基于FPGA的成型滤波器设计

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1、南京理工大学紫金学院毕业设计说明书(论文)作 者:朱郑良 学 号：090404166 系：电子工程与光电技术系专 业:通信工程 题 目:基于FPGA的成型滤波器的设计 副教授 芮义斌 指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2012 年 5 月南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计（论文）评语学生姓名： 朱郑良 班级、学号： 090404166 题 目： 基于FPGA的成型滤波器的设计 综合成绩： 指导者评语：朱郑良同学在毕业设计期间，刻苦学习，努力钻研，表现出了较强的自学能力和分析问题解决问题的能力。该生在学习掌握了有关数字通信系统中成型滤波器基本

2、原理的基础上，分析了成型滤波器的设计方法及实现结构，并进行了相应的Matlab仿真，最后利用FPGA的IP核完成了平方根升余弦的成型滤波器设计。时序仿真结果表明系统设计正确。朱郑良同学较好地完成了毕业设计任务书中所规定的任务。论文结构合理，条理清晰，书写格式符合规范。同意提交答辩，建议成绩评定为良好。 指导者(签字)： 年 月 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要 本文对数字基带信号脉冲成型滤波的应用、原理及实现进行了研究。首先介绍了数字成型滤波的应用意义并分析了模

3、拟和数字两种硬件实现方法,以及运用FIR结构设计数字滤波器的优势。接着介绍了数字通信系统的一般模型以及成型滤波器的设计基本原理，并对几种常用的FIR滤波器设计结构进行简单的介绍。接着讨论了运用加窗设计FIR滤波器的原理和方法，并在MATLAB上进行了成型滤波器的时序仿真。然后介绍了FPGA的特点和工作原理以及采用FIR核实现的便捷性。最后，运用了FPGA中的IP核实现了对成型滤波器的时序仿真，并验证了与MATLAB仿真结果的一致性。关键词 成型滤波器 FIR滤波器 窗函数设计 FPGA 毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Digital shaping filter design bas

4、ed on FPGA AbstractThis Paper investigates the problems about theory, application and implementation of digital base-band signal shaping. Firstly, it introduces the meanings of using shaping filter and analyzes the two ways of implementation: analog way and digital way,as well as the use of the adva

5、ntages of the digital filter design of FIR structure.Then presented the general model of digital communication systems as well as shaping filter design rationale, and several commonly used FIR filter design the structure of a brief introduction.Went on to discuss the principles and methods of use of

6、 the windowed FIR filter design and shaping filter in MATLAB simulation,Then use ISE System Generator filter on FPGA advantages, and using FIR nuclear realized convenience.Finally, the use of IP cores in the FPGA to achieve a simulation of the shaping filterKeywords shaping filter FIR filter window

7、function FPGA7 本科毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页 目 次 1 引言 11.1 成型滤波器的应用 11.2 数字通信系统模型介绍以及成型滤波器在数字通信系统中的作用 11.3 成型滤波器的硬件实现 22 数字成型滤波器的设计 4 2.1 成型滤波器的设计原理 42.2 FIR滤波器常用结构 82.3 窗函数法设计FIR滤波器 122.4 平方根升余弦滚降滤波器的设计及MATLAB仿真 173 基于FPGA的成型滤波器设计 243.1 FPGA开发环境与工具 243.2 成型滤波器的FPGA仿真实现（采用FIR核实现） 25结论 30 致谢 31参考文献 32 本科毕业设计

8、说明书（论文） 第 32 页 共 32 页 1 引言 在现代无线电通信中，成型滤波器能够有效克服码间干扰，从而提高了整个通信系统的性能，因此一个通信系统能否有效、可靠地工作，成型滤波器起到了重要作用，是数字通信系统的一个必不可少的环节。11 成型滤波器的应用 随着现代数字通信技术的发展，频带拥挤问题日益突出。由于数字信号传输信道的带限以及非线性，对发送信号的频谱提出了较高要求1。如何节省频带，提高频谱利用率，已成为数字通信领域的一个重要课题1。为了提高频谱的利用率，除采用高效率的数字调制技术、正交极化技术(水平、垂直极化公用技术)之外，还广泛使用成形滤波技术，即对发送信号的频谱进行专门加工，使

9、其在消除码间干扰(ISI)和实行最佳检测的前提下，压缩信号频带，提高频谱的利用率1。随着数字通信技术的发展，基带信号的频谱成形发展出了多种方法，作为数字通信中的核心模块之一，对于成型滤波器的研究也越来越受到重视并逐步成熟起来。 1.2 数字通信系统模型介绍以及成型滤波器在数字通信系统中的作用 数字通信系统细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。同步数字频带传输系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图1.12 。涉及的技术问题有很多，其中主要有信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调、同步以及加密与解密2。信宿解密器译码器解调器信息源加密器编码器调

10、制器 信道噪声源 图1.1 数字通信系统受信者 模拟信号数字化传输的系统如图1.2 。在日常生活中大部分信号（如语音信号）为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发端将模拟信号数字化，即进行 A/D 转换；在接收端需进行相反的转换，即 D/A 转换。模拟信息源抽样、量化、编码数模转换数字通信 图 1.2 模拟信号数字化传输系统 数字基带系统与频带传输系统相对应，我们把没有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图1.3接收滤波器 基带信号成型器 信宿 抽样判决器 信道信源 噪声源cp 图1.3 基带传输系统 随着现代数字通信技术的发展，频谱成形技

11、术已成为一个重要研究课题。频谱成形常常在基带实现，压缩基带信号频谱的主要方法就是采用基带成型滤波器。在数字通信系统中，基带信号的频谱一般较宽，为了有效利用信道，在传递前需对信号进行成形处理，以改善其频谱特性，使得在消除码间干扰与达到最佳检测接收的前提下，提高信道的频带利用率。图1.3是一个典型的数字基带传输系统，它主要由发送器、信道、接收滤波器和抽样判决器组成。发送滤波器即成型滤波器产生适合于信道传输的基带信号，在信号输出之前，对信号频谱进行压缩，使其在消除码间串扰和达到最佳检测的前提下，提高频带的利用率。1.3 成型滤波器的硬件实现 在数字滤波器面世之前，脉冲整形电路是用模拟滤波器来实现的。