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第1章 数字滤波器及FPGA概述1

1.1滤波器概述3

1.1.1滤波器简介3

1.1.2数字滤波器的分类4

1.1.3滤波器的特征参数6

1.2 FPGA基本知识6

1.2.1 FPGA的基本概念及发展历程6

1.2.2 FPGA的结构和工作原理8

1.2.3 IP核的概念13

1.3 FPGA在数字信号处理中的应用14

1.4 Xilinx器件简介15

1.4.1 Spartan系列器件17

1.4.2 Virtex系列器件20

1.4.3 PROM芯片介绍26

1.5小结27

第2章 设计语言及环境介绍29

2.1 VHDL语言简介31

2.1.1 HDL语言31

2.1.2 VHDL语言32

2.2 FPGA开发工具及设计流程35

2.2.1 ISE开发套件35

2.2.2 Modelsim仿真软件39

2.2.3 Synplicity综合软件41

2.2.4 FPGA设计流程42

2.3 MATLAB软件44

2.3.1 MATLAB软件简介44

2.3.2常用的信号处理函数47

2.3.3滤波器设计分析工具FDATOOL54

2.4 MATLAB与ISE的联合应用55

2.4.1 MATLAB与ISE的数据交换55

2.4.2混频器设计分析实例56

2.5小结69

第3章FPGA实现数字信号处理基础71

3.1数的表示73

3.1.1莱布尼茨与二进制73

3.1.2定点数表示74

3.1.3浮点数表示78

3.2有限字长效应81

3.2.1字长效应的产生因素81

3.2.2 A/D变换的字长效应82

3.2.3滤波器系数的字长效应83

3.2.4滤波器运算中的字长效应84

3.3 FPGA的常用运算模块85

3.3.1加法器模块85

3.3.2乘法器模块88

3.3.3除法器模块94

3.3.4 CORDIC运算模块97

3.3.5浮点运算模块99

3.4小结101

第4章FIR滤波器的FPGA设计与实现103

4.1 FIR滤波器的理论基础105

4.1.1线性时不变系统105

4.1.2 FIR滤波器的原理107

4.1.3 FIR滤波器的特性108

4.1.4 FIR滤波器的结构形式112

4.2 FIR滤波器的设计方法116

4.2.1窗函数法117

4.2.2频率取样法118

4.2.3最优设计方法119

4.3 FIR滤波器的MATLAB设计120

4.3.1采用firl函数设计120

4.3.2采用kaiserord函数设计125

4.3.3采用fir2函数设计126

4.3.4采用firpm函数设计127

4.3.5采用FDATOOL工具设计129

4.4 FIR滤波器的FPGA实现131

4.4.1量化滤波器系数131

4.4.2串行结构的FPGA实现133

4.4.3并行结构的FPGA实现140

4.4.4分布式结构的FPGA实现143

4.4.5不同结构的性能对比分析148

4.4.6采用FIR核实现148

4.5小结153

第5章IIR滤波器的MATLAB与FPGA实现155

5.1 IIR滤波器的理论基础157

5.1.1 IIR滤波器的原理及特性157

5.1.2 IIR滤波器的结构形式157

5.1.3 IIR与FIR滤波器的比较159

5.2 IIR滤波器的设计方法160

5.2.1几种典型的模拟滤波器160

5.2.2原型转换设计法163

5.2.3直接设计法164

5.3 IIR滤波器的MATLAB设计164

5.3.1采用butter函数设计165

5.3.2采用cheby1函数设计165

5.3.3采用cheby2函数设计166

5.3.4采用ellip函数设计166

5.3.5采用yulewalk函数设计167

5.3.6几种设计函数的比较167

5.3.7采用FDATOOL工具设计169

5.4 IIR滤波器的FPGA实现170

5.4.1量化直接型结构的系数及运算字长170

5.4.2直接型结构的FPGA实现174

5.4.3直接型结构FPGA实现后的测试仿真180

5.4.4量化级联型结构的系数184

5.4.5级联型结构的FPGA实现185

5.4.6级联型结构FPGA实现后的测试仿真190

5.5小结191

第6章 多速率滤波器的FPGA实现193

6.1多速率信号处理基础知识195

6.1.1多速率信号处理的概念及作用195

6.1.2多速率信号处理的一般步骤196

