基于FPCA的智能天线片上系统(SOC)

摘要

智能天线采用了阵列天线和先进的信号处理技术,能够自动地调节发射或接收模式来适应信号环境。本论文针对某具体的工程项目研究并实现了基于FPGA的智能天线片上系统,最终用基于FPGA芯片的片上系统取代了FPGA+DSP的系统架构,极大的节省了硬件成本和规模。本论文主要研究内容如下:
　　 1.介绍了智能天线片上系统的总体架构,包括信号处理流程和相应的硬件模块。
　　 2.详细介绍了串行接口模块设计的基本原理,并从异步接口和同步接口两方面分别进行理论及FPGA实现的阐述。
　　 3.从理论上分析了数字正交插值的几种方法,并给出了低失真窄带滤波器的设计原理,并通过Matlab仿真及FPGA硬件实验进行验证。
　　 4.重点介绍了基于FPGA芯片的协方差矩阵求逆算法模块。主要从基本设计原则、模块的自顶向下划分、时钟域分析、子模块的内部结构以及其他注意事项进行描述,在搭建的硬件平台上详细介绍了各模块的实现过程,最后通过硬件仿真进行验证。
　　 通过方案设计和硬件搭建及调试,论证了基于FPGA的智能天线片上系统的可行性和实用性,对以后工程生产具有借鉴作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究历史与现状

1.3 研究内容及章节安排

第二章 智能天线片上系统的总体架构

2.1 智能天线的总体结构

2.2 自动增益控制电路

2.3 自动频率控制电路

第三章 串行接口设计的基本原理

3.1 引言

3.1.1 串行接口的介绍

3.1.2 串行通信接口标准的演变

3.2 异步接口的原理及FPGA设计

3.2.1 异步通信接口的原理分析

3.2.2 异步串行通信协议

3.2.3 异步串行通信收发模块的FPGA实现

3.2.4 异步串行通信FPGA实现中的排队问题解析

3.3 同步接口的原理及FPGA设计

3.3.1 同步通信接口的原理分析

3.3.2 同步串行通信协议

3.3.3 同步串行通信发送模块的FPGA实现

3.4 本章小结

第四章 数字正交插值及窄带滤波器的原理与FPGA实现

4.1 引言

4.2 数字正交插值

4.2.1 数字正交插值原理

4.2.2 低通滤波法原理

4.2.3 希尔伯特变换法原理

4.2.4 贝塞尔插值法原理

4.2.5 多相滤波法原理

4.2.6 频域法原理

4.3 窄带滤波器原理

4.3.1 FIR数字滤波器原理

4.3.2 FIR数字滤波器的设计

4.3.3 窄带FIR数字滤波器设计原理

4.4 数字正交插值及窄带滤波器的FPGA实现

4.4.1 数字正交插值的FPGA实现

4.4.2 窄带FIR数字滤波器的FPGA实现

4.5 本章小结

第五章 采样协方差矩阵求逆的波束形成算法的FPGA实现

5.1 采样协方差矩阵求逆

5.1.1 采样协方差矩阵求逆算法

5.1.2 复正定厄米矩阵求逆转化为实对称正定矩阵求逆

5.1.3 实对称正定矩阵的求逆

5.2 SMI的FPGA实现

5.2.1 可编程逻辑基本设计原则

5.2.2 FPGA内模块的自项向下划分

5.2.3 各个模块的时钟域分析

5.2.4 子模块的内部结构

5.2.5 可综合的Verilog设计以及其它注意事项

5.2.6 FPGA实现的仿真综合与分析

5.3 本章小结

结束语

致谢

参考文献

研究成果