宽带频谱检测技术研究以及FPGA实现
发布时间：2021-10-16 19:32
非协作通信中,接收端对接收信号是全盲的,由于缺乏准确地先验信息,接收端很难设计出可靠的接收结构以及解调算法。再加上各种调制方式的产生与应用,以及调制参数的可变性,使得非协作通信面临巨大挑战。于是对非协作通信中信号检测、调制参数估计以及调制方式识别技术的研究具有十分重要的意义。本文以非协作通信为背景,研究宽带频谱检测技术,频谱检测过程包括宽带信号检测、参数估计以及调制方式识别,待估计参数为带宽、载频与符号率。在实际工程应用中,基于文中频谱检测原理,采用FPGA对带宽为1.2GHz的宽带信号做频谱检测,并配合上位机完成整个宽带检测系统的设计与验证。宽带信号检测方法基于功率谱检测,本文采用Welch法估计信号功率谱,仿真结果表明,与直接周期图法相比,Welch法估计得到的功率谱方差更小并且更加光滑。同样,调制信号载频与带宽的粗估计也是基于信号功率谱,粗估计结果给后续信号处理提供了方向与依据。为了得到更加精确的载频,在粗估计的基础上,利用常规调制信号MPSK的M次方谱、MSK与GMSK的平方谱对载频做精估计,并结合CZT算法对频谱细化,将估计误差进一步降低。根据文中常规调制信号M次方谱特征,结...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CZT算法实现框图
电子科技大学硕士学位论文40图5-4AD9689内部功能框图表5-3FMC105采集卡关键技术指标参数指标说明采样率2Gsps量化位数14bit通道数23dB模拟信号带宽9GHzSNR78dBFS@900MHz-2dBFSSFDR62.7dBFS@900MHz-2dBFS满幅输入电压1.1Vpp输出数据接口8LanesJESD204B集成DDC1~24倍下抽取功耗1.55W5.1宽带数字信号处理架构宽带信号的数字处理部分从ADC采样之后开始，过程包括信道化、功率谱估计、信号检测、下变频以及特征提龋本文数字信号处理采用基于XC7VX690T的大容量信号处理卡U7，图5-5所示为U7板卡的实物图。
电子科技大学硕士学位论文46图5-10PSD实现架构图在上述PSD实现架构中，FFT与乘法器均采用Xilinx的IP核，信号的处理流程如下：1）数据流开始进入模块，从第1点数据开始，奇数段数据经双端口RAM延迟4096个时钟周期，待偶数段数据开始进入时，读取RAM，保证奇偶两段数据对齐；2）奇偶段数据分别经过加窗处理与FFT运算，并对FFT结果求模的平方，由此得到信号功率；3）使用双端口RAM对功率谱做递归累加，当累加次数达到所设重叠次数（k_factor）时，结束PSD流程，并输出功率谱估计值。5.2.2模块测试与验证在Vivado2018.2开发环境下，对PSD模块进行资源评估与时序分析，此时模块输入处理时钟62.5MHz，数据吞吐率62.5Msps。可得PSD模块的资源占用如图5-11所示，时序如图5-12所示。图5-11PSD模块资源消耗data_inwin_rom8192spec_out[1-inf]delay4096FFT18192FFT28192DUALRAM28192[4097-inf]RAM1
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于特征参数提取的信号调制识别算法研究[J]. 杨婧,王霞,程乃平. 软件. 2018(04)
[2]采用Weltch谱估计法的宽带频谱监测系统设计[J]. 慈国辉,李慧勋,张红涛. 无线电工程. 2018(01)
[3]一种MPSK信号调制方式识别方法研究[J]. 王晓东. 航天电子对抗. 2013(02)
[4]基于信号二次方谱相关特征的MPSK调制识别[J]. 袁本义,于宏毅,田鹏武. 信号处理. 2011(04)
[5]MSK信号的参数估计[J]. 郑文秀. 电路与系统学报. 2011(02)
[6]基于有限长序列分析的Welch法谱估计研究[J]. 沈志远,王黎明,陈方林. 计算机仿真. 2010(12)
[7]基于高阶累积量的MPSK信号的类内识别[J]. 杨薇,张晓宁,安洪海. 通信技术. 2010(10)
[8]一种有效的宽带数字侦察接收机信号检测方法[J]. 王永明,张尔扬,程巧金. 信号处理. 2010(02)
[9]基于平方谱的符号率估计方法研究[J]. 沈永健,王鹏,肖军鹏. 遥测遥控. 2010(01)
