短波通信系统中FPGA数字化模块设计与实现

发布时间：2017-09-19 10:46

  本文关键词：短波通信系统中FPGA数字化模块设计与实现

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【摘要】：短波通信由于自身固有的优点,在无线通信尤其是军事通信中具有极其重要的作用。本文根据科研项目短波通信系统的需求,设计实现了基于FPGA的数字化模块,包括异步串口模块、LDPC译码模块以及数字下变频模块。通用异步串口(UART)是一种广泛应用于短距离、低速以及低成本通信的串行传输协议。根据系统的要求,本文设计了8个与DSP的EMIF接口连接的UART方案。采用中断触发方式进行收发数据,中断总线控制8个UART对应的中断信号,最终实现了基于FPGA设计的UART,经测试稳定可靠。低密度奇偶校验(LDPC)码是一类线性分组码,在和积译码算法下可得到逼近香农限的性能。LDPC码的译码算法具有线性复杂度,且易于实现,因而得到广泛使用。为了避免使用与量化比特成指数增长的查找表,本文给出了一种基于二维折线逼近的和积译码算法。然后在此基础上讨论了一种次小值修正的最小和译码算法,此算法修正过程包含简单的算术与逻辑运算,并且降低了存储资源消耗,从而利于FPGA实现。论文在Altera公司的EP3C120F484C8平台上设计实现了码率为1/3、1/2和2/3的多码率LDPC译码器。数字下变频(DDC)是软件无线电的关键技术之一,可以将高速采样数据降到低速采样速率,以便后端DSP处理。本文介绍了中频信号数字下变频的理论,包括数字正交混频、多速率信号处理、FIR滤波器、半带滤波器以及级联积分梳状滤波器等。首先使用MATLAB构建模型,并对其进行仿真,得出最优系统设计方案。然后,使用Modelsim对编写的Verilog代码进行仿真,验证所设计系统的可行性。最后,实现了基于DA分布式方案的FIR滤波器,从而降低了乘法器资源的消耗。
【关键词】：短波通信 异步串口 低密度奇偶校验码 下变频
【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】：2015
【分类号】：TN925;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 短波通信概述15
• 1.2 现场可编程门阵列（FPGA）15-17
• 1.3 Verilog语言介绍17
• 1.4 FPGA设计的基本原则及流程17-18
• 1.5 Modelsim与QuartusⅡ软件简介18-19
• 1.6 研究内容与章节安排19-21
• 第二章 UART、LDPC码及软件无线电概述21-29
• 2.1 UART介绍21-23
• 2.1.1 串行通信与并行通信21-22
• 2.1.2 同步通信与异步通信22-23
• 2.2 LDPC概述23-25
• 2.2.1 LDPC码的发展23-25
• 2.2.2 LDPC码的应用25
• 2.3 软件无线电概述25-27
• 2.3.1 软件无线电特点25-26
• 2.3.2 软件无线电主要技术26
• 2.3.3 软件无线电的应用26-27
• 2.4 小结27-29
• 第三章 短波通信系统中几种数字化模块设计原理与方案29-67
• 3.1 UART的基本原理及设计方案29-38
• 3.1.1 UART实现的思想29-30
• 3.1.2 UART的总体设计30-31
• 3.1.3 UART各模块的设计31-38
• 3.2 LDPC编译码原理及设计方案38-53
• 3.2.1 LDPC码检验矩阵的构造39-41
• 3.2.2 LDPC编码原理41-42
• 3.2.3 LDPC译码原理42-46
• 3.2.4 基于FPGA设计的译码器方案46-53
• 3.3 数字下变频原理及设计方案53-66
• 3.3.1 数控振荡器53-56
• 3.3.2 数字正交变换56-57
• 3.3.3 多速率信号处理57-59
• 3.3.4 FIR滤波器59-63
• 3.3.5 半带（HB）滤波器63-64
• 3.3.6 级联积分梳状（CIC）滤波器64-66
• 3.4 小结66-67
• 第四章 系统仿真与测试67-81
• 4.1 UART模块67-70
• 4.2 译码模块70-73
• 4.3 数字下变频模块73-79
• 4.4 小结79-81
• 第五章 总结与展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 作者简介89-90

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本文编号：881192