混合多址信号产生与同步检测的硬件实现

摘要

车载自组织网络是未来智能交通系统的关键组成部分，它能够实现车辆与车辆之间以及车辆与路边节点之间的通信，可以把道路上所有的交通信息实时传输到各个车辆以及交通指挥中心，对于解决当前一系列的道路拥堵、交通安全问题具有重大意义。另外，随着我军全面实现机械化，车载自组织网络的军事应用前景广阔。车载自组织网络具有网络拓扑结构变化快、通信信道不稳定、网络容量有限等特点。针对这些特点，论文重点开展了混合多址信号产生和同步序列检测硬件研究。论文主要工作如下:
　　首先介绍了车载自组织网络的研究背景和研究现状，并对FPGA的内部结构以及FPGA设计的基本设计流程进行了介绍。
　　其次，给出了基带通信系统总体框架，对系统参数、帧结构进行了详细说明。对IEEE802.11P的帧结构进行了修改，加入了包含用户信息的前导序列，用于接收机进行帧同步和用户信息检测。接着，根据前导序列的特殊结构以及良好的自相关和互相关性能，引入了双相关峰同步检测算法，并对算法进行了Matlab仿真分析。
　　再次，对混合多址信号基带发射机的各个模块进行了详细介绍，并对各个子模块进行了硬件设计和实现。接着，对基带接收机的双相关峰同步检测模块进行了FPGA实现，之后又对载波频偏估计与补偿模块进行了理论分析以及硬件实现。整个过程主要包括Verilog HDL设计、综合、实现，Modelsim行为仿真以及Matlab仿真结果对照。另外，在实现过程中还提出了一些优化方法，用来对FPGA设计的时序和资源消耗进行优化，并在实现以后，对整个设计进行了时序和资源消耗分析。
　　最后，使用Xilinx公司的ChipScope Pro Analyzer在线逻辑分析工具完成了混合多址信号产生和同步检测的各个硬件模块的在线测试，并详细分析了测试结果。最终得到的测试结果表明，各个模块都能够正常工作。

目录

声明

摘要

英文缩略语

1．1 研究背景

1．1．1 车载自组织网络结构

1．1．2 车载自组织网络的特点

1．2 研究现状

1．3 FPGA的基本结构以及设计流程

1．3．1 FPGA的基本结构

1．3．2 FPGA设计流程

1．4 论文研究内容和结构安排

第二章 系统相关参数及关键技术介绍

2．1 系统帧结构以及相关参数

2．1．1 系统帧结构

2．1．2 系统参数

2．2 帧同步算法

2．2．1 帧同步方案介绍

2．2．2 前导序列设计

2．2．3 检测算法

2．2．4 双相关峰检测过程

2．2．5 检测门限的选取

2．3 本章小结

第三章 混合多址信号的基带发射机设计

3．1 发射机总体架构

3．1．1 发射机结构

3．1．2 数据格式

3．2 前导序列的生成

3．3 训练序列的产生

3．3．1 短训练序列的产生

3．3．2 长训练序列的产生

3．4 数据调制

3．5 导频插入与数据重排

3．6 IFFT

3．6．1 IFFT的原理

3．6．2 IFFT模块的实现

3．7 根升余弦内插滤波器设计

3．7．1 FIR滤波器硬件实现结构

3．7．2 插值滤波器结构优化

3．7．3 RRC(Root Raised Cosine，根升余弦)插值滤波器的实现

3．8 发射机综合(Synthesis)及行为仿真结果

3．9 布局布线(Place and Route，PAR)以及实现(Implementation)

3．9．1 约束文件的编写

3．9．2 时序约束以及时序分析

3．9．3 资源消耗分析

3．10 本章小结

第四章 基带接收机设计

4．1 基带接收机整体架构

4．2 接收机匹配滤波器设计

4．3 帧同步

4．3．1 前24位检测

4．3．2 完整的48位检测

4．3．3 时序报告及资源消耗分析

4．4 频偏估计

4．4．1 载波同步时域估算算法理论分析

4．4．2 载波同步时域估计算法硬件实现

4．4．3 PAR后时序报告以及资源消耗分析

4．5 本章小结

第五章 测试方法及结果介绍

5．1 逻辑分析器ChipScope Pro介绍

5．2 基带发射机测试

5．3 基带接收机测试

5．3．1 双相关峰同步检测算法测试

5．3．2 载波频偏估计与补偿模块测试

5．4 量化误差分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

发表论文以及参与的科研项目

参考文献