0vamfha东南_大学2005-多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用研究文库

^|Youhavetobelieve,thereisaway.Theancientssaid:thekingdomofheavenistryingtoenter.Onlywhenthereluctantstepbysteptogotoit'stime,mustbemanagedtogetonestepdown,onlyhavestruggledtoachieveit.--GuoGeTech本文由毕韬贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。东南大学硕士学位论文多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用研究姓名:何健雄申请学位级别:硕士专业:信号与信息处理指导教师:吴镇扬20050601摘要摘要多采样率数字滤波器在软件无线电中的应用研究硕士研究生:何健雄导师:吴镇扬教授东南大学无线电工程系继模拟到数字,固定通信到移动通信之后,软件无线电技术是第三次通信技术领域的革命.多采样率转换技术是实现软件无线电通信系统对各种通信标准兼容的关键.多采样率数字滤波器广泛应用于软件无线电中,它能降低信号处理的复杂度,增加应用的灵活性.本文首先分析了软件无线电中带通采样,内插和抽取等多采样率数字信号处理技术,从最大限度降低系统运算速度要求和减少系统存储空间出发,将软件无线电采样率转换过程分为整数倍转换和非整数倍转换两个步骤来实现,并详细地讨论非整数倍采样率的转换方法.其次对软件无线电中各种多采样率数字滤波器的特性进行了详细的分析研究,并对软件无线电数字下变频常用芯片HsP50214B的结构原理进行分析,着重讨论了其中的采样速率转换过程.最后,对HsP50214B中所采用的积分梳状(cIc),半带(船),有限冲激响应(FIR)数字滤波器的进行了研究和设计,并作了数字下变频(DDc)和信道分离的仿真实验,结果表明,多采样率数字滤波器在软件无线电的应用,能在保持有用信息不损失的基础上实现采样率变换,显著地降低系统运算速度,节省系统存储空间,有助于减轻后续处理系统的复杂性,保证系统的实时处理.关键词;软件无线电;采样率;抽取;内插:滤波器;数字下变频垒璺!!坠!!一ABSTRACTTHEIMPLICATIoNoFMULTI-SAMPLE—RATEDIGlTALFII』rER矾SoFTⅥAREJiaIl—xiong,Supenrisor:WURADIOZllen-yallgCalldidate:HERadioEngineermgDepartment,SoutheastUniVersi可so竹wareRadioTecllnology(SWR)hasbeenreco印izeddi舀talasthethirdtransfo皿inthetelecommunication打eldaftertheaIlalogcommuIlicationtomobilecommunjcation.ThecommIIIlication,fixedcommunicationtoplaysanmulti-s姗pIemteconversion(SRC)techniqueessentialpaninenablmgtheSWRsystemtomatchmum-coIIlrnunicationstandards.Multi-sample-ratedlgitalnlte'whichreducesmecomplexltyinhandl.mg.signals锄denhaI】cesthenexibil磅ofimplicationfunction,iswidelyusedinmefieldThisessay0fSWR.fi僦lymakesaresearchonbandpasss啪plingappliedinSWRsystem,inteI.polationandondecima廿oninmulti.sampleratenetworkand,onttlebaSisofreducingtherequjrementtocalculationspeedtheminimuma11dmemoryspace,dividestheSRCsystemintotwoparts:decimationsystemforintegralorf犯tora11dfor矗甚ctionalfhctotirrationalfktoLandfu曲erdlscussesindetailtheconversionoff}actionalSecondly'thewidelyusedinessaymal【esafunllera11aIysisonthecharacteristicsofV撕0usmultl—s锄pIe—ratenltersSWR,Inaddition,tlleessayanalysesttlest兀lcmreof丹equency-shi丘ingchipHSP50214BInswRcircumstance,puttingtheem曲aSison血eprocessofs舢plingrateconversion.nlterslikeCIC,HBa11dFIR,onFinally,t11eessaydiscussesa工1dresearcheson廿ledesignofsomewhicharedigi诅lusedinHSP50214B.Besides,wemadeprovesasimulationexperhnemDDC柚dsignaldiversion,call,on血eresultofwhichthatmeimplicationofmulti-sample—ra地di西tal6lteri11soft,Vareradio廿lebasisofrealizingSRC,promjnentlyreducetherequirementofsystemcalcul鲥叽speedaIldthememo叮spaceandth;reforecountmuchinreducingback_stagehafldlingcomplexityandsecuringthesystematichalldling.mduetime.1(eywords:sofhvareradjo,samplemte,decimati011,i11terpola廿on,filteLdigi诅ldownconVert东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究:L作及取得的研究成果.尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证啪而使用过的材料.与我一同:f作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意.研究生签名:!互垒垒鲴!目期:.奎￡.&:出东南大学学位论文使用授权声明东南大学,中国科学技术信息研究所,国家倒批馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档,可以采用影印,缩印或其他复制手段保存论文.本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致.除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅,可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容.论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理.研究生签名:≤曼垒鱼筮导师签名:姜塑日期:坦￡:』:塑第一章绪论第一章绪论1.1软件无线电通信的发展状况和前景继模拟通信到数字通信,固定通信到移动通信之后,软件无线电是第三次世界通信技术领域的革命.所谓软件无线电,实际上是一种宽频段,支持多模式,由软件实现的无线通信模式.它使用通用的便件平台,将接收到的模拟信号尽可能靠近天线进行数字化,它采用模块化设计原则,具有开放式ISO/0SI体系结构,用软件来实现无线通信功能,从而使无线通信系统具有软件可移植性和功能可编程性,便于系统互联和功能升级.1^..软件无线电的概念最早在1992年5月美国电信系统会议上由MITRE公司的J.Mit01a首次明确提出,之后迅速风靡全球,1995年5月IE髓coⅢⅢunicationMagazin曲寺别发表了一期无线电专刊,全面系统地介绍了软件无线电与数字无线电的区别,硬件和软件的实现方法,性能分析及其结构,为软件无线电的一些关键技术的研究提供了理论基础.'…1996年10月我国将软件无线电技术列入国家863计划中的通信研究项目.近年来软件无线电技术己被广泛应用于陆地移动通信,卫星移动通信与全球通信系统,成为解决数字移动通信中多种'一不同标准问题的最佳选择方式.软件无线电的完全数字化,宽频带内的完全可编程性,系统功能的可扩充性,系统实现的模块化(各模块间的物理,电气性能指标符合统一,开放的接口标准等特性)囊括了朱来通信技术发展的主要趋势,而现代计算机技术,微处理器技术,DSP处理技术,VLsIcs以及AsIcS技术的广泛应用,又为软件无线电的实现提供了软件及硬件基础.因此可以说,软件无线电技术正是为实现未来通信技术孕育而生的.'6;1.2软件无线电的关键技术,.●软件无线电技术的优势是显然的,但本身的发展过程也是i目难的,因为软件无线电技术的发展和推广应用依赖于以下几项关键技术:1.宽带射频段的关键技术软件无线电台覆盖的频段为2MHz～2000删z,因此,其射频段应具有接入多仓波段甚至覆盖全波段的功能,致使其频率很高,带宽很宽,而现有技术无法研制出这种全频段天线,通常的方法是把工作频段分为2¨30MHz,30M～500Ⅻz,500M～2000姗Z三段进行实现,在一定程度,上解决了这个难题.2.A/D变换技术.ADC的采样速率和采样分辨率直接限制了软件无线电中数字信号的起点和终点,而这位置的确定又影响到系统软件化操作的能力.近年来,由于无线数字信号处理应用发展,使ADC在采样速率和采样分辨率方面有了很大的提高.但离实际的软件无线电需求还有较大的差距.现在的解决办法主要是采用多个ADc并行处理或采用抑制信号动态范围的算法降低对A/D变换的分辨率的要求.3.数字前端的实现技术数字前端即数字中高频部分,主要完成sRC(采样率变换),信道抽取以及与各种通信标准适配东南大学硕士学位论文的功能.这一部分是整个数字信号处理中运算速度最快,运算量最大,功耗昂多的部分,也是实现软件无线电技术的瓶颈之一.4.多DSP技术软件无线电的灵活和可配置能力的基础在于数字处理技术,而其核心就是DsP单元,限于目前的芯片处理能力,单独的DSP无法承担软件无线电所要求的数字信号处理,所以必须采用多DSP技术.5.软件下载技术软件无线电设备要想自如地在不同制式的通信网络漫游,就必须使用灵活的动态下载技术,这对于系统的要求是很高的.现在常见的解决办法有静态下载技术和半静态下载技术两种.'711.3本课题的主要研究内容和意义1.本课题的研究背景和意义'综观软件无线电关键技术,发现采样率转换技术是整个软件无线电通信系统中的一个重要组成部分,在其关键技术——数字前端技术和多DsP处理技术中处于比较重要的地位,尤其是实现软件无线电结构的关键部分.因此,对软件无线电中的多采样率转换技术进行研究具有十分重要的意义.首先,采样率变换是实现软件无线电通信系统对各种通信标准兼容的关键.根据目前现状,各种移动通信标准很多,新旧体制混杂,不同标准的信号的符号速率(或chip速率)是不同的.而不同标准所对应的数字信号,在正交调制后使用抽样判决的方法恢复码元信息时,要求码元速率与抽取系统的输出速率必须满足特定的关系(如整数倍关系)等.以最常见的GsM,Is一95及U]IlTS(uniyersalM0beTelecommunicationsystems)为例,他们的符号速率存在着咀显的差别,如GsM们比特速率为270.83Ksa叩1es/秒,Is一95的码元速率为1.2288Mchip/秒,UMTs的码元速率为3.84Mchips/秒.对每一个码元符号要取两个采样点,所以这三种通信制式所需要的采样率分别为GsM一541.6KsaⅢDles/秒,Is一95～1.2288Mchip/秒,uMTs一3.84Mc