基于FPGA的抗窄带干扰技术的研究与设计

论文摘要

扩频通信因其抗干扰能力在现代军事和民用无线通信中有着广泛的应用,然而受系统复杂度和发射功率的限制,扩频通信系统的抗干扰能力有限。随着传输环境的日益复杂,单单依靠系统本身的抗干扰能力已经不能满足通信需求。本文致力于研究抑制扩频通信的强窄带干扰信号,主要工作包括以下几个方面:首先,本文分析窄带信号的变换域特性,并提出了在变换域处理窄带干扰的改进条件中值滤波器(Improved Conditional Median Filter,简称ICMF)算法,相比于以往的算法它有以下两个优点:1、门限的设置随输入信号功率自动变化,更符合扩频信号的频谱特性;2、算法计算简单,资源占用率小,更适宜于硬件实现。在SIMULINK环境下对频域ICMF算法抗干扰技术建立模型,测试算法性能。其次,对频域ICMF算法抗干扰系统进行模块分解细化,基于FPGA技术设计系统关键模块FFT/IFFT和ICMF算法模块。采用基4频率抽取蝶形单元运算以及流水线结构实现1024点FFT/IFFT运算,在FFT/IFFT实现过程中利用系统结构巧妙设计,节省了50%资源。对ICMF算法模块进行最优化设计,提出了基于位操作的中值滤波器实现算法。分别对两个模块进行软件代码实现、编译、综合、资源评估以及时序仿真,对比时序仿真和模型仿真结果,验证程序正确性。最后,查阅芯片手册,在关键模块资源评估的基础上,选择正确的芯片。基于FPGA技术实现整个频域抗干扰系统,在选择芯片上对VHDL代码进行编译综合、资源评估以及时序后仿真,验证程序代码的正确性。代码仿真结果表明,本文提出的算法能够有效的抑制直序扩频中的大功率窄带干扰信号,提高接收信号的信干比和接收机性能,这证明算法和系统电路设计都是正确的。整个系统能够运行的最高时钟频率为113MHz,能够实现高速数字信号处理需求。同时该频域ICMF抗干扰系统占用的资源量较小,可以在Altera公司的低端FPGA芯片Cyclone II EP2C35中实现,这使得这种抗干扰技术具有很高的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 NBI 抑制算法的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 时域预测技术
• 1.2.2 变换域技术
• 1.2.3 码辅助技术
• 1.2.4 干扰抑制算法的发展趋势
• 1.3 本文章节安排
• 第二章 变换域抗干扰技术
• 2.1 窄带干扰信号模型
• 2.1.1 音频干扰模型
• 2.1.2 窄带AR 干扰模型
• 2.1.3 低速数字干扰
• 2.2 频域窄带干扰抑制
• 2.2.1 频域干扰抑制模型
• 2.2.2 传统干扰抑制算法
• 2.3 改进中值滤波器算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 模块化FPGA 设计
• 3.1 FPGA 技术
• 3.1.1 FPGA 简介
• 3.1.2 FPGA 设计流程
• 3.2 FFT/IFFT 实现
• 3.2.1 FFT/IFFT 实现分析
• 3.2.2 基4 FFT 处理器的FPGA 设计
• 3.2.3 FFT/IFFT 模块实现结果
• 3.3 ICMF 算法实现
• 3.3.1 CORDIC 算法实现直角/极坐标间转换
• 3.3.2 中值滤波器的FPGA 设计
• 3.3.3 ICMF 算法模块的实现结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统设计、实现与验证
• 4.1 FPGA 芯片选型
• 4.1.1 EP2C35 的内部结构
• 4.2 频域抗干扰系统的FPGA 实现
• 4.2.1 频域抗干扰系统的FPGA 设计
• 4.2.2 系统实现结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文