FPGA实现的数字下变频抽取滤波器设计

"数字下变频中抽取滤波器的设计及FPGA实现，主要涉及降采样技术，采用半带滤波器与级联积分梳状滤波器(CIC)的多级结构，通过Xilinx ISE 12.3在FPGA上实现，下采样率为64。设计包括一个2倍抽取的前置半带滤波器(HBF)，一个16倍抽取的CIC滤波器，以及一个2倍抽取的FIR补偿滤波器。Simulink用于系统模型验证，Modelsim仿真结果证实设计的有效性。" 在软件无线电接收机的数字下变频过程中，高速数字信号的处理至关重要。为了降低信号的采样率，需要用到降采样技术，这一任务通常由抽取滤波器执行。文中提出了一种结合半带滤波器和级联积分梳状滤波器的多级抽取滤波器架构。半带滤波器因其近一半的系数为零，降低了计算复杂度，而CIC滤波器则以其简单的结构和高效率在多级抽取滤波器中常被用作第一级。 设计中，首先通过Simulink建立系统模型，进行了功能验证。接着，使用Xilinx ISE 12.3工具在Xilinx xc5vsx95t-2ff1136 FPGA上实现了64倍下采样的抽取滤波器。在FPGA实现过程中，为了优化性能，可能采用了并行处理和流水线技术。例如，FIR滤波器可以方便地应用这些技术，而CIC滤波器由于其内部的反馈回路则需要特别考虑同步问题。 文章详细描述了整个抽取滤波器的结构，它由三个主要部分组成：2倍抽取的半带滤波器作为前置级，16倍抽取的CIC滤波器，以及一个2倍抽取的FIR补偿滤波器。这种分层设计有助于降低滤波器的阶数，增加系统的灵活性。通过Simulink进行的仿真验证了各级滤波器的性能，输入控制信号设置为“1”时，输入不同频率的正弦信号，各级输出的频谱分析显示了滤波器的有效降采样和信号滤波效果。 最后，FPGA实现部分讨论了如何在实际硬件上部署这种抽取滤波器，包括HBF的实现，以及如何优化硬件资源利用率。由于HBF的特性，它可以显著缩小多速率系统中的硬件需求，提高系统效率。 这篇文稿提供了一个实用的数字下变频解决方案，通过巧妙的滤波器设计和FPGA实现，有效地处理高速数字信号，满足软件无线电接收机的性能需求。