软件无线电中采样率转换 毕业设计
AD采样分析
软件无线电设计的A／D采样分析摘要：模数变换（A／D）是实现软件无线电的关键技术之一。
本文首先介绍了软件无线电的概念，然后着重分析了A／D变换器的各项技术指标，并结合实例，详细论述了A／D采样的设计方法。
关键词：软件无线电；A／D；带通采样；速率1引言在1992年5月的全美远程系统（N a t i o n a l T e l e s y s t e m s C o n f e r e n c e）会议上，M i t r e公司的科学家J o e M i t o l a在同I E E E的一位会员谈话时，首先提出了软件无线电的概念。
他认为：软件无线电系统基于硬件平台，其A／D变换应尽量地靠近天线，而将尽可能多的无线通信功能用软件来实现。
软件无线电系统的一般结构如图1所示。
与传统无线电系统相比，软件无线电将A／D变换尽量向射频端靠拢，而将中频（甚至射频）以后全部进行数字化处理，他带来的好处是射频前端小型化、通信功能软件化、系统硬件通用化。
最初软件无线电是美军为了解决各种军用电台之间的互通问题，软件无线电电台的特点是宽频带、多频段、多调制方式、多编码方式、多协议、小体积、便于升级等。
为此，美国国防部高级研究计划总署（A R P A）提出了S p e a k e a s y计划，该计划第一阶段的目标是研制开发多频段多模电台（M B M M R），S p e a k e a s y I的先期开发模型（A D M）已于1994年8月对政府的一些代表做了演示，他共演示了以下几项内容：（1）分别与4种政府装备的标准电台互通，其中包括战术无线电台H a v e Q u i c k、H F M O D E M（M I L-S T D-188-110A）、自动链路建立A L E（M S-188-141A）和单信道地面和机载无线电系统S I N C G A R S；（2）在H a v e Q u i c k和S I N C G A R S的跳频网上同时发射，实现同时与这两种电台通信；（3）作为网桥／关连接H a v e Q u i c k和S I N C G A R S网，使2个网上的用户信息透明地传输；（4）在2部S p e a k e a s y电台上，同时改变S I N C G A R S的波形参数后仍能互通，显示了波形可编程能力。
软件无线电方案
软件无线电方案引言软件无线电（Software-defined radio，简称SDR）是一种利用软件控制实现的无线电通信技术。
相对于传统的硬件无线电，SDR具有灵活性高、适应性强、可扩展性好等优势，因此在通信领域中得到了广泛的应用。
本文将介绍软件无线电的背景和原理，并探讨几种常见的软件无线电方案。
软件无线电的背景和原理软件无线电的定义软件无线电，简称SDR，是一种利用软件控制硬件无线电系统的通信技术。
与传统的硬件无线电相比，SDR通过将传统硬件中的信号处理和调制解调等功能转移到软件中实现，从而实现了无线电系统的灵活性和可扩展性。
软件无线电的原理软件无线电的原理基于软件定义的射频（RF）前端和数字信号处理（DSP）技术。
具体来说，软件无线电的原理可分为以下几个步骤：1.RF前端信号采集：利用射频前端设备，如天线、滤波器和放大器等，将无线电信号转换为电信号。
2.模数转换（ADC）：将模拟信号转换为数字信号，以便后续的数字信号处理。
3.数字信号处理：通过使用DSP技术对数字信号进行处理，包括滤波、解调、解码、编码等。
4.数字信号生成：将数字信号转换为模拟信号，以便后续的射频信号输出。
5.射频信号输出：利用射频前端设备将数字信号转换为无线电信号进行发送。
通过以上步骤，软件无线电系统能够实现对无线电信号的灵活处理和控制。
软件无线电方案GNU RadioGNU Radio是一个开源的软件无线电开发工具包，提供了一套丰富的信号处理模块和工具，能够帮助开发人员快速搭建软件无线电系统。
GNU Radio的主要特点包括：•开源免费：GNU Radio是一个开源项目，可免费使用，并且有活跃的开发和社区支持。
•灵活性高：GNU Radio提供了大量的信号处理模块，如滤波器、解调器、解码器等，开发人员可以根据需求自由组合和调整这些模块，实现各种不同的软件无线电应用。
•可扩展性好：GNU Radio支持使用Python等编程语言进行开发，开发人员可以根据自己的需求编写自定义的信号处理模块，以满足特定应用的要求。
软件无线电中的抽样率转换技术
软件无线电中的抽样率转换技术
王小泉;王捷;尤肖虎
【期刊名称】《电讯技术》
【年(卷),期】2000(040)005
【摘要】本文讨论了抽样率转换技术在软件无线电中的重要性,并详细论述了抽样率转换技术及其在软件无线电台中具体的实现方法.
