多模式数字通信电台中的调制解扩解调模块实现

论文摘要

本文的研究内容是多模式软件无线电数传电台中的一部分。该电台基于软件无线电的结构,把各种不同模式、不同速率的扩频、调制、解扩、解调技术集成在一个通用的平台上,具有DS/DQPSK、DS/FH/DQPSK、DS/D8PSK、DS/OQPSK等多种调制解调方式。在调制端使用不同的扩频码分别对语音和数据进行扩频码分,将不相关的信息调制到同频的载波上发射,解调端分别使用对应的扩频码进行匹配,区分数据和语音信息。这样使得该电台传输容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强、保密性能好。第一章首先介绍了软件无线电的基本概念、特点、结构类型和软件无线电的评估方式。然后对本文所采用的扩频通信技术的原理、类型、以及扩频通信的优势做了简单介绍。第二章对扩频通信中的关键要素:伪随机码做了简要的归纳。对伪随机码中的m序列、gold序列、大小kasami序列以及混沌序列的特性和产生方法做了简单介绍。第三章详细阐述了本软件无线电台的调制、解扩、解调模式和算法,对其中的关键步骤都给出了数学推导和matlab的仿真结果。第四章首先讨论了使用FPGA完成数字信号处理的优势,接着介绍了本文所使用的FPGA开发工具,最终以FPGA为核心实现了本文的调制、解扩、解调算法,并给出了modelsim的仿真波形以及FPGA片内产生的实际数据波形。第五章介绍了整个软件无线电台的各个模块和总体框图,介绍了调制解调模块的硬件方案设计以及所用到器件的选型,详细描述了PCB板布局布线的原则和考虑。第六章给出了整个系统的实物图片以及各种仪器的测试结果。第七章对全文进行了总结,回顾了研发过程中解决的问题并指出整个项目可以改进和提高的地方。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 软件无线电技术
• 1.3 扩频通信技术
• 1.3.1 扩频通信的类型
• 1.3.2 扩频通信的优点
• 1.3.3 扩频通信的处理增益
• 1.4 课题介绍
• 第二章 伪随机编码
• 2.1 m 序列
• 2.2 Gold 序列
• 2.3 Kasami 大、小集合序列
• 2.3.1 Kasami 小集合序列
• 2.3.2 Kasami 大集合序列
• 2.4 混沌序列
• 第三章 软件无线电台的调制解调原理
• 3.1 多进制相移键控（MPSK）调制原理
• 3.1.1 正交相移键控（QPSK）
• 3.1.2 八进制相移键控（8PSK）
• 3.1.3 偏移四相相移键控（OQPSK）
• 3.2 扩频码分通信双调制方案
• 3.2.1 差分编码
• 3.2.2 直接序列扩频
• 3.2.3 相位映射
• 3.2.4 内插
• 3.2.5 升余弦滚降滤波
• 3.2.6 正交调制
• 3.2.7 信号合并及带通滤波
• 3.3 扩频码分通信双解调方案
• 3.3.1 中频已调信号带通采样
• 3.3.2 匹配滤波器解扩
• 3.3.3 差分解调
• 3.3.4 低通滤波
• 第四章 软件无线电台调制解调的FPGA 实现
• 4.1 FPGA 作为数字信号处理器的优势
• 4.2 FPGA 开发所使用的工具
• 4.3 FPGA 的开发流程
• 4.4 调制模块的FPGA 实现
• 4.4.1 时钟模块
• 4.4.2 同步接收端数据
• 4.4.3 差分编码
• 4.4.4 扩频
• 4.4.5 内插
• 4.4.6 升余弦滚降滤波
• 4.5 解调模块的FPGA 实现
• 4.5.1 解扩
• 4.5.2 差分解调
• 4.5.3 CIC 滤波
• 4.5.4 判决及位同步时钟提取
• 4.6 AD9779 的配置
• 4.7 FPGA 的动态配置
• 第五章 调制解调模块的硬件设计
• 5.1 软件无线电台的系统构成
• 5.2 调制解调模块的硬件方案设计
• 5.3 主要器件的选取
• 5.3.1 FPGA 和 CPLD 芯片
• 5.3.2 高性能的D /A 转换器AD9779
• 5.3.3 A/D 芯片
• 5.3.4 电源转换芯片
• 5.3.5 DSP 芯片
• 5.4 印制板设计
• 5.4.1 PCB 的分层
• 5.4.2 布局的考虑
• 5.4.3 布线的考虑
• 5.4.4 内电层的分割
• 第六章 实测结果
• 6.1 项目实物图
• 6.2 调制测试图
• 6.3 解调测试图
• 第七章 全文总结
• 7.1 遇到并解决的问题
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果