基于PCI总线的软件无线电系统研制

摘要

软件无线电要求在标准化、模块化的通用硬件平台上通过软件编程实现无线通信功能。现场可编程门阵列(FPGA)的飞速发展为软件无线电技术的应用提供了基础。本课题从实际应用出发，旨在研制一种基于PCI总线的软件无线电系统。本文主要工作如下：
　　 1.在整体把握软件无线电数学模型和硬件平台架构的基础上，系统分析了带通采样技术，常用的数字信号处理算法(包括成型滤波器设计、数字正交调制与解调)和软件无线电平台设计思想。
　　 2.提出并设计实现了一种基于PCI总线的软件无线电系统。系统选用FPGA作为数字信号处理器，PCI总线为系统数据总线，最高采样速率高达1GSPS的高性能双通道数模转换器(DAC)AD9779构成了波形发射模块。在接收端，前端数控可变增益放大器(DVGA)与高速模数转换器(ADC)组成了数据采集模块。
　　 3.以模块化设计思想为指导，提出并实现了PCI9054本地总线逻辑控制、DAC芯片工作状态配置、接收机前端自动增益控制以及数字上/下变频模块的FPGA设计。此外通过配置实现了AD9779正交调制功能，验证了系统实现高中频调制的可行性。
　　 经测试，本文所设计的软件无线电系统实现了稳定的基带与中频信号传输，为研究软件无线电技术提供了先进完善的硬件平台。该系统具有较高的应用价值，可以在此基础上对软件无线电技术通信算法的数字化实现作进一步研究。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表

声明

第一章绪论

1.1论文主要背景

1.1.1软件无线电的概念

1.1.2软件无线电的研究现状与发展

1.1.3软件无线电硬件平台实现方案比较

1.2论文主要内容与结构

第二章软件无线电技术的理论基础

2.1软件无线电中的信号采样理论

2.1.1 Nyquist采样定理

2.1.2带通采样定理

2.2软件无线电中的信号处理算法

2.2.1无码间干扰传输条件

2.2.2数字信号调制算法

2.2.3数字信号解调算法

2.3软件无线电平台设计的思想

2.3.1模拟前端电路

2.3.2宽带ADC和DAC

2.3.3高速数字信号处理器

2.3.4高性能互连结构

第三章软件无线电系统硬件设计与实现

3.1软件无线电系统总体方案设计

3.1.1系统设计目标

3.1.2系统总体方案设计

3.2 PCI总线模块设计

3.2.1 PCI总线简介

3.2.2 PCI总线系统结构与接口实现方式

3.2.3 PCI9054特点以及内部主要结构

3.2.4 PCI9054本地总线工作模式

3.2.5 PCI9054数据传输模式

3.2.6 PCI9054外围电路设计

3.3 FPGA模块设计

3.3.1 FPGA基本架构

3.3.2 Xilinx公司IP核资源

3.3.3 FPGA加载配置电路

3.4波形发射模块设计

3.4.1数模转换芯片AD9779

3.4.2参考时钟输入电路设计

3.4.3模拟波形输出电路设计

3.5高速数据采集模块设计

3.5.1数据采集模块总体设计

3.5.2前端增益控制电路设计

3.5.3 AD9236外围电路设计

3.6电源模块设计

3.7系统设计中的电磁兼容技术

3.7.1电磁兼容技术

3.7.2系统的叠层与布局设计

3.7.3系统旁路去耦设计

3.7.4差分等关键信号布线设计

第四章软件无线电系统FPGA软件设计

4.1可编程逻辑器件FPGA设计流程

4.2 FPGA设计思想

4.2.1模块化设计

4.2.2同步化设计

4.2.3流水线化设计

4.3 PCI总线模块设计

4.3.1 PCI端总线操作时序

4.3.2本地总线操作时序

4.3.3本地总线控制器状态机设计

4.3.4数据接口模块设计

4.4逻辑控制模块

4.4.1 DAC工作状态控制

4.4.2信号自动增益控制

4.5数字上变频模块设计

4.5.1成型滤波器设计

4.5.2数控振荡器设计

4.5.3混频模块设计

4.6数字下变频模块设计

第五章系统调试与测试结果

5.1系统电源模块调试

5.2 FPGA调试

5.3 PCI总线模块调试

5.3.1 PCI9054硬件电路调试

5.3.2 PCI总线调试

5.4波形发射模块硬件电路调试

5.5高速数据采集系统硬件电路调试

5.6系统总体测试

第六章总结与展望

6.1本文的工作总结

6.2研究工作的展望

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文