宽带信道模拟器的数字硬件设计与实现

发布时间：2017-10-26 04:22

  本文关键词：宽带信道模拟器的数字硬件设计与实现

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【摘要】：随着第四代移动通信技术的普及和第五代移动通信的发展,无线通信设备的研究需求和复杂度越来越高,无线通信带宽与频段也不断增加。系统测试与无线信道模拟仿真在整个研发周期里占的比重也越来越大,尤其是如何全面的模拟所有可能的宽带无线通信信道模型。在研究宽带无线通信的测试中,需要研究不同的通信方式在不同的信道中的传输模型。这个过程需要进行大量的实验,包括不同的外场实验,外场的无线通信环境是最真实的实验环境,但是每次都需要将待测设备搬到室外测试环境,无疑给测试与研究带来极大不便。而且要测试完各种不同的信道需要反复测试不同的外场实验与环境。且同一个地方的测试环境局限性比较大,无线信道特征比较单一,不能反映通用的无线信道。针对以上实际问题,论文在运用软件无线电技术的思想,研究了宽带信道模拟器,设计并实现了信道模拟器的中心处理单元的硬件平台。首先,针对宽带无线信号的通用频段以及带宽,以军用无线电台为实例,提出了信道模拟器的设计指标。项目目标是设计一套在0.1~3000MHz频段工作的宽带信道模拟器平台,支持8个通道同时工作,每条通路支持收发自动切换。论文从关键技术、硬件指标、软硬件接口功能的角度分析设计需求。接着,设计与实现了宽带信道模拟器的数字硬件,设计了前端数字采集模块。前端数字采集模块包含FPGA数字板与ADC/DAC模块。设计并实现了中心处理板,中心处理板采用ATCA构架,包含4片Xilinx V7 FPGA,8个FMC扩展卡、对外提供高达800Gbps数据速率的高速串行接口、高性能OCXO、高性能时钟网络、1000Mbps以太网、32GB DDR3。最后,在实验室环境下测试中心数字基带处理板的各项硬件指标参数,包括电源输出电压、纹波,10G GTX高速串行接口,DDR3,1000Mbps以太网,时钟,FMC ADC/DAC回环测试。同时对各项测试指标进行分析与提出改进意见。论文设计并实现了宽带信道模拟器的数字硬件,通过对系统各项功能和性能的测试,验证其可行性。基于ATCA的中心处理板卡已经包括在宽带信道模拟器、第五代移动通信技术预研、大规模遥控测量等具体项目中使用,具有良好的前景。
【关键词】：信道模拟器 数字硬件 ATCA FPGA 高速ADC/DAC
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.53
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 缩略词表16-18
• 第一章 绪论18-21
• 1.1 研究背景及意义18
• 1.2 研究内容与安排18-21
• 第二章 信道模拟器技术现状21-28
• 2.1 引言21
• 2.2 软件无线电技术21-22
• 2.3 信号采样理论22-24
• 2.3.2 低通采样定理23
• 2.3.3 带通采样定理23-24
• 2.4 信号采样技术24-26
• 2.4.1 常规采样技术24-25
• 2.4.2 射频直接采样技术25-26
• 2.5 信道模拟器产品26-27
• 2.6 小结27-28
• 第三章 信道模拟器指标与需求分析28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 总体指标28-29
• 3.2.2 系统结构29
• 3.3 各数字模块单元指标29-33
• 3.3.1 前端ADC、DAC模块指标29-31
• 3.3.2 前端数字板31-32
• 3.3.3 中心处理单元指标分析32-33
• 3.4 小结33-34
• 第四章 宽带信道模拟器的数字硬件方案设计34-50
• 4.1 引言34
• 4.2 总体方案设计34-35
• 4.3 前端采集模块方案35-42
• 4.3.1 ADC方案35-37
• 4.3.2 DAC方案37-39
• 4.3.3 前端数字板方案39-42
• 4.4 中心处理单元方案设计42-49
• 4.4.2 ATCA概述43-44
• 4.4.3 FPGA方案设计44-45
• 4.4.4 配置FPGA方案设计45-46
• 4.4.5 接.方案设计46
• 4.4.6 数据存储方案设计46-47
• 4.4.7 GE交换机模块47-48
• 4.4.8 电源方案设计48
• 4.4.9 时钟方案设计48-49
• 4.5 小结49-50
• 第五章 中心处理单元方案实现50-83
• 5.1 引言50
• 5.2 FPGA模块方案实现50-57
• 5.2.1 上电配置50-52
• 5.2.2 上电后配置52
• 5.2.3 Bank划分及Bank电压、电平52-53
• 5.2.4 FPGA GTX划分53
• 5.2.5 XC7VX690T GTH分配53-54
• 5.2.6 FMC接54-55
• 5.2.7 存储器(DDR3)55-56
• 5.2.8 电源分配56-57
• 5.3 配置FPGA模块实现57-61
• 5.3.1 上电配置57-58
• 5.3.2 上电后配置58-59
• 5.3.3 Bank划分及Bank电压、电平59
• 5.3.4 DDR259-60
• 5.3.5 NOR FLASH60-61
• 5.4 时钟、复位模块实现61-66
• 5.4.1 复位61-62
• 5.4.2 时钟62-63
• 5.4.3 OCXO、时钟分配器、PLL确定63-66
• 5.5 GE交换机模块实现66-69
• 5.5.1 供电66-67
• 5.5.2 上电配置67-68
• 5.5.3 接.分配68-69
• 5.5.4 配置接.及功能69
• 5.6 电源模块69-80
• 5.6.1 ATCA电源系统69-70
• 5.6.2 热插拔70
• 5.6.3 电源功耗统计70-71
• 5.6.4 电源方案设计71-72
• 5.6.5 上电时序控制72-73
• 5.6.6 电源结构73-74
• 5.6.7 电源模块、芯片选型74
• 5.6.8 模块、芯片关键指标、信号74-80
• 5.7 接.速率及等长80-82
• 5.7.1 等长要求80-82
• 5.8 小结82-83
• 第六章 性能测试与分析83-98
• 6.1 引言83
• 6.2 调试与测试环境83-86
• 6.2.1 硬件调试平台83-85
• 6.2.2 软件调试工具85-86
• 6.3 单元模块测试86-97
• 6.3.1 电源测试86-87
• 6.3.2 时钟测试87-90
• 6.3.3 FPGA测试90-92
• 6.3.4 DDR3模块测试92-93
• 6.3.5 以太网测试93-94
• 6.3.6 FMC ADC/DAC回环测试94-95
• 6.3.7 GTX测试95-97
• 6.3.8 复位测试97
• 6.4 小结97-98
• 第七章 结束语98-100
• 7.1 本文总结及贡献98
• 7.2 下一步工作建议和未来研究方向98-100
• 致谢100-101
• 参考文献101-103
• 个人简历103-104
• 攻读硕士学位期间的研究成果104-105
• 附件105-106

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本文编号：1097000