水下通信网络节点信号处理平台的设计与实现

论文摘要

水声通信网络节点是水声通信网络的重要组成部分,主要实现物理层通信,又能完成探测等任务。由于水声信道的复杂性,为了提供高速实时可靠的水下通信,水声通信网络节点需要采用高效的调制解调方式、现代编码方式、复杂的信道估计和均衡等手段。传统相对简单的水声通信网络节点无法胜任当前的需求,因此开发新型的超高速水声通信网络节点具有十分重要的意义。论文研究了水声通信网络节点的架构、技术指标,确定了以高性能的数字信号处理器TMS320C6455为主处理器的水声通信处理平台的硬件解决方案,并对该方案做出论证。在该方案基础上开发了以TMS320C6455 DSP为主的超高速水声通信网络信号处理平台,主要包括以下模块:三路并行数据采集模块、基于DDS的频率补偿电路、网络通信模块、D/A模块、串行通信模块等。通过对水声通信网络节点信号处理硬件平台的调试和底层软件的设计,系统实现了数据采集、频率合成、UART通信、网络通信、DA模拟输出等功能。本文打通了整个系统的数据流,实现了双工通信,达到了预期硬件设计的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.2 水声通信网的研究与发展
• 1.2.1 水声通信的研究与发展
• 1.2.2 水声通信网的研究现状
• 1.2.3 水声MODEM的研究现状
• 1.3 水声通信网的工作机制
• 1.4 论文研究内容
• 第2章 水声通信网络节点信号处理平台方案
• 2.1 水声通信网络节点的整体结构
• 2.2 信号处理平台的技术指标
• 2.3 信号处理平台的方案与论证
• 2.3.1 信号处理平台方案
• 2.3.2 信号处理平台方案论证
• 2.4 信号处理平台的方案特点
• 2.5 本章小结
• 第3章 水声通信网络节点信号处理平台设计
• 3.1 信号处理平台的总体设计
• 3.2 DSP及其外围设备电路设计
• 3.2.1 TMS320C6455的主要特点
• 3.2.2 DSP与DDR2的接口设计
• 3.2.3 DSP与FLASH的接口设计
• 3.3 FPGA电路设计
• 3.3.1 FPGA器件的选择
• 3.3.2 Virtex-Ⅱ的逻辑结构
• 3.3.3 FPGA的配置电路设计
• 3.4 模数转换电路设计
• 3.4.1 AD选择及芯片特点
• 3.4.2 AD转换电路设计
• 3.5 数模转换电路设计
• 3.5.1 DAC904芯片及其电路设计
• 3.5.2 单电源集成运放的使用
• 3.5.3 滤波电路设计
• 3.6 频率合成电路设计
• 3.6.1 DDS选择及芯片特点
• 3.6.2 AD9831电路设计
• 3.6.3 滤波器设计
• 3.7 串行通信接口电路设计
• 3.7.1 MAX3111E介绍
• 3.7.2 SPI协议
• 3.7.3 McBSP的时钟停止模式
• 3.7.4 接口电路设计
• 3.8 网络通信接口电路设计
• 3.8.1 W5100结构特点
• 3.8.2 W5100与DSP接口设计
• 3.9 电源设计
• 3.10 设计中一些应该注意的问题
• 3.11 本章小结
• 第4章 信号处理平台的调试和底层软件设计
• 4.1 DSP调试和初始化
• 4.1.1 DSP的配置
• 4.1.2 DSP初始化
• 4.2 FPGA程序设计
• 4.2.1 数据采集逻辑
• 4.2.2 DDS的控制
• 4.2.2 DA的控制
• 4.3 串行通信软件设计
• 4.3.1 McBSP0的初始化
• 4.3.2 MAX3111E的初始化
• 4.3.3 UART数据通信
• 4.4 网络通信软件设计
• 4.4.1 W5100的初始化
• 4.4.2 W5100数据通信
• 4.4.3 TCP/IP协议栈的测试
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录