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软件无线电数字接收机同步及其FPGA实现

作　者: 丁侃如
导　师: 汪洋
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 软件无线电载波同步 Costas环 FPGA ISE
分类号: TN851
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 349次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

软件无线电的出现毫无疑问是解决目前各种通信技术互通的有效手段。通信技术从有线到无线,从模拟到数字,在新技术不断出现的同时,也带来了不同系统无法互联,通信方式单一等一系列问题,软件无线电的出现为这一问题找到了答案。经过多年的发展,软件无线电的理论已经比较成熟,但是由于当前电子器件性能所限,还无法实现理想的软件无线电系统。所以在本文中使用了一种当前比较实用的中频结构的接收机,并且针对软件无线电的要求提出了一种可行的信号处理流程和硬件结构。它的核心思想:构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台,将各种功能用软件来完成,并使宽带A/D和D/A转换器尽可能靠近天线,把接收到的信号尽早数字化。本文的主要研究方向为软件无线电的相关理论和主要的技术,中频接收机的设计以及验证,接收机的数字化,最后通过FPGA实现一个接收机的硬件平台这4个部分。第一部分介绍了软件无线电的相关理论和主要的技术,像信号采样理论,多速率信号处理,信号处理算法以及智能天线等。第二部分介绍了一种软件无线电的结构:中频接收机的设计。并对载波同步的技术进行了研究,并选定了一种Costas环作为载波同步的关键结构。然后对Costas环的各个关键部件如检相器、环路滤波器和压控振荡器作了详细的研究,并对各个部件的数字化作了数学理论模型。第三部分给出了接收机的数字化模型。对于软件无线电的结构进行了数学分析,建立数学模型。并针对模型做了各种验证,数字化的过程首先是浮点仿真然后是定点仿真,然后就是将Simulink和Modelsim联合仿真,实现硬件语言的验证。第四部分针对接收机的数字化模型,实现了硬件语言的仿真,用ISE进行硬件仿真,利用ISE的IPcore实现复杂模块的实现。然后综合仿真,再翻译对应布局布线成功后生成二进制文件下载到FPGA开发板,最后通过察看硬件电路监控软件Chipscope实现电路内部的监督,从而达到最终的验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 引言  9-10
  1.2 研究发展历史、现状及前景  10-13
    1.2.1 软件无线电的发展历史  10
    1.2.2 软件无线电的研究现状  10-11
    1.2.3 软件无线电的研究前景  11-12
    1.2.4 软件无线电的优势  12-13
  1.3 本文主要研究内容  13
  1.4 本文结构安排  13-14
第2章软件无线电的理论基础和主要技术  14-28
  2.1 引言  14-15
  2.2 信号采样理论  15-18
    2.2.1 奈奎斯特采样（低通采样）  15-16
    2.2.2 带通信号采样理论  16-18
  2.3 多速率信号处理  18-21
    2.3.1 整数倍抽取  18-19
    2.3.2 整数倍内插  19-21
  2.4 软件无线电中的高效滤波器  21-24
    2.4.1 数字滤波器设计的理论基础  21-22
    2.4.2 适合抽取或内插的半带滤波器  22-23
    2.4.3 积分梳妆（CIC）滤波器  23-24
  2.5 软件无线电的三种结构形式  24-27
    2.5.1 射频直接低通采样软件无线电结构  24-25
    2.5.2 射频直接带通采样软件无线电结构  25-26
    2.5.3 宽带中频带通采样软件无线电结构  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章软件无线电接收机及载波同步  28-39
  3.1 引言  28-29
  3.2 软件无线电的整体结构  29-31
  3.3 载波同步技术  31-33
    3.3.1 载波同步简介  31
    3.3.2 载波同步原理  31-33
  3.4 Costas 环  33-38
    3.4.1 基础Costas 环  33-35
    3.4.2 同相正交Costas 环  35-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章载波同步的数字化和硬件化  39-56
  4.1 引言  39
  4.2 Costas 环的数字化  39-47
    4.2.1 环路滤波器  39-41
    4.2.2 压控振荡器  41-42
    4.2.3 环路数学模型分析  42-43
    4.2.4 Costas 环的浮点仿真  43-44
    4.2.5 Costas 环的定点仿真  44-47
  4.3 Costas 环的硬件化  47-55
    4.3.1 Costas 环的联合仿真  47-48
    4.3.2 Costas 环的FPGA 实现  48-50
    4.3.3 信号源的FPGA 实现  50-53
    4.3.4 载波同步的FPGA 实现及其验证  53-55
  4.4 本章小结  55-56
结论  56-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  61-63
致谢  63

软件无线电数字接收机同步及其FPGA实现

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