可重构软件无线电平台的设计与实现

发布时间：2017-06-10 13:10

  本文关键词：可重构软件无线电平台的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统的无线电平台多基于硬件来实现,硬件设备在研发设计阶段成本较高,时间周期较长。一旦功能需求改变,就要重新设计,造成了资源的浪费。软件无线电技术可以很好地解决硬件平台升级和兼容性的问题。目前,软件无线电平台大多由射频前端模块和信号处理部分构成,其后端的信号处理平台,多以DSP为核心实现算法的开发,没有人机交互功能,且不同处理器之间接口的灵活性较差,可重构性低。本文通过分析课题的实际需求,提出了一种硬件和软件均可重构的硬件平台设计方案。具有可重构性,通用性和可扩展性强,各子系统可以独立和协同工作的特点。创新之处体现在硬件上的分离设计与不同子系统之间可选择和可重构的通信方式的结合。该方案基于ARM+FPGA+DSP架构,利用FPGA的灵活性和动态可重构特征实现整个系统的可重构和对信号接收与发射模块的控制。基于DSP在数字信号处理方面的显著优势,实现整个平台的算法开发和复杂信号处理。利用ARM扩展丰富存储空间和外围接口及其嵌入式操作系统实现对资源控制和进程管理。本文的创新之处在于DSP和ARM之间灵活的通讯方式。一是利用DSP的HPI接口实现,二是利用FPGA内部可重构的双口RAM来实现,摒弃传统利用双口RAM专用芯片的方式,提高平台可重构性。另一个创新点是硬件的模块化分离设计。硬件上采用射频子板和主板分开的设计方案。子板用于实现信号的接收和预处理。主板则用于完成信号处理,算法开发以及对平台资源管理和进程控制。主板基于DSP、FPGA和ARM三个核心芯片来扩展三个子模块。三者既可以独立工作也可以联合工作。本文的按照模块化的设计思想,完成了各个子模块的硬件设计,包括芯片的选择,外围电路设计,不同模块间通讯接口的设计。并基于实现的硬件平台完成整个平台的软件设计,硬件和软件调试。最后借助一些例程对平台各个子模块的功能以及不同模块间协调工作等进行测试。测试结果表明整个平台运行良好。
【关键词】：软件无线电 可重构 DSP ARM FPGA
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文的主要工作12-13
• 1.4 文章整体架构13-14
• 第二章 软件无线电技术相关理论14-26
• 2.1 软件无线电定义14
• 2.2 采样定理14-17
• 2.2.1 奈奎斯特采样定理15
• 2.2.2 带通信号采样定理15-17
• 2.3 多速率信号处理理论17-21
• 2.3.1 整数倍抽取17-20
• 2.3.2 多级抽取20-21
• 2.4 数字下变频和上变频技术21-22
• 2.5 直接数字频率合成技术22-24
• 2.6 本章小结24-26
• 第三章 可重构软件无线电平台硬件设计26-58
• 3.1 总体设计方案26-31
• 3.1.1 方案分析26-29
• 3.1.2 详细设计方案29-31
• 3.2 可重构性分析31-32
• 3.3 可重构模块设计32-37
• 3.3.1 核心芯片选型32-35
• 3.3.2 核心外围电路设计35-37
• 3.4 运算模块设计37-42
• 3.4.1 数字信号处理器的选型37-39
• 3.4.2 核心外围电路设计39-42
• 3.5 人机交互模块设计42-47
• 3.5.1 微处理器选型42-44
• 3.5.2 核心外围电路设计44-47
• 3.6 A/D与D/A模块设计47-51
• 3.6.1 核心芯片选型47-49
• 3.6.2 时钟电路设计49-51
• 3.7 各模块间通讯接口设计51-57
• 3.7.1 FPGA与ARM间通讯接口设计51-52
• 3.7.2 FPGA与DSP间通讯接口设计52-56
• 3.7.3 DSP与ARM间通讯接口设计56
• 3.7.4 射频子板与主板间接口设计56-57
• 3.8 本章小结57-58
• 第四章 可重构软件无线电平台软件设计58-70
• 4.1 软件整体设计及流程58-60
• 4.2 各模块软件设计流程60-68
• 4.2.1 可重构模块软件设计流程60-62
• 4.2.2 运算模块软件设计流程62-65
• 4.2.3 人机交互模块软件设计流程65-68
• 4.3 本章小结68-70
• 第五章 可重构软件无线电平台调试70-88
• 5.1 硬件调试70-71
• 5.2 软件调试71
• 5.3 功能测试与分析71-85
• 5.3.1 射频子板功能测试71-76
• 5.3.2 子板与主板通信功能测试76-77
• 5.3.3 运算子系统功能测试77-79
• 5.3.4 人机交互子系统功能测试79-81
• 5.3.5 平台综合测试81-85
• 5.4 难点与解决方案85-86
• 5.5 本章小结86-88
• 结论88-90
• 全文总结88-89
• 进一步研究展望89-90
• 参考文献90-94
• 攻读学位期间取得的研究成果94-96
• 致谢96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林晓阳;陈晓畅;邱维超;;4G移动通信系统的研究进展与关键技术[J];通讯世界;2015年17期

2 王安腾;王程程;赵洪亮;;基于PSoC和USB音频类的数据采集卡设计[J];制造业自动化;2015年17期

3 崔智军;张瑜;;基于FPGA的DDS双相信号发生器设计[J];太赫兹科学与电子信息学报;2015年03期

4 郑志超;;软件无线电技术的发展及应用[J];电子技术与软件工程;2015年09期

5 杨洪宾;;基于软件无线电技术的数字集群系统研究[J];科技资讯;2015年05期

6 王亮;;关于移动通信技术研究的探讨[J];信息通信;2013年04期

7 李大鹏;李雯;王晓华;;基于FPGA的高速LVDS接口的实现[J];航空计算技术;2012年05期

8 李飞;粟欣;曾捷;;软件无线电技术及其在军事领域的应用[J];科学技术与工程;2012年11期

9 杨明极;路晶;;基于FPGA的软件无线电接收机硬件平台的设计[J];电测与仪表;2011年09期

10 刘丙军;;无线通讯技术在工业领域中的应用研究[J];数字技术与应用;2011年05期

  本文关键词：可重构软件无线电平台的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：438590