【总页数】5页(P36-40)
【作者】王小泉;王捷;尤肖虎
【作者单位】宁波波导南京通信研究所,南京,210008;东南大学移动通信国家重点实验室,南京,210008;东南大学移动通信国家重点实验室,南京,210008
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.软件无线电中的采样率转换技术 [J], 邸平;吴冬亮
2.软件无线电中的A/D转换技术研究 [J], 黄红兵;曹敦;吴志敏
3.用于软件无线电中的整数倍采样率转换技术 [J], 李静;彭华
4.软件无线电中采样率转换技术的分析 [J], 郝云芳;张亚梅;陈群英
5.软件无线电中采样率转换技术的实现及在3G中的应用 [J], 季薇;杨震
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软件无线电实验报告
软件无线电实验报告软件无线电实验报告引言：软件无线电（Software Defined Radio，简称SDR）是一种新兴的无线通信技术，它通过软件来实现无线电信号的处理和调制解调。
相比传统的硬件无线电，SDR具有更高的灵活性和可配置性。
本实验旨在通过搭建一个简单的SDR系统，探索其原理和应用。
一、实验目的本实验的目的是搭建一个基于SDR的无线通信系统，并通过实际操作来了解SDR的工作原理和应用场景。
具体实验目标如下：1. 理解SDR的基本原理；2. 学习使用SDR平台进行信号处理和调制解调；3. 实现简单的无线通信功能。
二、实验环境和工具1. 硬件设备：电脑、SDR硬件平台（如RTL-SDR等）；2. 软件工具：SDR软件平台（如GNU Radio等）。
三、实验步骤1. 搭建SDR硬件平台：将SDR硬件连接至电脑，确保硬件设备正常工作；2. 安装SDR软件平台：根据硬件平台的要求，下载并安装相应的SDR软件平台；3. 配置SDR软件平台：根据实验需求，设置SDR软件平台的参数，如采样率、中心频率等；4. 实现信号接收：使用SDR软件平台接收无线电信号，并通过可视化界面展示信号的频谱特征；5. 实现信号处理：使用SDR软件平台对接收到的信号进行处理，如滤波、解调等；6. 实现信号发送：使用SDR软件平台将处理后的信号发送出去，构建一个简单的无线通信链路；7. 进一步实验：根据实际需求，深入研究SDR的其他应用领域，如无线电频谱监测、无线电定位等。
四、实验结果与分析通过搭建SDR系统并进行实验操作，我们成功实现了无线信号的接收、处理和发送。
在信号接收方面，我们能够准确地捕获无线电信号，并通过频谱分析工具展示信号的频谱特征。
在信号处理方面，我们可以使用SDR软件平台提供的各种信号处理模块对接收到的信号进行滤波、解调等操作。
在信号发送方面，我们可以将处理后的信号通过SDR软件平台发送出去，实现简单的无线通信功能。
软件无线电中频带通采样和多通道技术研究的开题报告
软件无线电中频带通采样和多通道技术研究的开题报告一、课题背景在现代无线通信系统中，软件无线电技术已经成为了一个重要的研究方向。
软件无线电技术利用数字信号处理技术实现无线电信号的解调、编码和解码等过程，代替了传统的硬件电路实现方式。
因此，软件无线电技术具有灵活性高、功耗低、成本低等优点。
其中，中频带通采样和多通道技术是软件无线电技术中的两个重要方面。
中频带通采样技术基于混频的原理，将高频信号转换到中频范围进行数字化处理，可以有效地减少采样复杂度。
多通道技术则是利用多个接收通道同时接收来自信号源的不同载波进行处理，可以提高系统容量和信噪比。
因此，本文旨在研究软件无线电中频带通采样和多通道技术，以期提高软件无线电系统在实际应用中的性能表现。
二、研究目的本文拟研究软件无线电中频带通采样和多通道技术在数字信号处理中的应用，具体研究目的如下：1. 探究中频带通采样技术的原理和优点，分析其在软件无线电中的应用。
2. 研究多通道技术的原理和优点，分析其在软件无线电中的应用。
3. 针对软件无线电中频带通采样和多通道技术的应用进行算法分析和性能评估。
4. 构建基于中频带通采样和多通道技术的软件无线电系统，测试其性能表现及实用价值。
三、研究方法本文将采用实验和理论相结合的方法进行研究，包括以下几个方面：1. 利用MATLAB软件进行中频带通采样和多通道技术算法的建模分析，模拟不同信号输入下的采样效果和信噪比表现。
2. 基于USRP软件定义无线电平台，构建中频带通采样和多通道技术的软件无线电系统，测试其在不同场景下的性能表现。
3. 进行仿真和实验结果的分析和比对，评估算法和系统性能并提出优化建议。
四、预期成果本文拟通过研究软件无线电中频带通采样和多通道技术的应用，探索软件无线电技术在数字信号处理中的潜力。
预期成果如下：1. 研究软件无线电中频带通采样和多通道技术的优点和应用场景，为软件无线电系统设计提供参考。
2. 建立中频带通采样和多通道技术的MATLAB仿真模型，并进行实验验证，分析系统性能表现。
软件无线电中多速率信号处理设计及仿真
