全数字QPSK载波同步研究及FPGA实现

发布时间：2017-03-24 08:00

  本文关键词：全数字QPSK载波同步研究及FPGA实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：软件无线电可以对功能进行模块化,它有着较大的灵活性、较好的扩展性等优势,这使得当代数字通信行业中工程师们对其进行深入的研究。它的中心思想是指通过对功能模块算法的转换,使得其能够在共用的硬件平台上达到不同算法相应的功能。相对于BPSK,QPSK调制有着较好的频谱特性和较高的频谱利用率,并且其抗干扰性能很强,传输速率较快,所以在发射机端本文采用QPSK调制要发送的基带信号,在接收机端使用FPGA技术对各模块算法进行实现,从而使得接收机端的载波同步系统功能得以实现。文中首先对它的主要技术以及部分理论知识进行了阐述,为接下来的系统仿真和方案设计奠定了理论依据。然后对几种不同的载波同步方式分别进行了讨论,最终确定适用于本系统的载波同步方式为松尾环载波同步法。根据所选取的同步方式,对整个数字通信系统及其各主要模块进行了设计,并且在FPGA平台上进行了实现。对系统进行的MATLAB建模仿真直观地验证了方案设计的正确性。然后在通用的硬件平台上,利用ISE开发软件,编写Verilog HDL代码,对系统设计的发射机与接收机进行FPGA实现,通过Modelsim和ChipScope对各个部分进行了仿真和验证。实验结果表明,该环路的结构更为简单,且不需要乘法运算,更易于实现,占用了较少的硬件资源。通过MATLAB仿真分析可以看出载波同步环路可以快速的收敛,并且可以保持稳定。在一定的频偏情况下,接收机端能够恢复发射机端发射的原始的基带信号,达到了预期的效果,证明了本文的系统方案设计的正确性和可实现性,满足实际的系统需求。
【关键词】：软件无线电 全数字接收机 载波同步环路 FPGA QPSK
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.34
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 论文研究的背景和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 SDR的研究和发展现状12-13
• 1.2.2 载波同步的研究和发展现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 1.4 本文的组织结构15-16
• 第2章 数字接收机的理论知识16-44
• 2.1 信号的采样定理16-20
• 2.2 数字滤波器20-21
• 2.3 QPSK调制解调原理21-26
• 2.4 载波同步技术概述26-29
• 2.5 几种常见的载波同步算法29-40
• 2.6 载波同步算法的性能分析40-42
• 2.7 本章小结42-44
• 第3章 载波同步环路的设计44-67
• 3.1 系统的总体设计44-45
• 3.2 环路主要模块的设计45-58
• 3.2.1 鉴相器的设计45-48
• 3.2.2 环路滤波器的设计48-55
• 3.2.3 NCO振荡器的设计55-58
• 3.3 成形与匹配滤波器的设计58-61
• 3.4 环路的性能分析61-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第4章 载波同步环路的MATLAB仿真67-84
• 4.1 发射机的MATLAB仿真67-71
• 4.1.1 基带信号模块的仿真67-69
• 4.1.2 成形滤波器模块的仿真69
• 4.1.3 NCO模块的仿真69-70
• 4.1.4 QPSK调制模块的仿真70-71
• 4.2 接收部分的MATLAB仿真71-83
• 4.2.1 A/D转换模块的仿真71-72
• 4.2.2 QPSK解调模块的仿真72-74
• 4.2.3 NCO模块的仿真74-77
• 4.2.4 鉴相器模块的仿真77-78
• 4.2.5 环路滤波器模块的仿真78-80
• 4.2.6 匹配滤波模块的仿真80-83
• 4.3 本章小结83-84
• 第5章 载波同步环路的FPGA实现84-104
• 5.1 系统开发环境简介84-86
• 5.1.1 开发工具简介84
• 5.1.2 HDL语言简介84-85
• 5.1.3 硬件测试工具85-86
• 5.2 数字发射机的FPGA实现86-91
• 5.2.1 基带信号模块86-87
• 5.2.2 成形滤波器模块87-89
• 5.2.3 QPSK调制模块89-91
• 5.3 数字接收机的FPGA实现91-103
• 5.3.1 本地NCO模块92-94
• 5.3.2 混频器模块94-96
• 5.3.3 积分和累加模块96-98
• 5.3.4 鉴相器模块98-99
• 5.3.5 环路滤波器模块99-101
• 5.3.6 匹配滤波器模块101-103
• 5.4 本章小结103-104
• 结论104-106
• 参考文献106-112
• 致谢112-113
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文113-114
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目114-115
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果115

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