基于FPGA的软件无线电通信平台的设计与实现

论文摘要

软件无线电技术作为一种新的通信技术,其基本思想是构造一个通用硬件平台,使宽带A/D,D/A尽量靠近天线,在数字域完成信号处理,通过选用不同软件模块即可实现不同的通信功能,这样大大缩短了电台的研发周期。该技术在通信(尤其是在移动通信)领域有着迫切的需求和广阔的应用前景。本文阐述了软件无线电的基础理论,对信号采样理论、多速率信号处理技术、高效数字滤波器、数字正交变换理论进行了分析和研究。从目前器件发展水平和实验研究条件出发,设计了一个基于FPGA的软件无线电通信平台。设计采用了中频数字化处理的硬件平台结构,选用Altera Cyclone系列FPGA作为信号处理和总体控制配置的核心,并结合专用通信芯片,数字上变频器AD9856和数字下变频器AD6654来实现该平台。采用VHDL和Verilog HDL语言对时分复用模块、信道编解码模块、调制解调模块等进行了模块化设计,并对电路板设计过程中系统的配置和控制、无源滤波器设计、阻抗匹配电路设计等问题进行了详细的讨论,最后对印制电路板进行测试和调试,获得了预期的效果。本文给出的设计方案,大大简化了数字通信系统的硬件设备,具有较强的通用性和灵活性,通过修改系统参数和配置程序,即可适应不同的通信模式和信道状况,充分体现了软件无线电的优势。该平台不仅仅能应用在通信设备上,在许多系统验证平台、测试设备中均可应用,颇具实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 软件无线电简介
• 1.1.1 软件无线电基本概念和特点
• 1.1.2 软件无线电的关键技术
• 1.2 软件无线电的发展概况
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 软件无线电的基本理论
• 2.1 信号采样理论
• 2.1.1 Nyquist 采样定理
• 2.1.2 带通信号采样理论
• 2.2 多速率信号处理技术
• 2.2.1 整数倍抽取
• 2.2.2 整数倍内插
• 2.3 高效数字滤波器
• 2.3.1 积分梳状滤波器
• 2.3.2 半带滤波器
• 2.4 数字正交变换理论
• 第三章 系统总体设计和硬件实现
• 3.1 系统总体设计
• 3.1.1 系统设计方案比较
• 3.1.2 系统方案的选择和总体结构
• 3.2 数字上变频电路
• 3.2.1 AD9856 基本原理和结构
• 3.2.2 AD9856 的基本操作模式
• 3.2.3 AD9856 的同步串口操作
• 3.2.4 AD8320 的控制和使用
• 3.2.5 DAC 的输出和滤波
• 3.2.6 AD9856 的应用方案
• 3.3 数字下变频电路
• 3.3.1 数字下变频器的选择
• 3.3.2 ADC 的模拟输入
• 3.3.3 AD6654 滤波器
• 3.4 FPGA 的基本设计
• 3.4.1 FPGA 的时钟管理和锁相环设计
• 3.4.2 FPGA 的下载电路设计
• 3.5 整板电路设计
• 第四章 软件设计与测试
• 4.1 同步时分复用模块
• 4.1.1 数字复接基本原理
• 4.1.2 同步复接器
• 4.1.3 同步分接器
• 4.1.4 伪随机序列产生器
• 4.2 信道编解码模块
• 4.2.1 一般循环码
• 4.2.2 汉明码
• 4.2.3 BCH 码
• 4.2.4 交织码
• 4.2.5 扩展码
• 4.3 调制解调模块
• 4.3.1 正交调制模块
• 4.3.2 正交解调模块
• 4.4 总体控制和配置程序设计
• 第五章 系统整体测试
• 5.1 调试遇到的问题和解决方法
• 5.2 部分调试结果
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