软件无线电中多速率信号处理设计及仿真伍小芹;梁爽【摘要】Aimed at the conversion of sampling rate in software radio,the structure of digital signal conversion,in which the decimation was performed firstly,and then,interpolation was performed.The designs of CIC filter,HB filter and poly-phase filter were bined with the characteristics of the filters,the selection of the key parameters of the decimator was analyzed.The whole system was simulated and the multi-rate conversion can be achieved.%针对软件无线电中的采样率转换问题,提出了一种先抽取再内插来实现采样率转换的结构,讨论了与之相应的CIC滤波器、HB 滤波和多相滤波器的设计,结合各滤波器的特征,对各抽取器关键参数的选择进行了分析,实现了整个抽取系统从输入到输出的仿真,完成了多采样率的变换.【期刊名称】《海南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】7页(P322-328)【关键词】软件无线电采样率变换;CIC滤波器;HB滤波器;多相滤波器【作者】伍小芹;梁爽【作者单位】海南大学信息科学技术学院,海南海口570028;海南大学信息科学技术学院,海南海口570028【正文语种】中文【中图分类】TN911.7软件无线电是现今无线通信发展的方向，其关键技术包含数字上变频技术和数字下变频技术，以便适合后续的数字信号处理芯片的处理速度.在系统的设计中经常采用不同的采样速率处理信号，且不同的采样速率信号之间能相互转换.多速率信号处理技术能实现采样率变换[1]，其本质是利用数字信号处理方法直接改变采样信号的速率，基本环节包括抽取和内插.文献[2]对采样信号的整数倍取、整数倍内插以及抽取与插值结合的分数倍采样率变换进行了研究，缺少对多速率信号处理系统中其他重要模块的研究和仿真.文献[3]对多速率信号处理系统中的各个模块进行简单的介绍，缺少对整个多速率信号处理系统的仿真和验证.文献[4]研究多速率信号处理技术在软件无限电中的应用，介绍CIC滤波器、HB滤波器.文献[5]讨论了CIC滤波器的级数的影响及相应滤波器的设计.文献[6]只是从如何将抽取和插值结合来实现非整数倍的采样率变换来设计和讨论.文献[7]利用窗函数法和特征滤波器法分别设计半带滤波器，讨论半带滤波器的优化设计问题.综上所述，文献[1-7]缺少对整个多速率信号处理系统整体的设计.因此，笔者首先从一种先抽取再内插来实现采样率转换的结构入手，讨论了与之相应的CIC滤波器、HB滤波和多相滤波器的设计，其次结合各滤波器的特征，对各抽取器的关键参数的选择进行了分析，最后实现了整个抽取系统的整体仿真，完成了多采样率的变换.软件无线电主要包含射频前端、数字中频系统和数字基带3个部分.射频前端由天线、模拟混频器、模拟滤波器、A/D和D/A转换器组成，将模拟中频信号数字化为数字中频信号；数字中频系统实现数字信号的上、下变频技术；数字基带部分对满足用户需求的基带信号进行处理.数字下变频技术框图如图1所示，数字上变频是相反的过程.通过对数字下变频原理及结构的分析，可以得到一种典型的多速率信号处理结构，如图2所示，包括CIC滤波器、HB滤波器、FIR滤波器以及多相滤波器，其在系统中分别有着不同的作用.图2结构中的抽取系统由3种滤波器(CIC抽取滤波器、HB抽取滤波器和多相滤波器)级联组成，此方式实现抽取系统能降低抽取过程中的计算量、存储量及滤波器的阶数，但级联过多并不会取得很好的效果[8].综合考虑，采取3级级联方式实现抽取系统.信号经过抽取系统后用HB内插滤波器对其进行2倍内插，从而提高分辨率.2.1 CIC滤波器 CIC滤波器的冲激响应为其中，M为滤波器的长度(M为抽取因子),对应的系统幅频特性为图3给出了CIC滤波器长度对系统幅频特性的影响，随着CIC滤波器长度增加，主瓣宽度减小且主瓣衰减加快，但第一旁瓣的衰减几乎没有变化，单级的CIC滤波器阻带衰减只有13.46 dB.为使阻带衰减能满足实际应用要求，CIC滤波器一般采取多级级联，Q级级联滤波器的主瓣与旁瓣电平差值为 dB.图4是多级级联的CIC抽取滤波器结构图，增多级联数虽然会减小混频现象，但会造成通带不平缓以及实际控制复杂程度增加[9]，所以一般采用5级级联的CIC抽取滤波器.对长度为8的CIC滤波器分别采用单级、2级、5级CIC级联进行仿真，结果如图5所示.随着级数的增加，滤波器增益变大，主瓣宽度不变，旁瓣衰减变快，5级级联的阻带衰减可达67 dB，能够达到高效滤波器的设计要求.2.2 HB滤波器 HB滤波器只能进行2N倍的采样率变换，因其计算效率高、实时性好. 因此在进行采样率变换时，首先考虑是HB滤波器.半带滤波器幅频特性中通带和阻带关于fs/4对称，即通带容限和阻带容限相等.图6给出了不同阶数的HB滤波器的幅频特性， HB滤波器的过渡带宽与其阶数成反比，减小阶数会导致过渡带过宽，在多采样率系统中会加大频谱混叠影响.2.3 FIR滤波器半带滤波器的阶数变小，会导致半带滤波器过渡带变得非常宽，所以一般会在一组级联的半带滤波器之后再级联一个清除作用的FIR滤波器.此滤波器是一个标准的FIR滤波器，其过度带宽比较窄，可以用来去除掉半带滤波器过宽的过渡带造成的残留频率.2.4 多相滤波器 FIR滤波器的系统函数一般为其中,N为FIR滤波器的长度，可以将式(3)分为M组，每组滤波器长度为Q=N/M，设计多相滤波器要求Q是整数.可以得到其中gk(zM)是滤波器的多相分量：图7给出了多相抽取和内插系统结构.根据多速率信号处理系统中各个滤波器特性以及设计要点的分析，对图2所示系统进行仿真实现.假设输入SINC信号，采样频率fs=4 kHz，选择DCIC=5,DHB=4，D多相=5/3，IHB=2，每个环节采样率变化如图8所示，最终输出信号的采样频率为(fs·IHB)/(DCIC·DHB·D多相)=(4000×2)/[5×4×(5/3)]=240 Hz.在Matlab环境下仿真，整个多速率信号处理系统各环节时域和频域仿真结果如图9所示.由仿真可知，抽取使得信号的时域缩短，从而导致频域的展宽，理论上说信号进行了N倍抽取之后，信号的频谱也会对应地展宽N倍.