一种基于FPGA的软件无线电平台设计与实现

摘要

随着无线通信技术的快速发展，各种各样新型的通信体制和标准不断提出，无线通信系统领域出现了各种标准激烈竞争，多种通信体制并存，频率资源越来越匮乏等问题。而且通信产品生命期缩短，研发成本不断提高，各种通信体制互联需求日趋强烈，对通信频带利用率和抗干扰能力要求不断提高。为了解决这些问题，人们希望可以设计一个多频段、多模式、多功能可以互相兼容的硬件平台，以实现各个不同通信系统的无缝连接，适应多种需求。软件无线电作为新型的体系结构，是一种有效的解决方案。随着数字信号处理技术和大规模集成电路技术的迅速发展，为软件无线电动态软件编程和对硬件进行有效重构提供了非常有利的技术支撑，使得软件无线电成为一种应用越来越广泛的通信方式，在移动通信技术中的地位越来越重要。
　　基于此，本论文研究了一种基于 FPGA的软件无线电平台，完成了该平台的系统设计及硬件实现，该平台支持多频段、多模式的通信系统，可以实现多种通信制式。本论文的主要内容有：
　　1.讨论了软件无线电的定义、结构及其特点，分析了目前软件无线电的研究状态、技术制约和未来的发展趋势。
　　2.研究了软件无线电中的高速信号处理器的特点及其选择，将几种常见的信号处理器进行分析对比，结合本软件无线电平台的特点，给出了选取的原则。然后，对软件无线电中的数字前端技术进行了详细的理论分析，并给出了具体实现时的设计方法。
　　3.论述了本软件无线电平台方案设计及实现，讨论了本平台中各个模块的组成结构及实现方法，完成了射频模块、FPGA模块、PC与FPGA之间数据传输的设计，初步搭建了一种基于FPGA的软件无线电平台，该软件无线电平台支持PC端直接对射频模块和 FPGA功能模块进行实时在线重配置。并对本平台中各个主要模块进行了实际的性能测试。
　　4.给出了本软件无线电平台的两种具体应用，这两种应用都是基于项目组的具体需求设计的，主要是为项目中的通信算法提供硬件验证平台。主要实现了GSM接收机中的射频部分、软件控制部分和下变频部分，还有一种通信收发信机中的上变频、FPGA模块和数据传输控制等部分。最后，对本软件无线电平台所实现的两种应用进行了实际的板级验证。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1软件无线电(SDR)概述

1.2软件无线电(SDR)的发展及研究现状

1.3软件无线电（SDR）的瓶颈及发展趋势

1.4本论文的主要工作及结构安排

第二章 高速数字信号处理器的研究及选取

2.1引言

2.2 FPGA结构组成及特点

2.3数字信号处理器的对比

2.4高速数字信号处理器的选取

2.5本章小结

第三章 软件无线电数字前端研究及实现

3.1引言

3.2信号采样理论与正交信号变换

3.3正交信号变换

3.4多速率信号处理

3.5软件无线电中的多速率信号处理

3.6软件无线电数字上下变频设计与实现

3.7本章小结

第四章 软件无线电平台的方案设计

4.1引言

4.2软件无线电平台的结构研究与设计

4.3射频模块设计

4.4 PC端软件模块

4.5 PC与FPGA传输设计

4.6本章小结

第五章 软件无线电平台的应用

5.1引言

5.2平台的参数分析

5.3 GSM接收机数字下变频的实现

5.4一种通信收发信机在本平台的实现

5.5本章小结

第六章 总结

6.1主要工作及贡献

6.2进一步研究工作

致谢

参考文献