中频数字化扩频接收机的设计与实现

论文摘要

传统无线电接收机硬件依赖性强、信号适应能力差,软件无线电技术的出现导致了接收机的革新。软件无线电的设计思想之一是将A/D转换器尽可能靠近天线,即把A/D转换器移到中频甚至射频,把接收到的模拟信号尽早数字化。然而,受器件水平的制约,直接对射频信号采样处理还有一定难度,目前普遍采用了中频数字化方案。本文主要研究了中频数字化扩频接收机的设计与仿真验证。先介绍了扩频通信以及软件无线电的相关理论,然后根据系统的特点提出了接收机的设计方案,对接收机的关键技术数字下变频、匹配滤波器以及频偏校正三部分重点做了研究。首先介绍了采样率的选择、NCO的结构以及FIR滤波器的设计。其次由于系统独特的数据格式及扩频方式,设计了同步信息检测电路,并对接收的扩频信息进行解扩。最后解决了载波频偏校正的问题,给出了载波的开环和闭环同步的几种方法,在此基础上详细的研究了基于FFT的频偏校正算法。它通过对相关结果在频域上的分析,不但改善了扩频码的捕获,同时对频偏作出了校正。这种方法既克服了科斯塔斯环同步时间长的缺点,又克服了开环载波恢复方法结构复杂的缺点,适合本系统为突发通信的情况。文中先给出了系统各部分的MATLAB/SIMULINK仿真,包括各部分功能的仿真以及算法的性能分析的仿真。这些仿真结果验证了系统方案的正确性。最后进行了系统的FPGA平台的设计,包括芯片的选型,各主要电路的设计,最终实现了接收机的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 扩频通信研究概况
• 1.2 软件无线电的发展
• 1.2.1 软件无线电的结构
• 1.2.2 软件无线电的特点
• 1.3 扩频相关接收机结构
• 1.3.1 超外差接收机与数字中频接收机
• 1.3.2 直接变换接收机
• 1.3.3 零中频接收机
• 1.3.4 软件无线电接收机
• 1.4 项目背景
• 1.5 本人主要工作及章节安排
• 第二章 直接序列扩频通信
• 2.1 扩频通信基本概念
• 2.2 直接序列扩频系统结构
• 2.3 直接序列扩频系统伪随机码
• 2.3.1 m 序列
• 2.3.2 Gold 码
• 2.4 直解序列扩频系统的同步技术
• 2.4.1 直扩系统伪随机码捕获
• 2.4.2 直扩系统伪随机码跟踪
• 2.4.3 直扩系统的载波同步
• 第三章 中频数字化扩频接收机方案及仿真
• 3.1 应用软件无线电思想的扩频通信系统
• 3.2 接收机的实现方案
• 3.3 发送端调制信号模型及数学表示
• 3.4 A/D 采样速率的选择
• 3.4.1 Nyquist 采样定理
• 3.4.2 带通采样定理
• 3.5 数字下变频
• 3.5.1 NCO 的设计
• 3.5.2 数字滤波器的设计
• 3.6 相关器分析及仿真
• 3.6.1 理论分析
• 3.6.2 仿真结果
• 3.7 频偏校正算法
• 3.7.1 实现方法
• 3.7.2 FFT 算法对PN 码捕获的改善
• 3.7.3 FFT 算法对频偏的校正
• 第四章 接收机硬件功能仿真与验证
• 4.1 FPGA 在数字信号处理中的应用
• 4.2 A/D 转换器性能
• 4.3 FPGA 芯片简介
• 4.4 接收机FPGA 平台主要模块的设计
• 4.4.1 下变频模块
• 4.4.2 相关器模块
• 4.4.3 频偏校正模块
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与项目