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全数字OQPSK解调算法的研究及FPGA实现

2020-11-30阅读(808)

全数字OQPSK解调算法的研究及FPGA实现

论文摘要

随着各种通信系统数量的日益增多,为了充分地利用有限的频谱资源,高频谱利用率的调制技术不断被应用。偏移正交相移键控(OQPSK:Offset Quadrature Phase Shift Keying)是一种恒包络调制技术,具有较高的频谱利用率和功率利用率,广泛应用于卫星通信系统和地面移动通信系统。因此,对于OQPSK全数字解调技术的研究具有一定的理论价值。本文以软件无线电和全数字解调的相关理论为指导,成功设计并实现了基于FPGA的OQPSK全数字解调。论文介绍了OQPSK全数字接收解调原理和基于软件无线电设计思想的全数字接收机的基本结构,详细阐述了当今OQPSK数字解调中载波频率同步、载波相位同步、时钟同步和数据帧同步的一些常用算法,并选择了相应算法构建了三种系统级的实现方案。通过MATLAB对解调方案的仿真和性能分析,确定了FPGA中的系统实现方案。在此基础上,本文采用Verilog HDL硬件描述语言在Altera公司的QuartusⅡ开发平台上设计了同步解调系统中的各个模块,还对各模块和整个系统在ModelSim中进行了时序仿真验证,并对设计中出现的问题进行了修正。最后,经过FPGA调试工具嵌入式逻辑分析仪SignalTapⅡ的硬件实际测试,本文对系统方案进行了最终的改进与调整。实际测试结果表明,本文的设计最终能够达到了预期的指标和要求。本课题设计经过时序和资源优化后还可以向ASIC和系统级SOC转化,以进一步缩小系统体积、降低成本和提高电路的可靠性,因此具有良好的实际应用价值。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题背景和意义
  • 1.2 研究现状
  • 1.3 主要工作和论文结构
  • 第二章 OQPSK全数字接收解调原理概述
  • 2.1 OQPSK调制解调基本原理
  • 2.1.1 偏移四相相移键控OQPSK信号原理
  • 2.1.2 OQPSK调制解调基本方法
  • 2.2 基于软件无线电设计思想的全数字接收机基本结构
  • 2.2.1 软件无线电体系结构
  • 2.2.2 OQPSK中频采样数字接收机结构
  • 2.2.3 基于FPGA的软件无线电数字接收机结构示例
  • 2.3 数字解调部分信号处理概述
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 OQPSK数字解调同步算法研究与MATLAB仿真
  • 3.1 OQPSK数字解调同步算法研究
  • 3.1.1 载波频率同步常用算法研究
  • 3.1.2 载波相位同步常用算法研究
  • 3.1.3 时钟同步常用算法研究
  • 3.1.4 帧同步方法
  • 3.2 数字解调系统方案选择
  • 3.2.1 初步选取的三种方案
  • 3.2.2 FPGA中最终实现的改进方案
  • 3.3 OQPSK数字解调系统的MATLAB仿真测试
  • 3.3.1 MATLAB/Simulink简介
  • 3.3.2 OQPSK数字解调系统的各方案仿真
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 OQPSK数字解调器的FPGA设计与实现
  • 4.1 FPGA设计及其开发流程
  • 4.1.1 FPGA器件选型
  • 4.1.2 基于QuartusⅡ的FPGA设计流程
  • 4.1.3 ModelSim仿真简介
  • 4.2 数字匹配滤波系统的设计与实现
  • 4.2.1 匹配滤波器的设计思想与模块设计
  • 4.2.2 数字滤波系统的功能仿真验证
  • 4.3 时钟同步子系统的设计与实现
  • 4.3.1 数据处理单元的设计与仿真
  • 4.3.2 时钟同步环路滤波器设计
  • 4.3.3 误差累加模块的设计与仿真
  • 4.3.4 溢出控制单元的设计与仿真
  • 4.3.5 时钟同步子系统的ModelSim时序仿真验证
  • 4.4 载波频率相位同步子系统设计与实现
  • 4.4.1 相位误差计算单元的设计与仿真
  • 4.4.2 相位同步环路滤波器设计与仿真
  • 4.4.3 频率和相位校正DDS模块设计与仿真
  • 4.4.4 复数乘法校正单元的设计与仿真
  • 4.4.5 帧同步模块的设计与仿真
  • 4.4.6 载波频率相位同步子系统的ModelSim时序仿真验证
  • 4.5 OQPSK数字解调系统级ModelSim时序仿真
  • 4.5.1 方案三的数字解调系统级仿真
  • 4.5.2 FPGA改进方案的设计思想与系统级仿真
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 FPGA板级验证与性能测试
  • 5.1 FPGA板级验证工具SignalTapⅡ简介
  • 5.2 三种初选方案的FPGA实现结果比较
  • 5.2.1 方案一的系统设计与测试结果
  • 5.2.2 方案二的系统设计与测试结果
  • 5.2.3 方案三的FPGA测试结果
  • 5.3 FPGA改进方案的结果验证
  • 5.3.1 无频率偏差的FPGA测试结果
  • 5.3.2 FPGA最终实现方案的测试结果
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 全文总结
  • 6.2 系统改进展望
  • 附录英文缩写词
  • 参考文献
  • 参加科研情况说明
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].超高速数字解调中QPSK信号的符号同步探索[J]. 数字技术与应用 2016(05)
    • [2].基于软件无线电的通用数字解调方案研究[J]. 现代电子技术 2013(01)
    • [3].8PSK全数字解调技术的实现[J]. 电视技术 2010(02)
    • [4].基于软件无线电的通用数字解调方法研究[J]. 长沙交通学院学报 2008(01)
    • [5].基于HSP50214B的侦察接收机数字解调模块设计[J]. 电子设计工程 2009(12)
    • [6].星载高动态大频偏接收机中频数字解调部分关键技术研究[J]. 空间电子技术 2015(04)
    • [7].EIT高精度数字解调方法误差分析[J]. 仪器仪表学报 2010(09)
    • [8].QPSK数字解调与FPGA的实现[J]. 通信技术 2010(07)
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