基于软件无线电的调频接收机设计

摘要

本文以调频广播信号为研究对象,结合软件无线电架构,合理设计硬件、算法、软件,构建数字解调系统,最终实现了立体声解调。不仅如此,还可以通过添加新的算法模块来实现其他方式的解调,充分体现了软件无线电灵活、高效、开放的优点。
　　首先,本文概述了软件无线电的历史、发展,以及在通信系统中的研究应用现状。根据本文的研究目标,在性能、成本、灵活性等方面比较了软件无线电的射频全带宽低通采样、射频直接带通采样、数字中频三种方案,并最终选定了数字中频架构;按照选定的架构进行了关键器件选型;根据调制解调在离散域内的数学定义,对比几种常见解调方法的运行速度和资源消耗,选定电荷泵锁相环实现调频解调;根据选取的器件和算法的需求选定了Xilinx逻辑开发套件作为本文的开发环境。
　　其次,完成了系统各模块的硬件设计,包括电源、下变频、模数转换、JTAG与配置电路、音频输出等。
　　然后,重点完成了锁相环的数据建模仿真,并在FPGA上实现和测试。依照锁相环的原理和构成求解了其闭环传函,得到了环路带宽、相位裕度表达式。结合论文需求和实际经验求得各模块参数,并建立锁相环数学模型,进行了仿真。根据数学模型在Syslem Generator平台上实现了FPGA数字锁相环设计。测试结果表明,锁相环跟随性能良好,能正确解调出给定的测试信号,验证了数学模型和设计的正确性。在锁相环正确解调调频信号的基础上,根据调频立体声频谱分布实现了立体声分离算法。此外还利用System Generator的各模块实现了A/D,D/A接口时序设计。
　　最后,将各接口模块、算法模块编译成软核CPU的外设,在此平台上完成控制软件设计,实现了软件无线电动态配置的功能。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 软件无线电的提出

1.2 软件无线电应用

1.3 软件无线电关键技术

1.4 本文的目标

1.5 论文结构

第2章 系统总体设计和开发平台

2.1 软件无线电架构

2.1.1 射频全带宽低通采样

2.1.2 射频直接带通采样

2.1.3 数字中频

2.2 解调算法架构

2.2.1 频率调制定义

2.2.2 解调算法选择

2.2.3 锁相环概述

2.3 开发平台

2.3.1 ISE开发平台

2.3.2 EDK开发平台

2.3.3 System Generator DSP平台

2.4 嵌入式软核CPU

2.4.1 MicroBlaze体系结构

2.4.2 MicroBlaze总线接口

2.4.3 MicroBlaze寄存器

2.4.4 MicroBlaze指令集

第3章 调频接收机硬件设计

3.1 硬件总体架构

3.2 电源电路

3.3 射频下变频电路

3.4 A/D电路

3.5 音频D/A电路

3.6 串口电路

3.7 JTAG与配置电路

第4章 调频接收机软件设计

4.1 软件总体功能

4.2 下变频模块软件设计

4.2.1 设计需求

4.2.2 IIC硬件IP核配置

4.2.3 软件设计

4.3 数据采集软件设计

4.3.1 设计需求

4.3.2 逻辑设计实现

4.3.3 软件设计实现

4.4 数字解调算法设计

4.4.1 设计需求

4.4.2 数学建模与参数推导

4.4.3 数学仿真

4.4.4 逻辑设计实现

4.4.5 软件设计实现

4.5 FM立体声分离算法设计

4.5.1 立体声频谱分布与解调方法

4.5.2 立体声解调实现

4.6 数据输出软件设计

4.6.1 设计需求

4.6.2 逻辑设计实现

4.6.2 软件设计实现

4.7 串口软件设计

4.7.1 设计需求

4.7.2 串口硬件IP核配置

4.7.3 软件设计实现

4.8 软件总体实现

第5章 系统测试

5.1 下变频模块测试

5.2 数字锁相环测试

5.3 D/A测试

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的论文

附录B 部分软件代码