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基于SOPC的高频扩频通信系统设计

作　者: 刘述防
导　师: 张晓冰
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 扩频通信 FPGA 嵌入式 SOPC
分类号: TN914.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


扩频通信系统与常规的通信系统相比，具有很强的抗人为干扰、抗窄带干扰、抗多径干扰的能力，并具有信息隐蔽、多址保密通信等特点。在人防警报通信系统数字化、一体化、综合化必然的发展趋势下，扩频通信增强了人防警报通信的抗干扰性、保密性、可靠性和隐蔽性，对城市人民防空警报通信系统的发展具有划时代的意义。本文围绕数字化DS-BPSK收发机的调制和解调展开，研究了基于Nios II软核处理器的SOPC技术，分析了现代人防警报通信系统的发展需求。针对高动态的无线通信环境和嵌入式Nios II处理器的设计要求，对直扩通信系统中的信号调制与解扩解调的实现原理和方法、无线射频模拟前端关键技术以及嵌入式SOPC系统的设计和开发做了深入的研究分析。采用大规模FPGA和软核Nios II微处理器替代DSP处理器或专用扩频芯片的方案设计了基于SOPC的DS-BPSK高频扩频通信系统，完成了数字信号扩频与调制、扩频码的快捕与跟踪、载波的同步提取和数据解调等数字模块的设计。其中扩频码捕获采用滑动相关捕获方法实现，兼顾了捕获速度和逻辑资源的要求；采用非相干延迟锁相环实现扩频码的同步跟踪功能，提高了扩频码跟踪电路在复杂电磁环境下的同步精确跟踪性能；采用科斯塔斯环法对BPSK信号进行解调，进一步节省了FPGA可编程逻辑资源。同时，根据人防警报通信系统的要求，设计了高性能的数模、模数转换电路和无线收发模拟前端关键电路。在Cyclone IV系列FPGA上嵌入了可裁剪的软核Nios II处理器，并构建了嵌入式SOPC系统，设计了扩频通信系统的应用控制软件。论文对系统进行了理论分析和仿真验证，最终在SOPC上实现了该方案。基于SOPC系统的高频扩频通信系统不仅功耗低、易于系统升级，而且提高了人防警报系统的通信能力，增强了通信系统的可靠性、抗干扰性和保密性，对现代人民防空警报通信系统的开发具有应用价值。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  11-12
  1.3 本文研究的主要内容  12-14
第2章 相关技术及总体方案设计  14-20
  2.1 嵌入式 SOPC 系统概述  14-15
  2.2 扩频通信概述  15-17
  2.3 系统总体方案设计  17-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章 数字扩频发射机设计  20-30
  3.1 DDS 正弦波发生器设计  20-21
  3.2 扩频调制模块设计  21-24
    3.2.1 伪随机码设计  22-23
    3.2.2 扩频调制设计  23-24
  3.3 BPSK 模块设计  24-27
  3.4 模拟发射前端设计  27-29
    3.4.1 数模转换电路设计  27-28
    3.4.2 功率放大器电路设计  28-29
  3.5 本章小结  29-30
第4章 数字扩频接收机设计  30-42
  4.1 模拟接收前端设计  30-33
    4.1.1 低噪声放大器电路设计  30-31
    4.1.2 模数转换电路设计  31-33
  4.2 解扩模块设计  33-38
    4.2.1 扩频码捕获  33-34
    4.2.2 扩频码跟踪  34-37
    4.2.3 扩频码的 FPGA 同步设计  37-38
  4.3 解调模块设计  38-41
    4.3.1 载波同步设计  38-39
    4.3.2 信号解调设计  39-41
  4.4 本章小结  41-42
第5章 嵌入式 SOPC 系统设计  42-64
  5.1 Nios II 处理器简介  42-44
  5.2 SOPC 系统硬件设计  44-54
    5.2.1 FPGA 器件  45-46
    5.2.2 存储器电路  46-50
    5.2.3 配置电路  50-51
    5.2.4 时钟电路  51-52
    5.2.5 复位电路  52
    5.2.6 电源电路  52-53
    5.2.7 串口电路  53-54
  5.3 嵌入式 SOPC 系统构建  54-58
    5.3.1 Nios II 处理器构建  54-56
    5.3.2 系统组件设计  56-58
  5.4 自定义组件设计  58-60
  5.5 应用程序设计  60-63
    5.5.1 软件开发工具 Nios II EDS  60-61
    5.5.2 Nios II 系统软件开发流程  61-63
  5.6 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士期间发表的论文  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信系统（传输系统） > 跳频与扩展频谱通信系统 > 扩频通信
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