6.1.3软件无线电中的多速率处理196

6.2抽取与内插处理198

6.2.1整数倍抽取198

6.2.2整数倍内插199

6.2.3比值为有理数的抽样率转换202

6.3 CIC滤波器202

6.3.1 CIC滤波器的原理202

6.3.2 CIC滤波器的应用条件204

6.3.3单级CIC滤波器的FPGA实现206

6.3.4多级CIC滤波器的FPGA实现208

6.3.5 CIC滤波器IP核的使用215

6.4 FIR半带滤波器218

6.4.1半带滤波器的原理218

6.4.2半带滤波器的MATLAB设计219

6.4.3多级半带滤波器的设计221

6.4.4多级半带滤波器的FPGA实现223

6.5多相分解技术229

6.5.1多相分解技米的一般概念229

6.5.2整数倍抽取器的多相结构230

6.5.3多相抽取器的FPGA实现232

6.6小结234

第7章 自适应滤波器的FPGA实现235

7.1自适应滤波器简介237

7.1.1自适应滤波器的概念237

7.1.2自适应滤波器的应用238

7.1.3自适应算法的一般原理240

7.2 LMS算法242

7.2.1 LMS算法的原理242

7.2.2 LMS算法的实现结构242

7.2.3 LMS算法的字长效应243

7.2.4符号LMS算法原理245

7.2.5 LMS算法的MATLAB仿真245

7.3自适应线性滤波器的FPGA实现250

7.3.1自适应线性滤波器原理250

7.3.2利用线性滤波器实现通道失配校正250

7.3.3校正算法的MATLAB仿真251

7.3.4校正算法的VHDL实现253

7.3.5 FPGA实现后的仿真测试257

7.4自适应均衡器的FPGA实现258

7.4.1自适应均衡器原理258

7.4.2自适应均衡器的MATLAB仿真259

7.4.3自适应均衡器的VHDL实现262

7.4.4 FPGA实现后的仿真测试266

7.5智能天线阵的FPGA实现267

7.5.1智能天线阵的概念及原理267

7.5.2自适应直线阵的MATLAB仿真270

7.5.3自适应天线阵的VHDL实现272

7.5.4 FPGA实现后的仿真测试274

7.6小结275

第8章 变换域滤波器的FPGA实现277

8.1变换域滤波器简介279

8.2快速傅里叶变换279

8.2.1离散傅里叶变换279

8.2.2 DFT存在的问题281

8.2.3 FFT算法的基本思想282

8.2.4 FFT算法的MATLAB仿真283

8.3 FFT核的使用285

8.3.1 FFT核简介285

8.3.2 FFT核的接口及时序286

8.4频域滤波器的原理及MATLAB仿真288

8.4.1抗窄带干扰滤波器的原理288

8.4.2检测门限的选取289

8.4.3频域滤波器的MATLAB仿真290

8.5频域滤波器的FPGA实现292

8.5.1 FPGA实现的总体结构设计292

8.5.2速率变换模块的设计与实现294

8.5.3 FFT及滤波设计与实现298

8.5.4 IFFT及数据输出设计与实现303

8.5.5顶层文件设计及实现307

8.5.6 FPGA实现后的仿真测试309

8.6小结310

第9章DPSK解调系统的FPGA实现311

9.1数字接收机的一般原理313

9.1.1通用数字接收机处理平台313

9.1.2基本调制解调技术314

9.1.3改进的数字调制解调技术316

9.2 DPSK调制解调原理317

9.2.1 DPSK调制原理及信号特征317

9.2.2 DPSK信号的MATLAB仿真318

9.2.3 DPSK解调原理321

9.3 DPSK解调参数设计323

9.3.1数字下变频器设计324

9.3.2低通滤波器设计325

9.3.3数字鉴相器设计326

9.3.4环路滤波器设计326

9.3.5载波同步环设计的一般步骤329

9.4 Costas环的FPGA实现330

9.4.1顶层模块的VHDL实现330

9.4.2鉴相器及环路滤波器的VHDL实现332

9.4.3 Costas环实现后的仿真测试334

9.5符号同步环的FPGA实现335

9.5.1符号同步环的实现结构335

9.5.2符号同步环的VHDL实现336

9.6 DPSK全系统的FPGA实现及测试338

9.6.1码型变换的VHDL实现338

9.6.2 DPSK解调全系统VHDL实现339

9.6.3系统的仿真测试340

9.7小结341

参考文献343