短波软件接收机数字模块的设计与实现

论文摘要

短波通信和人们的生活密切相关,已被广泛地应用在传输语音、电报及数据等业务上,尤其是在远距离军用通信中占有极其重要的位置。软件无线电是一种先进的设计思路和方法,在新一代无线通信系统中得到了广泛应用。本文设计了基于FPGA的中频软件无线电接收机方案,并完成了其数字模块的开发与调试。本设计的硬件部分采用XINLINX公司VIRTEX4系列的FPGA芯片XC4VLX40作为信号处理器,同时采用三款主要的外围芯片保证系统的正常运行。软件部分主要实现以下功能：利用FPGA实现了数字下变频功能,总抽取因子达到2560,其中正交混频单元的NCO设计采用了镜像算法,既节约了存储空问又增强了设计的灵活性；在数字解调单元设计了一种位定时校正电路,减轻了短波衰落对位定时造成的影响,成功地实现了2DPSK信号的解调；通过编写SPI接口FPGA可以灵活配置外围芯片；利用FPGA编写的UART接口成功实现了FPGA和ARM的通信,从而使解调数据通过ARM实时保存到U盘中。本文还给出了软件设计中各个模块的仿真结果,然后将整个系统设计生成下载文件下载到FPGA芯片中,并通过在线分析工具ChipScope观察FPGA内部各点的波形图。在完成系统的板级调试后,通过实际环境测试给出了测试波形和误码率。测试结果表明该短波软件接收机能够达到预期设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 软件无线电产生的背景
• 1.1.1 现实需求
• 1.1.2 技术进步
• 1.2 软件无线电的研究现状
• 1.3 本文的研究内容与结构安排
• 第2章 数字下变频模块的FPGA设计与实现
• 2.1 数字下变频的理论基础—多速率信号处理
• 2.1.1 整数倍抽取重采样
• 2.1.2 整数倍内插重采样
• 2.2 数字下变频的原理及其FPGA实现
• 2.3 NCO模块的设计
• 2.3.1 NCO的原理
• 2.3.2 基于镜像算法的NCO设计与实现
• 2.3.3 NCO结果对比
• 2.4 CIC模块的设计
• 2.4.1 积分梳状滤波器
• 2.4.2 CIC滤波器的设计与仿真
• 2.5 半带抽取滤波器模块的设计
• 2.5.1 半带滤波器的系数计算
• 2.5.2 半带滤波器的仿真
• 2.6 FIR整形滤波器
• 2.7 数字下变频模块的功能仿真
• 2.8 本章小结
• 第3章 解调模块及FPGA与ARM的通信
• 3.1 2DPSK信号的解调
• 3.2 2DPSK解调模块的FPGA设计与仿真
• 3.2.1 均值模块的设计与仿真
• 3.2.2 延迟模块的设计与仿真
• 3.2.3 定时脉冲提取电路的实现
• 3.2.4 帧同步提取模块的设计与仿真
• 3.3 FPGA与ARM的通信
• 3.3.1 UART接口介绍
• 3.3.2 UART波特率产生模块的设计与仿真
• 3.3.3 UART发送模块和接收模块的FPGA设计与仿真
• 3.3.4 FPGA与ARM的通信协议及设计仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 短波软件接收机的硬件设计方案
• 4.1 芯片选择和系统总体方案介绍
• 3'>4.2 时钟分配芯片AD9517₃
• 3的主要性能'>4.2.1 AD9517₃的主要性能
• 3的基本操作'>4.2.2 AD9517₃的基本操作
• 3锁相环的设置'>4.2.3 AD9517₃锁相环的设置
• 4.2.4 VCO的校正
• 3的时序控制'>4.2.5 AD9517₃的时序控制
• 4.3 DDS芯片AD9951
• 4.3.1 AD9951的寄存器和控制时序
• 4.3.2 FPGA控制AD9951
• 4.4 A/D转换芯片ADC16V130
• 4.4.1 ADC16V130功能介绍
• 4.4.2 ADC16V130时序控制
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 外围芯片的测试
• 3的测试'>5.1.1 AD9517₃的测试
• 5.1.2 AD9951的测试
• 5.1.3 ADC16V130的测试
• 5.2 数字下变频模块的测试
• 5.3 误码率测试
• 5.3.1 实验室误码率比较
• 5.3.2 实际接收测试
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