数据传输中同步技术研究及高速接口设计实现

摘要

同步技术在数字通信中具有十分重要的地位，同步质量的好坏直接影响整个系统的解调性能。同步技术主要包括载波同步和位同步两种，其中载波同步是相干解调的基础，而位同步是所有解调技术中必须要解决的问题。载波同步又叫载波恢复，指在相干解调中，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波，这个载波的获取称为载波提取或载波同步。位同步又称定时同步或码元同步，指接收端必须提供一个位定时脉冲序列，该序列的重复频率与码元速率相同，相位与最佳取样判决时刻一致，提取这种脉冲序列的过程称为位同步。本文主要针对多进制数字相位调制（MPSK）信号和连续相位调制（CPM）信号的同步算法进行深入的分析研究。
　　本文首先阐述了锁相环基础理论。针对MPSK信号，我们主要研究了基于锁相环的闭环同步结构。载波同步主要阐述了经典的Costas环结构，位同步主要研究了基于锁相环的Gardner同步算法，Gardner算法是一种独立于载波相位的同步算法。针对这两种算法，我们提出了基于Gardner环辅助Costas载波恢复的同步解调方案，并分别对BPSK、QPSK和8PSK信号进行同步性能仿真。在CPM信号方面，由于其调制的非线性，主要研究了几种基于数据辅助的开环同步算法。针对载波同步，介绍了几种经典的频率估计算法，分别是Kay算法、L&R算法和Fitz算法，并提出全1码作为导频序列的GMSK载波估计方法，并对这几种估计算法性能进行了仿真。在位同步方面，我们的研究主要集中运用具有良好自相关性PN码做为前导码进行位同步方法上，并且通过仿真证明，用PN码作为GMSK信号的位同步码可以获得较好的同步性能。在文章的最后，为实现数字板与上位机的一体化，以便将FPGA处理的同步信息及时传递到上位机，设计了基于FPGA的高速以太网网口。其数据传输速率可达G级别。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2同步研究现状

1.3本文主要工作与安排

第二章 MPSK信号同步技术研究

2.1 MPSK信号模型

2.2锁相环理论基础

2.3 Costas环的基本结构及工作原理

2.4基于锁相环的Gardner位同步算法研究

2.5基于Gardner环辅助的Costas环载波同步仿真

2.6本章小结

第三章 CPM信号同步研究

3.1 CPM信号模型

3.2 GMSK信号原理

3.3 GMSK信号的载波同步研究

3.4 GMSK信号的位同步研究

3.5本章小结

第四章 基于FPGA高速传输接口的设计

4.1以太网介绍

4.2网络接口芯片

4.3 MAC层功能的实现

4.4千兆网口的实现

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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