基于FPGA的多信道通信系统的研究

论文摘要

本文主要是基于FPGA研究开发多信道通信系统的实验平台,采用SoC的方法,实现系统的模块化和可移植化。其中针对ASK中频信号发生器和接收机的FPGA设计及实现,给出了详细的设计方案和功能测试结果。本文首先介绍了多信道通信系统的组成和基本理论,以及硬件开发环境。算法仿真采用MATLAB实现,对信号发生器和接收机的算法进行可行性验证。然后通过ModelSim完成仿真平台的搭建,从而进行电路行为级的仿真,确定系统架构。根据算法级和行为级仿真结果,对各个模块和其相应接口进行设计和实现。本通信系统主要包括时钟发生器、测试数据发生器、升余弦滤波器、高斯白噪声发生器、数字锁相环、定时恢复等模块。在MicroBlaze上采取软件调度方案,对系统平台进行实时控制和数据收发,并使用Xilinx XPS编写约束文件,最终完成综合、布局布线。本文提供一个在FPGA上实现多径环境下中频多信道通信实验平台的设计方案,可检验和评估解调算法的具体性能,同时该通信平台的多信道特性增加了系统的冗余性,提高了系统的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章绪论
• 1.1 多通道通信系统概述
• 1.2 多通道通信系统实验平台的研究意义
• 1.3 本文主要内容
• 第二章系统开发环境及硬件架构
• 2.1 XILINX SPARTAN-3A 1800A 开发板
• 2.2 MICROBLAZE 软核
• 2.3 系统结构
• 2.4 本章小结
• 第三章系统流程算法分析及仿真
• 3.1 多信道通信系统信号模型
• 3.1.1 基于ARIB STD-T75 标准的信号模型
• 3.1.2 频带信号模型
• 3.1.3 参数设置
• 3.2 多信道通信系统信号处理
• 3.2.1 升余弦滤波
• 3.2.2 Costas 数字锁相环
• 3.2.3 信号发生处理流程
• 3.2.4 信号接收处理流程
• 3.3 基于MATLAB 的算法仿真
• 3.3.1 基带信号仿真
• 3.3.2 曼彻斯特编码仿真
• 3.3.3 升余弦滤波器仿真
• 3.3.4 调制与噪声仿真
• 3.3.5 锁相环相位差和频率差仿真
• 3.4 基于MODELSIM 的系统仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于FPGA 的系统实现
• 4.1 信号发射机的FPGA 实现
• 4.1.1 时钟产生模块
• 4.1.2 测试数据发生器
• 4.1.3 升余弦滤波器
• 4.1.4 载波发生器
• 4.1.5 高斯白噪声发生器
• 4.1.6 SPI 接口模块
• 4.2 信号接收机的FPGA 实现
• 4.2.1 SPI 接口模块
• 4.2.2 数字锁相环
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统的软件设计及运行
• 5.1 系统的软件设计
• 5.1.1 MicroBlaze 的参数设置
• 5.1.2 串口通信
• 5.1.3 以太网通信
• 5.2 上位机的设计
• 5.3 系统运行
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 第七章 参考文献
• 第八章 致谢
• 第九章 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 附件