CDMA系统中频调制解调关键技术的研究与数字实现

论文摘要

通信业界内越来越多专家认为CDMA技术是本世纪无线通信最重要的多址接入手段之一。近年来,随着超大规模集成电路（VLSI）技术的飞速发展,数字信号处理器（DSP）以及现场可编程门阵列（FPGA）等通用编程器件性能的显著提高,软件无线电（Software Defined Radio）这种新的通信体系结构不再是纸上谈兵。数字中频通信系统正成为理想软件无线电思想与现阶段硬件水平相结合的一种经济、适用的折中。本文讨论和研究的正是中频CDMA系统的数字实现方式。同步技术是通信系统中的一个非常关键的技术。通信系统能否有效可靠地工作,很大程度上取决于同步性能的优劣。本文围绕着数字中频DS-CDMA系统载波同步的问题,详细讨论和研究了CDMA数字中频通信系统物理层调制解调器的设计与基于FPGA的实现。全文的主要内容总结如下:1.概述了直接扩频通信系统基本原理和技术特点,引出同步技术的必要性。2.描述了CDMA系统前向链路的调制解调方案,重点研究了前向链路的载波同步的算法与全数字的锁相环的实现方式。通过对同步性能进行详细的仿真和测试,采用了多环路切换的优化策略。3.描述了CDMA系统的反向链路的调制解调方案,提出了利用子站接收机中的锁相环路模块,在前向链路载波同步后,提供给反向链路同频载波的构想,通过计算机仿真验证了构想的可行性,初步测试了该方案的性能。4.介绍了CDMA系统的硬件实现平台,并给出调制解调器中的部分核心模块基于Verilog HDL的RTL级设计方案和Modelsim的仿真结果,给出了系统的板级测试结果。本文提出的数字中频方案不仅适用于DS-CDMA系统,还同样适用于非扩频系统和点对点等通信系统。对于数字锁相环,不同的系统的鉴相器会有所不同,但是本文介绍的环路滤波器参数选择和数控振荡器的实现都具有较强的通用性。对于需要载波同步的全双工系统,可变速率内插传动轴机制具有一定的参考价值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究课题概述
• 1.1.1 CDMA 通信系统
• 1.1.2 基于SDR 的数字中频CDMA 系统
• 1.2 课题研究背景和意义及作者的主要工作
• 1.3 论文结构及内容安排
• 第二章 扩频通信基本原理与同步技术
• 2.1 扩频通信的基本原理
• 2.2 扩频通信的技术特点
• 2.2.1 抗干扰性
• 2.2.2 扩频技术的误码率
• 2.2.3 码分多址性能
• 2.3 扩频通信的同步技术
• 第三章 CDMA 前向链路调制解调方案与载波同步的研究
• 3.1 CDMA 前向链路系统总体框架
• 3.1.1 发射机
• 3.1.1.1 发射机的一般结构
• 3.1.1.2 基于多相带通成形滤波的发射机算法
• 3.1.2 接收机
• 3.2 载波同步技术的研究
• 3.2.1 从模拟锁相环到数字锁相环的转换
• 3.2.1.1 模拟锁相环的基本结构
• 3.2.1.2 数字锁相环的实现
• 3.2.2 CDMA 系统的载波同步算法及数字实现
• 3.2.2.1 CDMA 前向链路载波同步总体结构
• 3.2.2.2 鉴相器
• 3.2.2.3 环路滤波器
• 3.2.2.4 数控振荡器
• 3.3 载波同步性能测试与算法优化
• 3.3.1 载波同步性能测试
• 3.3.2 LF 多参数切换策略与性能优化
• 3.4 本章小结
• 第四章 CDMA 反向链路调制解调方案与载波同步的研究
• 4.1 CDMA 上行系统总体框架
• 4.1.1 发射机
• 4.1.2 接收机
• 4.2 载波同步技术的研究
• 4.2.1 传动轴结构的引入
• 4.2.2 变速率内插机制的提出
• 4.2.3 反向链路中的频率补偿
• 4.3 载波同步的性能测试
• 4.3.1 变速率内插机制精度测试
• 4.3.2 反向链路载波同步性能测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 CDMA 系统的硬件设计与数字实现
• 5.1 基于软件无线电的中频系统硬件平台
• 5.1.1 硬件平台总体方案设计
• 5.1.2 系统参数选择
• 5.2 硬件平台实物与主要器件
• 5.2.1 硬件电路实物
• 5.2.2 主要器件
• 5.3 部分调制解调核心模块的FPGA 实现
• 5.3.1 基于HDL 的FPGA 设计流程
• 5.3.2 部分核心模块的FPGA 实现
• 5.3.2.1 扩频模块
• 5.3.2.2 多相带通成形滤波模块
• 5.3.2.3 锁相环模块
• 5.3.2.4 变速率内插传动轴模块
• 5.3.2.5 FPGA 资源消耗状况
• 5.4 CDMA 中频系统的上板测试
• 5.4.1 测试平台与测试方式
• 5.4.2 测试结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果