信号通过5倍CIC 滤波器抽取后产生信号y1 (n)(图9b)，其幅频特性的频域相比输入信号展宽了5倍，同理有了不同采样率的输出信号y2 (n)(图9c)，FIR滤波器只是对信号进行整形，没有对信号进行抽取，因此y3 (n)的采样率与y2 (n)一样.经过多相滤波器后得到y4 (n)(图9d)，信号经过抽取系统后用HB内插滤波器对其进行2倍内插，得到y5 (n)(图9e).为比较不同抽取结构实现变速率采样的区别，以120倍抽取为例，分别用CIC滤波器、CIC滤波器和HB滤波器组合及本文结构来完成抽取任务，都采用原理框图法来实现，在Matlab平台上进行仿真比较.利用CIC完成120倍抽取的仿真图如图10所示.利用CIC进行30倍抽取后再利用HB进行4倍抽取，2级滤波器级联完成120倍抽取，仿真结果如图11所示，设计HB滤波器时，因为原始输入信号通过CIC 30倍抽取后输出信号带宽展宽30倍，所以HB滤波器需要将其阶数升高，展宽通带，这会增加实际实现难度.利用CIC进行18倍抽取，HB进行4倍抽取，多相滤波器完成5/3倍抽取，最终完成18*4*(5/3)=120倍的抽取，仿真结果如图12所示.3种结构都能实现多倍抽取，抽取效果基本一致，但应用灵活度不一样.在实际仿真时，为实现信号的高倍抽取，输入信号的带宽不能过宽.利用CIC抽取滤波器进行信号的整数倍抽取，抽取倍数不能过大，一般CIC滤波器长度等于抽取倍数，倍数大既不容易实现，也容易使输出信号频带失真明显.HB只能实现2的整数次幂的抽取，当抽取倍数过大时，级联数多，系统不好控制，并且抽取滤波器最大通带宽度只能接近π/2，如果输入信号通过前级滤波器展宽后带宽大于π/2，就会被HB滤波器截断后部分的频带.为了实现系统实现灵活的采样率变化，需要加入分数倍采样率变化的滤波器，如文中的多相滤波器.研究了软件无线电中多速率信号处理系统如何实现采样率的变化，讨论了各环节的滤波器设计，分析了各滤波器的特征，并对整个多速率信号处理系统进行Matlab 仿真，在各个环节进行分析和验证，最终实现信号的多速率变换.比较了3种抽取结构的仿真结果，为了实现灵活的采样率变换，利用CIC、HB和多相滤波器级联结构比较合适.【相关文献】[1] 蔡光君,任菊.多速率信号处理技术的实现研究[J].太原科技,2009(4):65-66.[2] 陈亦欧,李广军.多速率信号处理的设计与实现[J].实验科学与技术,2006(6):113-116.[3] 方婷,王华.多速率信号处理在通信系统中的应用[J].无线电通信技术,2005(2):48-49.[4] 李静,彭华,葛临东.用于软件无线电中的整数倍采样率转换技术[J].无线电通信技术,2000(3):28-29.[5] 彭华,李静,葛临东.软件无线电中的非整数倍采样率转换研究[J].电讯技术,2000(6):18-23.[6] Jovanovic-Dolecek G, Mitra S.K.On design of CIC decimation filer with improved response:proceedings of the 3rd International Symposium on Communications, Control and Signal Processing, St Julians, 12-14 March, 2008[C].[S.l.]:IEEE 2008.[7] 韩治国,王红梅,许辉.基于窗函数和特征滤波器的半带滤波器设计[J].计算机仿真,2013(8):181-184.[8] 韩韬. 软件无线电数字下变频的研究及系统仿真[D].吉林大学,2006.[9] 徐向斌. 无线信号多速率发送处理器的研究与设计[D].哈尔滨工程大学,2011.[10] 张茂磊. 无线信号多速率接收处理器的设计[D].哈尔滨工程大学,2011.。
软件无线电中的多频段信号带通采样
ISSN 1000-0054CN 11-2223/N 清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2009年第49卷第8期2009,V o l.49,N o.823/391176-1179软件无线电中的多频段信号带通采样池 琛, 张 , 杨知行(清华大学电子工程系,微波与数字通信技术国家重点实验室,北京100084)收稿日期:2008-05-28基金项目:国家“八六三”高技术项目(2007AA01Z2b6)作者简介:池琛(1983—),男(汉),广西,博士研究生。
通讯联系人:杨知行,教授,E-mail:yang zhx@摘 要:针对软件无线电(SD R )技术中的多频段信号带通均匀采样技术,提出了一种能够高效、准确地求解最小采样频率的方法。
该方法从理论上可能的最小采样频率出发,根据采样后频谱不发生混叠的3种约束条件来确定可变的频率步长,搜索可用的最小频率。
在求解过程中同时考虑到采样后频谱之间的保护带宽。
具体的工程算例表明采用该方法能够快速准确地计算出最小采样频率。
与其他方法相比,该方法计算复杂度较低,能够避免频谱倒置的情况,并且可以兼顾频谱间的保护间隔。
