Value Engineering 0引言

高校专业课程的教学内容应紧密跟踪专业领域的新技术新方法。目前，3G 技术已投入商用，作为电子信息工程专业的大学生，应

建立起3G 技术的基本概念，

掌握3G 中关键技术的基本原理，毕业后才能迅速投入电子通信领域的工作。软件无线电(SDR ，Software Defined Radio )技术是解决3G 标准不统一等问题的关键技术，因而高校开设软件无线电课程，普及软件无线电基本理论显得十分必

要。然而，

软件无线电理论较抽象，有大量的公式，学生不知道这些公式在实际工程中如何使用，因而不能保持足够的学习兴趣，也不利于学生的理解吸收。为此，有必要精心设计实验课程，通过实验现象帮助学生理解有关理论。由于高校的软件无线电教学主要目的是

普及基本理论，因此，实验过程以软件仿真为主。

笔者对软件无线电课程的仿真实验内容进行了研究，基于MATLAB 和ModelSim 软件，训练学生用易懂的编程语言实现理论公式，并观察以图形为主

的仿真结果。

实践表明，实验内容大大提高了学生的学习兴趣，加强了理论教学的效果。

1实验内容

软件无线电的架构如图1所示。

图中的可编程处理器部分是软件无线电课程讨论的重点。目前，软件无线电平台中的可编程处理器通常包括两种：FPGA 芯片与DSP 芯片。其中DSP 芯片主要负责完成各类通信算法，FPGA 芯片主要承担数字混频器与数控振荡器的功能。

本文所研究的实验内容针对软件无线电理论基础知识，大部分功能可以由FPGA 实现。归纳起来，主要有[1]：①A/D/A 技术；②CIC 滤波器；③HB 滤波器；④FIR 滤波器分布式结构；⑤FIR 滤波器的多相结构；⑥数控振荡器等。可以通过MATLAB 语言与VHDL 语言对以上各个知识点进行编程进行仿真实验。限于篇幅，本文对其中的CIC 抽取滤波器的仿真实验进行了详尽的描述。软件无线电接收机中，经过高速ADC 得到的数据速率很高。当系统要设计窄带滤波器时，高速ADC 的采样率远大于窄带滤波器的带宽，这就要求FIR 滤波器的系数数目很大，随之产生的是对大量乘法器的需求，这些都是FPGA 实现时希望避免得。

2CIC 抽取滤波器的MATLAB 仿真

2．1CIC 抽取滤滤器在软件无线电中的作用CIC 滤波器即级联积分－梳状滤波器(cascaded integrator-comb CIC )，这是一种线形

相位FIR 滤波器，其优点可以概括为：不需要乘法器、不需要系数存

储器、中间暂存单元较少、减、只需要很少的外部控制和很少的定时电路[2]

。正是因为CIC 具有以上优点，所以它在软件无线电系统中得到了广泛的应用。

2．2CIC 抽取滤波器的原理CIC 滤波器的传输函数为：H CIC (Z )=1-Z -RM

1-Z

-1

将HCIC 分解为HI 与HC 两部分，其中

H I (Z

)=11-Z

，H C (Z )=1-Z -RM

显然，HI 是单级积分器的传输函数，HC 是单级梳状滤波器的

传输函数。其中，

HC 的R 表示抽取倍数，M 表示单级梳状滤波器的延迟系数。根据单级CIC 滤波器的传输函数，令Z=e -j ωf ，其中f 是抽取前的采样频率，代入H CIC (Z )，可以求得其幅频特性为：

H (f )=sin πRMf

该式表明，单级CIC 滤波器在f=1/(RM )的整数倍频率处是零

点，因此在抽取率R 固定的前提下，

调整参数M 能够调整零点的位置。

单级CIC 滤波器的传输特性只由R 、M 来控制，频率特性不理

想。实际工程中需要将单级滤波器级联形成N 级级联CIC 滤波器。图2给出了一种N 级级联CIC 滤波器的基本结构图[3]，从图中可以

看到，

N 级CIC 滤波器的输入模块为N 级积分器，积分器的输出经过抽取送给后续的N 级梳状滤波器的第一级作为输入，整个CIC 滤波器的滤波结果由第N 级梳状滤波器输出给后续电路。

N 级CIC 抽取滤波器的传输函数为H (Z )=H N

I (Z )H N

C (Z )=(1-Z -RM

)N

(1-Z -1)

N

2．3CIC 滤波器的MATLAB 仿真实验过程中，要求学生借助MATLAB 的滤波器设计工具FDATOOL 计算指定参数的CIC 滤波器的频率特性、通过MATLAB 语言编程对CIC 滤波器的工作原理进行仿真验证。

例如：设CIC 滤波器的输入信号为3KHz 、9KHz 、270KHz 三个信号的叠加，输入采样频率为1MHz ，用FDATOOL 设计CIC 抽取滤波器，确定N 、R 、M 参数，要求抽取后混叠部分被衰减40dB ，编写MATLAB 程序进行仿真。

2.3.1打开FDATOOL 工具中的create a multirate filter 界面，指

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—作者简介：王一海(1976-)，男，江苏南京人，硕士，讲师，研究方向为系统分

析与设计、EDA 仿真技术。

基于MATLAB 和ModelSim 的软件无线电课程实验设计

Experiment Design of SDR Course Based on MATLAB and ModelSim

王一海Wang Yihai

(南京金肯职业技术学院，南京211156)

(Nanjing Jinken College of Technology ，Nanjing 211156，China )

摘要：利用MATLAB 和EDA 仿真软件ModelSim 设计了软件无线电课程实验。对CIC 滤波器的MATLAB 设计和VHDL 实现进行了详细的

描述。实践表明，

设计的实验内容能使学生更好地理解与掌握该课程的基本理论，并提高工程应用的能力。Abstract:An experimental system was designed with Matlab and ModelSim.This article described how to design a CIC digital filter with MATLAB and implement it with VHDL.The practice indicates that the design of experimental system makes students understand and master the basic theory of the course better,also can improve the ability of students to apply it in engineering.

关键词：软件无线电；MATLAB ；ModelSim ；CIC Key words:SDR ；MATLAB ；ModelSim ；CIC

中图分类号：G43

文献标识码：A

文章编号：1006-4311(2011)02-0233-02

图1软件无线电结构[1]

图2N 级CIC 抽取滤波器框图

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