

本实验中的实现代码如下：ＦＶＩＤ＿ａｌＩｏｃ（ｃａｐＣｈａｎ，＆ｃａｐＦｒａｍｅＢｕｆ）；／ＦＶＩＤ＿ｅｘｃｈａｎｇｅ（ｅａｐＣｈａｎ，＆ｃａｐＦｒａｍｅＢｕｆ）；ＦＶＩＤ＿ａｌｌｏｃ主要用于第一帧数据的提交，ＦＶＩＤ＿ｅｘｃｈａｎｇｅ主要用于第一帧之后的循环运行时，应用程序与驱动程序交换数据宅间，即它在获取一帧新数据的同时，也释放了上一帧数据占有的缓存。

４．５实验结果本实验按Ｉ二面的步骤把视频图像采集进来，并用ｒ１１提供的ＪＰＥＧ图像编码算法库对图像进行编码，编码结果如图４所示，证实了设计的正确性。

５结束语图４结果图像本文的创新点：采用“ＤＭ６４２＋ＳＡＡ７１１３Ｈ”的简便方案，完整地实现了视频采集模块的软、硬件设计。

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（ＳＡＲＣ）ｂｆｒｐｏｖｒｏ．ｒｇｔｅｌｔｅｙａｓａｏｇｗｉｅｒｐｄｄｖｌｐｎｆ，ｅｏｅｕ —ｃｎｅｓｎＤｕｎｓｆｗｅｒ，ｌｎｔｔａｉｅｅｍｅｔｉｉｈａｈｈｏｏＤＡＣｔｃｎｌｈｏ— ｅ
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ｏｙｔｉｓｉｌｏｉｌｍｅｔｄｒｃｙｈｅｉｓｇｄｇｔｌｍｅｈｄｇ，ｉｓｐｏｓｂｅｔｍｐｅｎｉｅｔＲＦｓｎｔｓｎｉｉｉｔｏ．Ｔｈｉｐｐｒｐｅｅｔｍｐｅｅｔｔｎｓｎａｓａｅｒｓｎｓｉｌｍｎａｉｏ
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ｒｔｈｏｌｐ—ｓｍｐｅｏｔｘｄｓｍｐｅｒｔｆｓｎｈｓｚｄｃｒｅｙａｂｔａｙｓｍｐｅｒｔｏｖｒｉｎａｅｓｕｄｂｅｕ — ａｌｄｔｈｅｆｅａｌａｅｏｔｅｉｅａｒｒｂｒｉｒｒａｌａｅｃｎｅｓｉｙｉｏ
ＧＡｍｐｅｅａｉｉｌｍｎｔｔｏｎ
１引言
由于软件无线电系统需要实现多种服务，适应多种标准，需要适应多种不同的符号速率和时钟速率，因此采样率转换是软件无线电中不可或缺的一项关键技术，已有
相关文献对软件无线电中的采样率变换进行了论述［１Ｉ。－２
在软件无线电发射机中，针对不同的基带信号采样率，在
进行正交调制之前，通常也需要进行采样率变换，通过内插、滤波将较低速率的基带正交信号采样率提升到载波
Ｎ０的采样率上。Ｃ
滤波将低速率基带信号的采样率提升到载波ＮＣＯ采样率上。随着近几年ＤＡＣ技术的发展，在数字域
进行直接射频合成已成为可能。介绍了一种可以在直接射频合成发射机中使用的，参数可配置的，任意
采样率变换的ＦＧＰＡ实现方法，能够将低速率的基带信号采样率提升至射频采样率上。
关键词：直接射频合成发射机；意采样率转换；任参数可配置；ＰＡ实现ＦＧ
ＡｎＦＰＧＡｍｐｅＩｌｍｅｔｔｎｏｂｔａｙＳａｎａｉｆｏＡｒｉｒｍｐｅＲａｅＣｏｖｒｉｎｒｌｔｎｅｓｏ
ｉｒｃｎｈｓｓＴｒｎｍｉｅｎＤｉｔＲＦＳｙｔｅｉｅａｓｔｒｔＺＡｕ２ＨＯＹｎ１ＷＡＧＬ＿ｕ，ＵＪｎｌｎ，７Ｎｉ－ｎｊＸｉ —ｉｇａａ
（．ｃｎｅｎｅｈｏｇｎＣｍｕｉｔｎＩｏａｉｅｕｉｏｔｌａｏｔｙ，ｉｉＳｉｅｄＴｃｎｌｙｏｏｍｎａｏｆｒｔｎＳｃｒｙＣｎｒｂｒｏＪｘｎｅａｏｃｉｎｍｏｔｏＬａｒａｇＺｅｉｇ３４３，ｈｎ；．ｏ６ＲｓａｈＩｓｔｅｏＥＣ，ｉｉｈｊｎ１０３，ｈｎ）ｈａ１０３Ｃｉ２Ｎ．ｅｅｒｔｕＣＴＪｘｎＺｅｉｇ３４３Ｃｉｊｎａ３ｃｎｉｔｆａｇａａ
２１年第３０１期
总第１５１期
通
信
对
抗
Ｎ０３０１．２１Ｓｍ．１ｕ１５
Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴ１０ＮＣ０ＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＳ

直接射频合成发射机中一种任意采样率变换的ＦＧＡ实现Ｐ
赵云１，２王李军，建良１徐，２
ｌｔｈｅｂｓｂｎａａｏａｉｂｅｓｍｂｌｒｔｏＲＦｓｍｐｅｒｔ．ａｅｔａｅａｄｄｔｆｒａｌｙｖｏａｅｔａｌａｅ
Ｋｅｗｏｄ：ｉｃＲＦｓｎｈｓｒｎｍｉｅ；ｒｉａｍｐｅｒｔｃｎｅｓｎＡＳ）ｅｏｆｕａｌ；Ｐｙｒｓｄｒｔｔｅｉｔｓｔｒａｂｔｒｓｌａｏｖｒｏ（ＲＣ；ｒｃｎｇｒｂｅＦ — ｅｙｓａｔｒｙａｅｉｉ
（．１通信信息控制和安全技术重点实验室，浙江嘉兴３４３；１０３２中国电子科技集团公司第三十六研究所，．浙江嘉兴３４３）１０３
摘要：件无线电发射机中，数字域进行正交调制之前，常需要进行采样率变换，过内插、软在通通