关键词:软件无线电;带通均匀采样;多频段信号;保护带宽中图分类号:T N 911.2文献标识码:A文章编号:1000-0054(2009)08-1176-04Bandpass sampling of multiband signalsin software defined radioCHI Chen ,ZHAN G Yu ,YANG Zhixing(State Key Laboratory of Microwave and Digital Communication ,Department of Electronic Engineering ,Tsinghua University ,Beij ing 100084,China )Abstract :An efficient meth od is p resented to find th e m inimum valid sampling frequency for ban dpas s samplin g of m ultiband signals in softw are defined radio (SDR)technology.Th e method s tarts with the theoretically minim um frequency and sear ches for the m inimum valid s am pling fr equency using var iable step siz es sub ject to three non-aliasing constraints.Th e gu ard-bands between the dow nconverted sign al s pectra are analyzed to determin e the minim um s am pling fr equency.An exam ple illustrates that the minim um valid frequency is rapidly an d accurately determined.T his meth od is less compu tationally complex than oth er similar ap proaches ,and avoids spectrum inver sions ,w hile including an alyses of the guard-bands.Key words :s oftw are defined radio;uniform bandpass sampling ;mu ltiban d s ignals;guard-bands软件无线电系统是一种开放式的体系结构,其覆盖的频率范围较宽,才能对不同的通信标准具有广泛的适应性。
软件无线电台实时数据采集软件设计
第３６卷 ＶｏＬ３６ 第７期 Ｎｏ．７ 计算机工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１０年４月
Ａｐｒｉｌ ２０１０
・软件技术与数据库・ 文章编号：ｌ００ｏ＿３４２８（２０ｌｏ）０７—＿００３３—＿０３ 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＰ３１１．１１
软件无线电台实时数据采集软件设计 张志民，欧建平，皇甫堪 （国防科技大学电子科学与工程学院，长沙４１００７３）
摘要：针对软件无线电台接收机工作流程的特点与要求，在Ｗｉｎｄｏｗｓ ｘＰ环境下开发中频信号实时数据采集软件。与使用单线程相比， 多线程编程技术可以保障数据采集的实时性和效率。采用操作系统提供的事件内核对象作为线程同步机制，协调线程问操作的正确次序和 对共享资源的正确访问。应用微软基础类库使代码在一定程度上可重用。该软件设计灵活、方便、易于维护，可以提高开发效率。 关键词：软件无线电台；实时数据采集；软件设计；多线程
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｒａｄｉｏ
ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ・ｒａｉｎ，ＯＵ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ，ＨＵＡＮＧＦＵ Ｋａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｅｍａｎｄｓ ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｌｏｗ ｏｆ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｒａｄｉｏ（ＳＤＲ）ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｓ ａ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｉｔ ｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＲ Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｔｈｒｅａｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｍｕｌｔｉ—ｔｈｒｅａｄ ｃａｌｌ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅ Ｅｖｅｎｔ ｋｅｒｎｅｌ ｏ￣ｅｃｔ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｔｈｒｅａｄ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ＳＯ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｈｒｅａｄｓ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｅｖｅｒｙ ｔｈｒｅａｄ ｈａｓ ｐｒｏｐｅｒ ａｃｃｅｓｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｈａｒｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｏ ｓｏｍｅ ｅｘｔｅｎｔ， ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ＭＦＣ ｍａｋｅｓ ｃｏｄｅｓ ｒｅｕｓａｂｌｅ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｌｅｘｉｂｌｙ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｅａｓｙ ｔｏ ｍａｉｎｔａｉｎ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｌ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｉｎｅｄ Ｒａｄｉｏ（ＳＤＲ）；ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ｓｏＲｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ；ｍｕｌｔｉ—ｔｈｒｅａｄ
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软件无线电中采样率转换毕业设计西南科技大学本科生毕业论文 I软件无线电中采样率转换的FPGA实现摘要:随着软件无线电的不断发展，采样率转换技术成为了软件无线电硬件平台的关键技术。
利用该技术处理不同标准和速率的信号，使其能够在同一个硬件平台上实现不同速率的信号传输。
合理的设计和实现采样率转换系统，是目前软件无线电领域研究的重点和难点。
详细阐述了软件无线电中采样率转换系统的理论知识，提出了基于FPGA的本文采样率转换的整体设计方案，对两大核心模块:测试源模块和多速率处理模块进行了详细的设计。
在本方案中，测试源模块采用直接数字频率合成(DDS)技术，以ISE软件为平台，设计一个频率为2MHz、采样率为160MHz的正弦波。
多速率处理模块利用Matlab和ISE软件，完成了多速率处理模块中CIC抽取滤波器和HB抽取滤波器的详细设计，并对各个滤波器的功能进行仿真。
最后在Matlab和ISE软件中分别测试信号进行8倍的抽取，对总体方案进行simulink仿真和ModelSim仿真，实现对输出采样率为20MHz、频率仍是2MHz的无失真正弦波。
文末给出了设计过程中遇到的问题以及对问题的分析处理结果。
关键词: 采样率转换;DDS技术;CIC滤波器;HB滤波器;FPGA;西南科技大学本科生毕业论文 IISample Rate Conversion Implemented with FPGAin Software RadioAbstract: With the development of software radio, sample rate conversiontechnique plays a significant role in the hardware platform of software radio. Using this technology to deal with signal of different standards and rates can achieve signal sample rate conversion and signal transmission on the same hardware platform .Calculating and implementing a sample rate conversion system reasonably is important and difficultfor designer in the field of Software radio.Expounding the basic theory of sampling rate conversion of software radio system, this paper proposes the overall design scheme of sample rate conversion which is based onFPGA ,and the test source signal module and multi- rate processing module are discussed in detailIn this design, the test source signal ,a sine wave with frequency of 2MHz and sample rate of 160MHz, is designed in ISE software, adopting direct digital synthesis (DDS) technology. In multi-rate processing module, the CIC decimation filter and HB decimation filter are designed in detail, whose functions are emulated in ISE and Matlab software. Finally, output signal is converted into a undistorted sine wave with frequency of 2MHz and sample rate of 20MHz via the simulink emulation and ModelSim emulation which are completed in ISE and Matlab software. At the end of the thesis, it