[10]基于谱图预处理的卫星通信信号盲检测[J]. 彭耿,黄知涛,王丰华,姜文利. 电子与信息学报. 2009(12)
硕士论文
[1]宽带跳频信号调制识别和参数估计[D]. 张君易.电子科技大学 2018
[2]常用数字调制信号的识别研究[D]. 孟祥雅.河北大学 2015
[3]双通道窄带信号中心频率及带宽估计[D]. 姜瑾.电子科技大学 2008
[4]GMSK跳频信号参数盲估计和盲检测算法的研究[D]. 赵俊.浙江大学 2003
本文编号：3440378
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CZT算法实现框图
电子科技大学硕士学位论文40图5-4AD9689内部功能框图表5-3FMC105采集卡关键技术指标参数指标说明采样率2Gsps量化位数14bit通道数23dB模拟信号带宽9GHzSNR78dBFS@900MHz-2dBFSSFDR62.7dBFS@900MHz-2dBFS满幅输入电压1.1Vpp输出数据接口8LanesJESD204B集成DDC1~24倍下抽取功耗1.55W5.1宽带数字信号处理架构宽带信号的数字处理部分从ADC采样之后开始，过程包括信道化、功率谱估计、信号检测、下变频以及特征提龋本文数字信号处理采用基于XC7VX690T的大容量信号处理卡U7，图5-5所示为U7板卡的实物图。
电子科技大学硕士学位论文46图5-10PSD实现架构图在上述PSD实现架构中，FFT与乘法器均采用Xilinx的IP核，信号的处理流程如下：1）数据流开始进入模块，从第1点数据开始，奇数段数据经双端口RAM延迟4096个时钟周期，待偶数段数据开始进入时，读取RAM，保证奇偶两段数据对齐；2）奇偶段数据分别经过加窗处理与FFT运算，并对FFT结果求模的平方，由此得到信号功率；3）使用双端口RAM对功率谱做递归累加，当累加次数达到所设重叠次数（k_factor）时，结束PSD流程，并输出功率谱估计值。5.2.2模块测试与验证在Vivado2018.2开发环境下，对PSD模块进行资源评估与时序分析，此时模块输入处理时钟62.5MHz，数据吞吐率62.5Msps。可得PSD模块的资源占用如图5-11所示，时序如图5-12所示。图5-11PSD模块资源消耗data_inwin_rom8192spec_out[1-inf]delay4096FFT18192FFT28192DUALRAM28192[4097-inf]RAM1
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于特征参数提取的信号调制识别算法研究[J]. 杨婧,王霞,程乃平. 软件. 2018(04)
[2]采用Weltch谱估计法的宽带频谱监测系统设计[J]. 慈国辉,李慧勋,张红涛. 无线电工程. 2018(01)
[3]一种MPSK信号调制方式识别方法研究[J]. 王晓东. 航天电子对抗. 2013(02)
[4]基于信号二次方谱相关特征的MPSK调制识别[J]. 袁本义,于宏毅,田鹏武. 信号处理. 2011(04)
[5]MSK信号的参数估计[J]. 郑文秀. 电路与系统学报. 2011(02)
[6]基于有限长序列分析的Welch法谱估计研究[J]. 沈志远,王黎明,陈方林. 计算机仿真. 2010(12)
[7]基于高阶累积量的MPSK信号的类内识别[J]. 杨薇,张晓宁,安洪海. 通信技术. 2010(10)
[8]一种有效的宽带数字侦察接收机信号检测方法[J]. 王永明,张尔扬,程巧金. 信号处理. 2010(02)
[9]基于平方谱的符号率估计方法研究[J]. 沈永健,王鹏,肖军鹏. 遥测遥控. 2010(01)
[10]基于谱图预处理的卫星通信信号盲检测[J]. 彭耿,黄知涛,王丰华,姜文利. 电子与信息学报. 2009(12)
硕士论文
[1]宽带跳频信号调制识别和参数估计[D]. 张君易.电子科技大学 2018
[2]常用数字调制信号的识别研究[D]. 孟祥雅.河北大学 2015
[3]双通道窄带信号中心频率及带宽估计[D]. 姜瑾.电子科技大学 2008
[4]GMSK跳频信号参数盲估计和盲检测算法的研究[D]. 赵俊.浙江大学 2003
本文编号：3440378
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