基于FPGA技术的抽取器设计与实现 摘 要
软件无线电是未来通信的发展方向，而作为其重要组成部分之一的抽取器，将难以实时处理的高速数据流变为低速率信号，使软件无线电的实现成为可能。
基于抽取器的基本原理，本文研究和分析了多种数字滤波器及抽取结构，并用MATLAB进行仿真，从而确定了本设计所采用的抽取器结构。在此基础上，采用Quartus II开发系统设计了抽取器各个模块，通过波形仿真验证了其正确性。最后，采用系统硬件平台将程序写入FPGA芯片，利用示波器和频谱分析仪对设计的抽取器进行了频域和时域性能分析。
本文完整地完成了抽取器的设计和实现过程，从理论到实际硬件一步步验证了FPGA技术应用于抽取器的可行性及灵活性。
关键词：抽取器，数字滤波器，软件无线电，MATLAB，VHDL， FPGA
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
图列 V
表列 VI
第1章 绪论 1
1.1 课题的来源及背景 1
1.2 研究的目的与意义 2
1.3 国内外在该领域的研究现状及分析 2
1.4 论文主要研究内容 3
1.5 本章小结 4
第2章 抽取器理论研究及MATLAB仿真实现 5
2.1 抽取的基本原理 5
2.1.1 整数倍抽取 5
2.1.2 分数倍抽取 8
2.2 数字滤波器 8
2.2.1 FIR低通滤波器 8
2.2.2 半带滤波器 12
2.2.3 积分梳状滤波器 14
2.2.4 ISOP补偿滤波器 16
2.3 抽取器实现结构 18
2.3.1 多相结构 18
2.3.2 多级抽取 20
2.4 整体系统设计及仿真 21
2.4.1 总体设计要求 21
2.4.2 滤波器设计 22
2.4.3 仿真实现 24
2.5 本章小结 26
第3章 抽取器VHDL语言实现 27
3.1 信号发生模块 27
3.2 CIC滤波器模块 29
3.3 ISOP补偿滤波器模块 32
3.4 第一级HB滤波器模块 33
3.5 第二级HB滤波器模块 34
3.6 FIR滤波器模块 37
3.7 总体设计 38
3.8 本章小结 40
第4章 抽取器硬件调试 41
4.1 硬件平台介绍 41
4.2 调试过程 42
4.3 结果分析 48
4.4 本章小结 49
第5章 总结与展望 50
参考文献 51
附录 53
致谢 61
图 1 1 设计结构图 4
图 2 1 抽取器 5
图 2 2 信号抽取示意图 6
图 2 3 抽取前后的频谱结构（混叠） 7
图 2 4 抽取前后的频谱结构（无混叠） 7
图 2 5 FIR滤波器设计图列
11
图 2 6 FIR滤波器的基本结构 11
图 2 7 半带滤波器频谱特性及2倍抽取时的混叠情况 13
图 2 8 31阶半带滤波器频率响应 14
图 2 9 单级CIC滤波器的实现 15
图 2 10 多级CIC滤波器的实现 15
图 2 11 CIC滤波器的频率响应 16
图 2 12 ISOP补偿滤波器前后通带内波纹 18
图 2 13 抽取的多项分解 19
图 2 14 多相抽取前后频谱对比 20
图 2 15 32倍抽取滤波器组 21
图 2 16 第一级HB滤波器频率响应 22
图 2 17 测试信号的时域波形及频谱 24
图 2 18 原信号和输出信号的时域波形 25
图 2 19 原信号和输出信号的频谱 25
图 2 20 通过CIC滤波器后的时域波形和频谱 26
图 3 1 信号发生模块设计框图 28
图 3 2 信号发生模块仿真图 28
图 3 3 CIC滤波器模块设计理框图 31
图 3 4 CIC滤波器模块仿真图 32
图 3 5 ISOP补偿滤波器模块设计框图 32
图 3 6 第一级HB滤波器设计框图 33
图 3 7 第一级HB滤波器的仿真图 34
图 3 8 第二级HB滤波器设计框图 35
图 3 9 第二级HB滤波器的仿真图 36
图 3 10 FIR滤波器设计框图 37
图 3 11 顶层框图 38
图 3 12 原信号输入时仿真图 39
图 3 13 测试信号输入时仿真图 39
图 4 1 实验箱 41
图 4 2 原信号（低频2FSK调制） 43
图 4 3 原信号频谱图（线性幅度） 43
图 4 4 测试信号波形 44
图 4 5 测试信号频谱（线性幅度） 44
图 4 6 输出结果的波形 45
图 4 7 输出结果的频谱（线性幅度） 46
图 4 8 未通过FIR滤波器时信号的波形 46
图 4 9 未通过FIR滤波器时信号的频谱（线性幅度） 47
图 4 10 ISOP滤波器后信号的波形 47
图 4 11 ISOP滤波器后信号的频谱（线性幅度） 48
表列
表 2 1 两级半带滤波器系数 23
表 2 2 FIR滤波器系数 24
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