基于FPGA的自适应回波干扰对消实现研究

发布时间：2017-05-27 22:05

  本文关键词：基于FPGA的自适应回波干扰对消实现研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电子系统中若接收天线和发射天线同时工作,发射天线辐射的信号能量会有部分耦合回接收天线形成回波干扰。回波干扰的存在会降低接收端的信干噪比,从而影响系统的性能,严重时可能导致系统自激。针对这一问题,本文研究了自适应回波干扰对消系统的FPGA(Field Programmable Gate Array)实现。本文所研究的系统可适应信道化后的16个子信道中,至少有3个子信道同时工作。利用自适应滤波算法分别抑制每个子信道中的回波干扰,回波抑制比可达14dB以上,大大增加了收发天线之间的隔离度。首先,本文通过Matlab仿真和算法复杂度的计算,比较了三种常用的自适应滤波算法:最小均方误差(LMS,Least Mean Square)算法、仿射投影(AP,Affine Projection)算法和递归最小二乘(RLS,Recursive Least Square)算法。其中,LMS算法的复杂度最低,并且收敛性能可以满足系统要求。最终本文选取了一种基于LMS算法改进的DLMS(Delayed-LMS,系数延迟型LMS)算法用于本系统的回波干扰对消。该算法的复杂度和收敛性能与LMS算法相近,但更易于FPGA实现。然后,本文简单描述了回波干扰对消系统的硬件设计。针对已有的硬件基础,分析了前后级模块的数据处理过程,以及相关硬件的控制,为回波干扰对消模块搭建了一个简单的系统环境。本文的设计过程和测试过程都是在这个系统环境下进行的。此外,本文还讨论了一种整数倍环路延迟估计方法,使回波干扰信号与估计信号能够在时域上对齐,从而实现回波干扰的对消。DLMS算法的实现是本文的重点。本文对各个子模块的FPGA实现细节都进行了详细的描述,包含滤波模块和更新模块。通过调整布局布线、降低扇出等操作,使得本文设计的DLMS算法的工作频率可达到200MHz以上。本文还介绍了一种Simulink与Modelsim的联合仿真,可以方便快捷地更改仿真条件,通过这种联合仿真,验证了本文所设计的FPGA代码的逻辑符合预期的效果。最后,将本文设计的FPGA代码下载到数字板中,通过chipscope软件采集实际硬件测试中的相关信号,并导入Matlab中计算相关参数,从而验证了本文设计的正确性。
【关键词】：回波干扰对消 自适应滤波 DLMS FPGA
【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】：TN911.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 研究现状11-12
• 1.3 研究内容和结构12-14
• 第二章 回波干扰对消系统简介及其关键指标14-17
• 2.1 回波干扰对消系统简介14-15
• 2.2 系统关键指标15-17
• 第三章 自适应回波干扰对消算法研究及仿真17-28
• 3.1 自适应算法实现研究17-23
• 3.1.1 LMS算法17-19
• 3.1.2 AP算法19-21
• 3.1.3 RLS算法21-22
• 3.1.4 算法的比较22-23
• 3.2 DLMS算法及其在回波干扰对消中的应用23-27
• 3.2.1 DLMS算法原理23-24
• 3.2.2 DLMS算法在回波干扰对消中的应用与仿真24-27
• 3.3 本章小节27-28
• 第四章 回波干扰对消系统的总体结构28-38
• 4.1 系统结构简介28-29
• 4.2 FPGA系统设计29-34
• 4.2.1 AD模块和DA模块的数据处理29-32
• 4.2.2 信道化和逆信道化的设计32-34
• 4.3 射频端的控制34-35
• 4.4 环路延迟的估计35-36
• 4.4.1 环路延迟估计的原理35-36
• 4.4.2 环路延迟估计的实现36
• 4.5 回波信道的模拟36-37
• 4.6 本章小结37-38
• 第五章 回波干扰对消算法的FPGA程序设计38-53
• 5.1 对消模块的总体结构38-39
• 5.2 配置模块的设计39-40
• 5.3 控制模块的设计40-43
• 5.3.1 控制时序的产生40-42
• 5.3.2 RAM的读写42-43
• 5.4 DLMS算法的详细设计43-49
• 5.4.1 DLMS算法的结构44-45
• 5.4.2 滤波模块45-48
• 5.4.3 更新模块48-49
• 5.5 系统优化49-51
• 5.6 本章小节51-53
• 第六章 代码仿真与硬件测试53-72
• 6.1 Simulink与Modelsim的联合仿真53-58
• 6.1.1 仿真平台53-54
• 6.1.2 控制模块的Modelsim仿真54-55
• 6.1.3 系统仿真55-58
• 6.2 硬件测试58-70
• 6.2.1 测试平台58-60
• 6.2.2 环路延迟测试60-62
• 6.2.3 环路增益测试62-63
• 6.2.4 系统功能和指标测试63-70
• 6.3 本章小结70-72
• 第七章 总结与展望72-74
• 7.1 全文工作总结72
• 7.2 后续工作展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 攻硕期间取得的研究成果78-79

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 钱锐;ICS无线数字直放站的系统设计与实现[D];电子科技大学;2011年

2 饶睿楠;自适应对消的收发隔离技术[D];西安电子科技大学;2006年

3 陈文博;DAB直放站多径回波抵消系统的研究与设计[D];上海交通大学;2008年

  本文关键词：基于FPGA的自适应回波干扰对消实现研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：401276