discusses the analysis and solution results to the problems, which are emerged in the design.Key words: Sample Rate Conversion, DDS technique, CIC filter; HB filter ,Field Programmable Gate Array(FPGA)西南科技大学本科生毕业论文 III目录第1章绪论 ..................................................................... (1)1.1选题的背景及目的意义 ..................................................................... .. (1)1.1.1课题研究背景 ..................................................................... (1)1.1.2 课题研究的目的及意义 ..................................................................... .. (1)1.2 多速率信号处理和实现方法 ..................................................................... (2)1.2.1多速率信号处理 ..................................................................... .. (2)1.2.2多速率信号处理实现方法 ..................................................................... ..21.3 设计指标和关键技术 ..................................................................... .. (3)1.4 本文主要内容 ..................................................................... .............................3 第2章方案论证 ..................................................................... (4)2.1 系统设计思想 ..................................................................... .. (4)2.2 系统方案论证 ..................................................................... .. (4)2.2.1 正弦波发生器模块...................................................................... (4)2.2.2 多速率处理模块 ..................................................................... ................5 第3章系统设计相关原理 ..................................................................... (6)3.1 信号抽取原理 ..................................................................... .. (6)3.2 高效滤波器 ..................................................................... (7)3.2.1 CIC滤波器 ..................................................................... . (7)3.2.1.1 单级CIC .................................................................... .. (8)3.2.1.2 多级CIC .................................................................... (10)3.2.2 HB滤波器 ..................................................................... (12)3.2.3 FIR滤波器 ..................................................................... (14)3.2.3.1 FIR滤波器原理 ..................................................................... . (14)3.2.3.2 FIR的FPGA实现结构 .............................................................. 15 3.3 直接数字合成(DDS)技术 ..................................................................... ........ 