Chirp超宽带无线通信系统中信号发生器的设计与实现

论文摘要

超宽带（Ultra-Wideband,UWB）技术是近年来无线通信领域研究的热点之一,由于其具有系统复杂度低、抗干扰能力强、容量大、多径分辨能力强等优势,故在雷达、通信和定位等领域具有广阔的应用前景。与传统的超宽带相比,基于Chirp扩频的超宽带技术除了具有超宽带的优势外,还具有信号峰值平均功率比小、传输距离远等特点。2007年,Chirp扩频技术正式成为IEEE 802.15.4a物理层标准,就是对其发展潜力的有力证明。本文主要研究了Chirp超宽带无线通信系统中信号发生器的设计与实现。首先简要介绍了Chirp超宽带的基本原理,包括Chirp信号的时频域特性、脉冲压缩特性以及Chirp扩频原理。然后分析了目前常用的Chirp超宽带信号产生方法的原理和优缺点,根据项目指标要求,在模拟有源法的基础了研究了一种基于锁相环的Chirp超宽带信号产生方案。该方案通过采用锁相环电路来改善模拟有源法中脉冲起始振荡相位不相干的问题;通过改变注入环路中锯齿波信号的参数可以灵活控制Chirp超宽带信号的起始频率和带宽,并可使数据传输速率达到2Mbps,从而克服了直接数字合成（DDS）方法中数据传输速率低的问题。接着详细推导了该方案的原理,并在Matlab Simulink软件中进行了仿真,从原理上验证了方案的可行性。最后根据方案,设计并实现了该信号发生器的具体电路,并对Chirp超宽带信号发生器硬件电路和Chirp超宽带无线通信系统进行了测试。测试结果表明,本文设计的Chirp超宽带信号发生器达到了项目要求,并且具有结构简单、成本低、可扩展性强、灵活性好、传输速率高等特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 Chirp 超宽带的概念
• 1.3 Chirp 超宽带的发展及应用
• 1.4 Chirp 超宽带信号产生技术的国内外研究现状
• 1.5 本文主要研究内容与论文结构
• 第二章 Chirp 超宽带基本原理
• 2.1 Chirp 信号特性
• 2.1.1 Chirp 信号时域特性
• 2.1.2 Chirp 信号频域特性
• 2.1.3 Chirp 信号脉冲压缩特性
• 2.2 Chirp 超宽带技术
• 2.2.1 Chirp 扩频原理
• 2.2.2 Chirp 超宽带的优势
• 2.3 本章小结
• 第三章 Chirp 超宽带信号产生方案设计与仿真
• 3.1 技术指标要求
• 3.2 Chirp 超宽带信号产生方案
• 3.2.1 Chirp 超宽带信号模拟产生法
• 3.2.2 Chirp 超宽带信号数字产生法
• 3.2.3 基于锁相环的Chirp 超宽带信号产生方案
• 3.3 基于锁相环的Chirp 超宽带信号产生的基本原理
• 3.3.1 锯齿波映射电路原理
• 3.3.2 注入式锁相法产生Chirp 超宽带信号的原理
• 3.4 基于锁相环的Chirp 超宽带信号发生器系统建模
• 3.4.1 信号发生器系统建模
• 3.4.2 仿真结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 Chirp 超宽带信号发生器电路设计与实现
• 4.1 系统组成
• 4.2 硬件电路设计
• 4.2.1 锯齿波映射电路设计
• 4.2.2 锁相环电路设计
• 4.3 软件控制模块设计
• 4.3.1 FPGA 对AD9751 芯片控制
• 4.3.2 FPGA 对ADF4112 芯片控制
• 4.4 PCB 版图设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 调试与测试
• 5.1 电路调试及分析
• 5.2 Chirp 超宽带信号发生器测试及分析
• 5.3 Chirp 超宽带无线通信系统测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要成果
• 附录