一种基于FPGA的软件无线电平台设计与实现

发布时间：2017-09-29 01:07

  本文关键词：一种基于FPGA的软件无线电平台设计与实现

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【摘要】：随着无线通信技术的快速发展,各种各样新型的通信体制和标准不断提出,无线通信系统领域出现了各种标准激烈竞争,多种通信体制并存,频率资源越来越匮乏等问题。而且通信产品生命期缩短,研发成本不断提高,各种通信体制互联需求日趋强烈,对通信频带利用率和抗干扰能力要求不断提高。为了解决这些问题,人们希望可以设计一个多频段、多模式、多功能可以互相兼容的硬件平台,以实现各个不同通信系统的无缝连接,适应多种需求。软件无线电作为新型的体系结构,是一种有效的解决方案。随着数字信号处理技术和大规模集成电路技术的迅速发展,为软件无线电动态软件编程和对硬件进行有效重构提供了非常有利的技术支撑,使得软件无线电成为一种应用越来越广泛的通信方式,在移动通信技术中的地位越来越重要。基于此,本论文研究了一种基于FPGA的软件无线电平台,完成了该平台的系统设计及硬件实现,该平台支持多频段、多模式的通信系统,可以实现多种通信制式。本论文的主要内容有:1.讨论了软件无线电的定义、结构及其特点,分析了目前软件无线电的研究状态、技术制约和未来的发展趋势。2.研究了软件无线电中的高速信号处理器的特点及其选择,将几种常见的信号处理器进行分析对比,结合本软件无线电平台的特点,给出了选取的原则。然后,对软件无线电中的数字前端技术进行了详细的理论分析,并给出了具体实现时的设计方法。3.论述了本软件无线电平台方案设计及实现,讨论了本平台中各个模块的组成结构及实现方法,完成了射频模块、FPGA模块、PC与FPGA之间数据传输的设计,初步搭建了一种基于FPGA的软件无线电平台,该软件无线电平台支持PC端直接对射频模块和FPGA功能模块进行实时在线重配置。并对本平台中各个主要模块进行了实际的性能测试。4.给出了本软件无线电平台的两种具体应用,这两种应用都是基于项目组的具体需求设计的,主要是为项目中的通信算法提供硬件验证平台。主要实现了GSM接收机中的射频部分、软件控制部分和下变频部分,还有一种通信收发信机中的上变频、FPGA模块和数据传输控制等部分。最后,对本软件无线电平台所实现的两种应用进行了实际的板级验证。
【关键词】：软件无线电 FPGA 无线通信
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 缩略词表15-16
• 第一章 绪论16-21
• 1.1 软件无线电(SDR)概述16-17
• 1.1.1 软件无线电的定义16
• 1.1.2 软件无线电的结构和特点16-17
• 1.2 软件无线电(SDR)的发展及研究现状17-19
• 1.3 软件无线电（SDR）的瓶颈及发展趋势19
• 1.3.1 软件无线电的技术瓶颈19
• 1.3.2 软件无线的发展趋势19
• 1.4 本论文的主要工作及结构安排19-21
• 第二章 高速数字信号处理器的研究及选取21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 FPGA结构组成及特点21-26
• 2.2.1 FPGA基本结构组成21-25
• 2.2.2 FPGA特点25-26
• 2.3 数字信号处理器的对比26-27
• 2.3.1 ASIC与FPGA比较26
• 2.3.2 DSP与FPGA比较26-27
• 2.4 高速数字信号处理器的选取27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 软件无线电数字前端研究及实现29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 信号采样理论与正交信号变换29-30
• 3.2.1 低通采样定理29-30
• 3.2.2 带通信号采样定律30
• 3.3 正交信号变换30-31
• 3.4 多速率信号处理31-32
• 3.5 软件无线电中的多速率信号处理32-37
• 3.5.1 采样信号的等效基带谱32-33
• 3.5.2 抽取及内插理论分析33-37
• 3.6 软件无线电数字上下变频设计与实现37-45
• 3.6.1 积分梳状（CIC）滤波器37-40
• 3.6.2 半带（HB）滤波器40-42
• 3.6.3 滤波器的实现方法42-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 软件无线电平台的方案设计46-73
• 4.1 引言46
• 4.2 软件无线电平台的结构研究与设计46-50
• 4.2.1 软件无线电中的数字采样结构46-48
• 4.2.2 典型的软件无线电系统48-49
• 4.2.3 软件无线平台的总体结构49-50
• 4.3 射频模块设计50-65
• 4.3.1 Radio420S射频芯片特性50-51
• 4.3.2 Radio420S射频芯片结构51-55
• 4.3.3 串行外设接口55-56
• 4.3.4 射频模块的设计与参数配置56-60
• 4.3.5 射频模块参数配置的实现60-63
• 4.3.6 射频模块的功能测试63-65
• 4.4 PC端软件模块65-66
• 4.5 PC与FPGA传输设计66-72
• 4.5.1 千兆以太网的基本结构组成66-69
• 4.5.2 FPGA与PC通信接口设计69-70
• 4.5.3 FPGA与PC通信传输性能测试及分析70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 软件无线电平台的应用73-89
• 5.1 引言73
• 5.2 平台的参数分析73-74
• 5.3 GSM接收机数字下变频的实现74-82
• 5.3.1 射频模块的配置74-75
• 5.3.2 数字下变频设计与实现75-80
• 5.3.3 数字下变频模块的验证80-82
• 5.4 一种通信收发信机在本平台的实现82-88
• 5.4.1 结构框图82-83
• 5.4.2 FPGA中模块设计83-86
• 5.4.3 射频模块设计86
• 5.4.4 收发信机的验证86-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 总结89-91
• 6.1 主要工作及贡献89-90
• 6.2 进一步研究工作90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 姜岩峰;张东;于明;;数字接收机中CIC滤波器的设计[J];电子测量与仪器学报;2011年08期

2 何水艳;浅析数字下变频中的NCO[J];高等函授学报(自然科学版);2004年01期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 卜妍;郝莉;廖艳;;抽取式HB滤波器基于FPGA的优化实现[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李迁;GSM下行接收机的FPGA实现[D];电子科技大学;2015年

2 何欣远;数字下变频的FPGA技术的研究[D];华中科技大学;2010年

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本文编号：939079