基于FPGA的变换域干扰抑制技术研究与实现

摘要

对于直接序列扩频通信系统，特别是在现今日益复杂的通信环境中，窄带干扰抑制是进一步保证系统正常工作的有效措施。同时将窄带干扰抑制技术的理论研究转化为工程实践，是目前工程技术人员亟需解决的重点问题。本文研究的重点是结合工程应用实现，对变换域窄带干扰抑制算法进行研究分析，提出算法的优化改进方法，降低算法的实现复杂度，提高FPGA实现模块的数据处理速率。
　　首先，介绍了各种常用频域窄带干扰抑制算法的原理，并分析了窗函数选择原则和FFT变换原理。同时根据扩频系统原理搭建了MATLAB仿真系统平台，对扩频仿真平台进行了抗干扰能力分析，并结合连续均值去除算法（Consecutive Mean Excision，CME）、前向连续均值去除算法（Forward Consecutive Mean Excision，FCME）和基于FCME的双门限窄带干扰抑制算法分别进行了误码率分析，仿真表明双门限算法具有更好的干扰检测和抑制能力。
　　其次，根据基于FCME双门限算法原理，以及扩频信号的频谱特性，提出了一种分段统计双门限改进计算方法。从仿真角度，分析了改进算法的两个要素：门限抽取系数和门限基础值。对比FCME双门限算法，具有更低的复杂度。同时分析其误码率可知，两种算法的性能达到了相当的程度。
　　再次，针对有用信号受接收机前端自动增益控制器的影响，有用信号强度随着干扰信号强度的越强而变得越弱，提出了一种自适应幅度恢复非对称改进算法。该改进算法通过一自适应放大系数，将干扰抑制后的信号还原到无干扰状态，同时通过对抑制后的有用信号量化位宽分析，并结合系统的最低解调电平要求，对放大后的频谱信号进行适当位宽的截短，实现非对称IFFT变换。接着借助MATLAB仿真平台进行性能分析，分析表明改进算法不仅能消除幅度抖动，还具有更好的误码率性能，同时也降低了IFFT变换的实现资源量。
　　最后，依据上述两个改进算法，进行1/2重叠加窗频域窄带干扰抑制算法的FPGA设计实现。通过分析进行资源评估，从而实现芯片选型，并利用Xilinx ISE开发设计软件套件实现Verilog HDL语言的编程输入、资源分析、时钟分析、板级调试测试分析等，以及Modelsim软件的时序仿真分析。实验开发分析表明，基于选定芯片设计的算法模块完全满足设计需求。
　　综上所述，本文依据现有算法，提出了两点改进方法，对系统性能具有一定的改善，同时在FPGA上开发设计实现了满足参数要求的该改进算法模块，具有较强的工程实际意义和参考价值。

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目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究动态

1.3 论文主要工作及创新

1.4 论文章节安排

第2章 变换域干扰抑制原理及仿真

2.1 重叠加窗DFT干扰抑制原理

2.2 基于MATLAB的干扰抑制仿真平台设计

2.3 干扰抑制平台性能仿真及分析

2.4 本章小结

第3章 基于分段统计双门限改进算法

3.1 双门限算法

3.2 分段统计双门限改进算法

3.3 仿真性能分析

3.4 本章小结

第4章 自适应幅度恢复非对称改进算法

4.1 自适应幅度恢复非对称改进算法的提出

4.2 自适应幅度恢复非对称改进算法分析

4.3 仿真性能分析

4.4 本章小结

第5章 窄带干扰抑制算法FPGA设计实现

5.1 干扰抑制算法的FPGA实现总体设计

5.2 加窗FFT模块设计

5.3 分段统计双门限改进算法模块设计

5.4 自适应幅度恢复非对称改进算法模块设计

5.5 其他模块设计

5.6 板级调试与验证

5.7 本章小结

结束语

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果