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基于SDR多波形传输发射机FPGA的实现与验证

发布时间:2020-03-31 23:49
【摘要】:本文来源于一项高超音速无线通信系统开发项目。该无线通信项目拟开发一套以SDR平台为实现基础的远距离多场景无线通信设备,以达到在复杂的电磁干扰环境及高速移动环境中构建一个安全可靠的无线通信系统,并能够有效地完成特定用户数据可靠传输的目的。本文围绕该无线通信系统的发射机部分进行基于软件无线电平台的FPGA开发实现,并对最终设计的发射机系统进行仿真测试与板级验证。OFDM调制有频谱效率高,灵活分配频谱资源,抗码间串扰,抗多径衰落,带宽易拓展等诸多优点。同时,OFDM调制也有功率峰均比过高等局限性。而基于离散傅立叶变换的OFDM调制技术(DFT-S-OFDM),作为一种单载波调制,能够有效降低功率峰均比。OFDM调制与DFT-S-OFDM调制各有其优点与劣势,在不同的场景之中各有其适用性。扩频技术作为无线通信领域常见的通信技术,具有优良的抗干扰、抗衰落和抗多径性能及频谱利用率高、多址通信等优点,能极大提高通信系统的抗截获和抗干扰能力。本文描述的发射机实现方案,采用OFDM与DFT-S-OFDM两种调制方式,并与有很强抗干扰能力的扩频技术结合在一起,基于软件无线电平台,设计实现能同时支持正交扩频多载波(OS-MCM)和正交扩频单载波(OS-SCM)两种传输波形的发射机系统。发射机能够根据使用场景和使用要求的不同,实现基于正交扩频和OFDM调制的正交扩频多载波调制系统(OS-MCM),以及基于正交扩频和DFT-S-OFDM调制的正交扩频单载波调制系统(OS-SCM)之间的切换,从而满足系统在复杂的信道环境以及多场景使用时能够稳定地互通的要求。本文根据已经在MATLAB仿真平台上验证成功的发射机功能算法模块,并结合所在实验室开发的软件无线电硬件平台,用硬件描述语言完成该发射机各关键子模块的结构与算法在FPGA中的实现,并对该发射机的功能进行多种情况下的仿真验证。着重说明了整个方案核心的三个数据处理模块比特级处理模块、码片级处理模块、数据帧处理模块,这三个模块包括TBCC信道编码、QPSK星座映射、长度2048的扩频、OFDM调制,DFT-S-OFDM调制,加循环前缀,组帧等信号处理过程。在发射机的FPGA实现层面,首先是在FPGA实现了传输波形的关键子模块逻辑设计,以及整体发射系统的搭建,达到发射正交扩频多载波调制以及正交扩频单载波调制波形的要求,其次是对AD9361射频芯片进行配置,达到对发射数据速率,发射带宽等要求。在对发射机进行功能验证层面,通过Modelsim系统仿真、发射机单板板级验证、发射机接收机联合测试三种循序渐进又相互配合的测试方法,完成对系统的仿真验证工作。
【图文】:

智能手机,板图,终端


面是两颗器件(或两组芯片),一个是高性能、宽动态、低噪能力的射频前端器件,是复杂模拟数字混合结构的芯片,另一处理器件,一般是 FPGA 芯片、DSP 芯片、嵌入式 CPU 等。件模块内的设计,尽量使之高内聚,及模块间的设计,,尽量使的发展将直接推动软件无线电 SDR 向更加理想化的方向发展多的科技发展都来自于军队的现实需求与推动一样,软件无线事通信,它最早的应用场景也是军事场景[5]。随着的研究取得术的不断突破,新一代软件无线电的主体芯片的成熟及其在集等指标方面的发展与进步,加之得天独厚的优势,软件无线电件条件来实现复杂的通信体系,软件无线电的应用场景也越发在移动通信广播系统、高速铁路通信系统、无线电引信系统、电子对抗系统及导航系统等[6]。具体来说,日常生活中的数字有车族使用的车载雷达;以及大部分人比较难接触到的军用电或间接的应用到软件无线电技术[7]。

实物,平台


系列:基于 SOC+嵌入式 CPU 构造,如图 1.5 所示。器,这是一种最新的模拟设备射频技术。每个通道提涵盖了从 10MHz 到 6GHz 的扩展频率范围。USRPN的 ZYNQ--7100SOC,提供了丰富的可编程的 FPGA迟处理以及双核心的 ARM CPU 单机操作[14]。先对软件无线电 SDR 概念进行研究的是国内的清华院等一些高等院校以及科研机构,并且在起步时间上国内的 IC、IT 产业飞速发展壮大,许多的知名公司领整个产业的发展,比如华为、中兴等为代表的通信表的集成电路公司,以及其他国内众多的有实力的 ISOC 基带芯片、专用基带芯片、通信基站、通信终端R 概念下的产物。现与验证的多波形无线通信系统发射机同样是以所R 平台作为基础硬件平台进行开发的。该软件无线
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN791;TN830

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本文编号:2609740

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