基于软件无线电实验平台的CDMA通信系统的设计与实现

摘要

软件无线电技术因为其参数可调、升级和维护方便、且相比传统的硬件设备具有灵活性，使之成为第三代移动通信系统的关键技术之一。同时，2009年1月7日工信部(和信息化部)将3张3G牌照分别发放给中国移动、中国电信和中国联通三家运营商，伴随着国内运营商的重组，CDMA(Code Division MultipleAccess)技术重新受到国内业界的关注。
　　 本文首先设计基于软件无线电实验平台的CDMA通信系统的硬件电路，以“FPGA+DSP”为核心，外接专用的AD，DA芯片及存储芯片等，完成整个软件无线电实验平台的设计。然后在此硬件平台的基础上，设计了CDMA数字及语音传输系统，包括CDMA系统中的PN序列及Gold序列的产生、扩频与解扩、卷积码编译码、交织解交织、BPSK调制及相干解调，最后对整个系统进行了整体调试，完成CDMA通信的整个流程。
　　 本文的创新点在以下两个方面：
　　 (1)硬件设计上，本文以“FPGA+DSP”为核心，特地配置了一片单片机用来进行程序存放，可以一次性的把所有的程序存放在MCU里，然后根据个人需要用拨码开关来进行程序的选择，避免了重复下载程序造成的一些芯片烧毁等非人为的意外发生，保证了系统的稳定性。
　　 (2)软件实现上，在相干解调的Costas环提取载波同步中，本文提出一种用CIC滤波器代替传统的环路滤波器，很大程度上节省了FPGA资源。
　　 论文的关键部分是基于软件无线电实验平台的CDMA通信系统的FPGA及硬件实现，利用Verilog硬件描述语言完成CDMA通信系统中各个模块的程序设计，并在QuartusⅡI和Modelsim软件开发平台下(综合工具选择QuartusⅡ8.1，波形仿真工具选择ModelSim SE6.1f)完成了系统的程序设计与仿真验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1技术背景介绍

1.1.1软件无线电(SDR)技术

1.1.2 CDMA技术

1.2课题研究意义

1.3课题来源与论文结构

第2章系统方案

2.1系统需求分析

2.2系统整体设计方案的制定及元器件的选定

2.3可靠性设计与分析

2.4本章小结

第3章软件无线电实验平台的总体设计

3.1软件无线电实验平台总体功能介绍

3.2软件无线电实验平台硬件电路设计

3.2.1 FPGA主控芯片电路设计

3.2.2 DSP芯片电路设计

3.2.3 AD／DA芯片电路驱动设计

3.3软件无线电实验平台系统PCB电路设计

3.4本章小结

第4章CDMA通信系统功能设计

4.1 CDMA系统

4.2 PN序列及GOLD序列的产生

4.2.1 PN序列的产生原理

4.2.2 PN序列优选对和Gold序列的产生

4.3扩频与解扩

4.3.1扩频

4.3.2解扩

4.4卷积码编译码

4.4.1卷积码编码

4.4.2维特比(Viterbi)译码

4.5交织解交织

4.6 BPSK调制及相干解调

4.6.1 Costas环提取载波同步

4.6.2数字锁相环提取位同步

4.7本章小结

第5章CDMA系统各模块实现及仿真

5.1仿真软件与硬件设计语言VERILOG HDL介绍

5.1.1计算与仿真软件Matlab

5.1.2综合工具Quartus Ⅱ

5.1.3波形仿真工具ModelSim SE

5.1.4硬件设计语言VERILOG HDL

5.2 PN序列及GOLD序列产生的FPGA实现

5.3卷积编码模块及维特比译码模块的FPGA实现

5.4交织解交织模块FPGA实现

5.5扩频解扩模块FPGA实现

5.6 PSK调制及相干解调的FPGA实现

5.6.1 PSK调制

5.6.2 Costas环提取载波同步的SIMULINK实现

5.6.3 Costas环提取载波同步的FPGA实现

5.7数字锁相环提取位同步时钟的FPGA实现

5.8 CDMA试验系统的FPGA实现

5.8.1总体联调

5.8.2硬件实现测试结果

5.9本章小结

第6章总结与展望

6.1课题研究的总结

6.2课题研究的扩展与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文