16 第4章系统总体设计和核心模块设计 ...................................................................184.1 多速率系统方案总体设计 ..................................................................... .. (18)4.1.1 多速率系统总结构...................................................................... . (18)西南科技大学本科生毕业论文 IV4.1.2参数计算 ..................................................................... (18)4.2 核心模块设计 ..................................................................... (19)4.2.1 DDS模块设计 ..................................................................... (19)4.2.2 CIC滤波器设计 ..................................................................... . (21)4.2.2.1 积分模块 ..................................................................... (21)4.2.2.2 抽取模块 ..................................................................... (22)4.2.2.3 梳状模块 ..................................................................... (23)4.2.2.4 CIC参数计算 ..................................................................... .. (23)4.2.3 HB滤波器设计 ..................................................................... .. (25)第5章系统 FPGA 硬件代码设计和仿真 (29)5.1测试源文件 ..................................................................... .. (29)5.2 CIC抽取滤波器仿真 ..................................................................... .. (29)5.3 HB抽取滤波器仿真 ..................................................................... (32)5.4多速率系统仿真 ..................................................................... (34)结论 ..................................................................... ..................................................... 37致谢 ..................................................................... ..................................................... 38 参考文献...................................................................... ................................................ 39 附录1:FPGA设计顶层原理图 ..................................................................... ............ 41 附录2:DDS 测试源Verilog HDL代码 ....................................................................42 附录3: CIC抽取滤波器Verilog HDL代码 (44)附录4: HB抽取滤波器Verilog HDL代码 (48)附录5: MATLAB 产生ROM程序 ..................................................................... ........... 55 附录6: CIC 抽取滤波器M文件 ..................................................................... .. (56)西南科技大学本科生毕业论文第1章绪论1.1选题的背景及目的意义1.1.1课题研究背景软件无线电是一种新型无线通信技术，其中心思想是:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、数据格式、调制解调类型、加密模式、通信协议等用软件来完成，并使宽带A/D和D/A转换器尽可能地靠近天线，[1]以研制出具有高度灵活性和开放性的新一代无线通信系统。