跳频通信系统研究与基于FPGA的关键单元设计

摘要

在简要介绍了软件无线电和跳频通信原理的基础上，着重研究了高速跳频通信系统中的数字下变频、相关和跳频序列产生技术，提出了适合于在FPGA中实现的设计方案，并在实际系统中获得应用。
　　 本论文的项目来源于军用的《高速跳频数传电台的研制》的项目。本人在此项目研制开发过程中对多采样率数字信号处理和数字滤波器理论进行了深入的研究，分析比较了多种数字下变频器的设计方案，其中数字下变频器采用查找表方式产生本地载波，抽取滤波器采用有符号的DA算法实现，经过在实际系统中测试，达到了要求的性能。
　　 对高速跳频电台中采用的相关器原理进行了深入的研究，分析比较了多种数字相关器的设计方案，提出了一种数字相关器的并行设计方案，并在实际系统中完成了设计。能够同时完成32路Walsh序列的相关运算，并输出对应Walsh序列的序列号以上模块采用了Altera公司Cyclone芯片实现。
　　 对高速跳频电台中采用的跳频地址产生器原理进行了深入的研究，分析比较了多种跳频序列的产生方案，提出了一种基于迭代型分组密码的跳频序列产生方案，并在实际系统中完成了设计。跳频加密器采用基于分组密码的跳频序列产生方案，根据系统时钟TOD和收发信机密钥KEY得到跳频序列，理论分析表明其具有比较理想的综合性能指标。模块采用Actel公司Accelerator芯片实现，进一步提高保密性能，经过在实际系统中测试，达到了要求的性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 软件无线电概述及基本结构

1.1.1 软件无线电概述

1.1.2 理想软件无线电的结构

1.2 中频数字化软件无线电结构

1.2.1 一种比较可行的软件无线电设计方案

1.2.2 中频数字化软件无线电的数学模型

1.3 软件无线电中FPGA的应用

1.3.1 FPGA概述

1.3.2 用FPGA实现数字信号处理

第二章 中频数字化软件无线电与技术研究

2.1 信号采样理论

2.1.1 基本采样理论-Nyquist采样定理

2.1.2 带通信号采样

2.2 多采样率数字信号处理

2.2.1 整数倍抽取

2.2.2 整数倍内插

2.2.3 采样率变换的性质

2.2.4 抽取内插器的多相滤波结构

2.2.5 采样率变换的多级实现

2.3 本章小结

第三章 数字滤波器的理论及FPGA实现

3.1 数字滤波器理论

3.1.1 数字滤波器的分类

3.1.2 线性相位FIR滤波器

3.2 几种特殊的FIR滤波器

3.2.1 适合于D=2m倍抽取或内插的半带滤波器

3.2.2 积分梳状(CIC)滤波器

3.3 数字下变频器的FPGA实现

3.3.1 硬件实现中的量化效应

3.3.2 混频

3.3.3 滤波和抽取

3.4 本章小结

第四章 跳频系统中基于FPGA的相关器设计与实现

4.1 相关器的原理

4.1.1 跳频通信系统整体构成

4.1.2 正交编码简介

s

4.1.4 相关序列的选取

4.1.5 相关器的工作模型

4.2 相关器的FPGA实现

4.2.1 Walsh序列的选择

4.2.2 相关器的设计方案

4.3 本章小结

第五章 跳频系统中基于FPGA的跳频加密器设计

5.1 跳频序列原理

5.1.1 跳频图案的同步

5.1.2 常见跳频序列简介

5.1.3 分组密码概述

5.2 跳频加密器设计

5.2.1 基于跌代型分组密码的跳频序列产生方案简述

5.2.2 跳频序列的性能分析

5.2.3 跳频加密芯片的设计实现

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