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通用中频载波同步系统的研究与实现

作　者: 张永杰
导　师: 聂伟
学　校: 北京化工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 载波同步 通用 软件无线电 FPGA
分类号: TN919.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 77次
引　用: 1次
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内容摘要


在科学技术迅猛发展的今天，通信技术已广泛应用于军事与民用领域中。载波同步技术在通信系统中占有着尤为重要的地位，而在不同的应用场合，常选用不同的调制方式，需改变载波同步方法，进而要更新通信设备，成本高，建设周期长，阻碍了通信快速发展。因此研究实现多体制、宽频带范围内的通用载波同步系统已逐渐成为通信行业研究的热点。本文设计并实现了一种基于FPGA的软件无线电通用中频载波同步系统。通过参考大量的相关文献，对当前广泛应用的多种调制方式进行了详细的研究和理论分析，提出了一套适用于多种调制解调方式的中频载波同步通用方案。该系统方案通过控制器对调制方式、载波中心频率以及低通、带通、环路滤波器系数等相关参数进行设置，即可实现较宽频率范围内的正交和非正交方式下的多种中频调制信号的载波同步。本文根据软件无线电思想，对系统硬件进行了设计，包括FPGA核心电路板、高速A/D-D/A板和SRAM/FLASH板，使其在满足本文设计需求的同时，为软件无线电相关的设计和研发构建了一套完整的硬件平台。在硬件基础上，对通用中频载波同步系统进行了详细的FPGA设计。使用VHDL进行编程，采用模块化设计，一方面与控制器MCU进行通讯以及FPGA的内部控制，以根据不同的载波同步要求设置相应的参数，另一方面根据配置的参数将A/D送入的调制信号进行数字处理，实现调制信号的载波同步，然后经D/A转换后输出本地的同步载波。本文对系统进行了不同层次的仿真和测试，结果表明该系统达到设计要求，在控制器的参数配置下，可实现不同调制方式、较宽频率范围内中频调制信号的载波同步，且工作稳定可靠。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章 绪论  14-18
  1.1 引言  14-15
  1.2 研究背景与意义  15-17
    1.2.1 软件无线电技术的发展概况  15-16
    1.2.2 中频载波同步技术的研究现状及发展趋势  16
    1.2.3 课题的研究意义  16-17
  1.3 课题研究的主要内容  17-18
第二章 通用中频载波同步原理  18-38
  2.1 概述  18
  2.2 载波同步通用方案初步探究  18-20
  2.3 多体制中频调制信号载波同步原理  20-30
    2.3.1 ASK 载波同步  20-23
    2.3.2 FSK 载波同步  23-24
    2.3.3 PSK/DPSK 载波同步  24-26
    2.3.4 QPSK/DQPSK 载波同步  26-28
    2.3.5 OQPSK 载波同步  28-29
    2.3.6 π/4-QPSK 载波同步  29-30
  2.4 中频载波同步的通用方案研究  30-37
    2.4.1 中频载波同步通用方案原理  30-31
    2.4.2 通用滤波器设计原理  31-33
    2.4.3 通用 NCO 设计原理  33-35
    2.4.4 通用环路滤波器设计原理  35-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章 硬件电路设计  38-58
  3.1 概述  38
  3.2 硬件整体结构设计  38-40
  3.3 FPGA 核心电路板硬件设计  40-50
    3.3.1 电源模块设计  40
    3.3.2 FPGA 配置模块设计  40-42
    3.3.3 拨码开关与键盘输入模块设计  42-44
    3.3.4 LED 显示模块设计  44-45
    3.3.5 RS-232 接口设计  45-46
    3.3.6 USB 接口设计  46-47
    3.3.7 FPGA 的 I/O 分配及其他接口设计  47-49
    3.3.8 FPGA 核心板 PCB 设计  49-50
  3.4 A/D、D/A 电路板硬件设计  50-54
    3.4.1 A/D 模块设计  50-52
    3.4.2 D/A 模块设计  52-53
    3.4.3 A/D-D/A 板 PCB 设计  53-54
  3.5 SRAM/FLASH 电路板硬件设计  54-56
    3.5.1 SRAM 模块设计  54-55
    3.5.2 FLASH 模块设计  55
    3.5.3 SRAM/FLASH 板 PCB 设计  55-56
  3.6 本章小结  56-58
第四章 FPGA 设计与实现  58-68
  4.1 概述  58
  4.2 FPGA 内部整体结构设计  58-60
  4.3 控制接口的 FPGA 设计  60-62
  4.4 通用载波同步核心模块的 FPGA 设计  62-67
    4.4.1 顶层方案设计  62-63
    4.4.2 通用 NCO 设计  63-64
    4.4.3 通用滤波器设计  64-65
    4.4.4 相差处理模块设计  65-66
    4.4.5 通用环路滤波器设计  66-67
  4.5 本章小结  67-68
第五章 系统测试与分析  68-77
  5.1 概述  68
  5.2 测试环境及信号参数  68-69
  5.3 系统设计的 MATLAB 仿真  69-70
  5.4 FPGA 设计仿真  70-73
    5.4.1 参数配置过程仿真  70-72
    5.4.2 中频载波同步过程仿真  72-73
  5.5 软硬件联合测试  73-75
  5.6 系统性能分析  75-76
  5.7 本章小结  76-77
第六章 总结与展望  77-79
  6.1 总结  77-78
  6.2 下一步研究工作  78-79
参考文献  79-82
致谢  82-83
研究成果及发表的学术论文  83-84
作者和导师简介  84-86

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 各种数据传输系统
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