GSM接收机同步技术研究与基于FPGA和DSP的接收机设计

摘要

GSM是全球使用最为广泛的一种无线通信标准，不仅在民用领域，也在铁路GSM-R等专用领域发挥着极为重要的作用。由于无线信道具有瑞利衰落和延时效应，在通信系统的收发两端也存在不完全匹配等未知因素，因此接收的信号叠加有各种误差因素的影响。GSM接收机的实现离不开系统的同步，为了得到更好的同步质量，就必须对GSM基带同步技术进行研究，选择一种最合适的同步算法。GSM的同步既有时间同步，也有频率同步。 软件无线电是当前通信领域引入注目的热点之一。长期以来，GSM的接收和解调都是由专用的ASIC芯片来完成的，通过软件来实现GSM接收机的基带算法，体现了软件无线电技术的思想，选择用它们来实现的GSM接收机具有灵活、可靠、扩展性好的优点。 论文主要讨论GSM接收机同步算法与基于FPGA和DSP的GSM接收机设计， 主要内容包括： 通过相关理论知识的学习，设计验证了GSM基带同步算法。对FB时间同步，讨论了包络检测和FFT变换两种不同的方法；对SB时间同步，介绍实相关和复相关两种方法；对频率同步，给出了一种对FB运用相关运算来精确估计频率误差的算法。 设计了使用GSM射频收发芯片RDA6210并通过实验室的ALTERA EP3C25FPGA开发板进行控制的GSM射频端的解决方案，论文对RDA6210的性能和控制方式进行了详细的介绍，设计了芯片的控制模块，得到了下变频后的GSM基带信号。 设计了基于RF前端+FPGA的GSM接收机方案。利用ALTERA EP2S180开发平台来完成基带数据的处理。针对ALTERA EP2S180开发平台模数转换器AD9433的特点使用THS4501设计了单独的差分运算放大器模块；设计了平台的数据存储方案并将该平台得到的基带采样数据用于同步算法的仿真。 设计了基于RF前端+DSP的GSM接收机方案。利用模数转换器AD9243、FPGA芯片和TMS320C6416TDSP芯片来完成基带数据的处理。设计了McBSP+EDMA传输的数据存储方案。 给出了接收机硬件测试的结果，从多方面验证了所设计硬件平台的可靠性。

目录

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致谢

1 综述

1.1 课题研究的背景、内容和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要贡献和章节安排

2 GSM接收机同步理论与算法

2.1 GSM系统调制技术

2.1.1 GMSK调制

2.1.2 GSM信号的时频特性

2.2 GSM系统的空中接口

2.2.1 GSM系统的主要接口

2.2.2 GSM系统的物理信道与帧结构

2.2.3 GSM系统的逻辑信道及配置

2.3 FCCH同步算法

2.3.1 包络检测法

2.3.2 FFT变换法

2.4 SCH同步算法

2.4.1 实信号相关

2.4.2 复信号相关

2.5 频偏估计算法

2.6 本章小结

3 基于RF前端+FPGA的GSM接收机

3.1 基于RF前端+FPGA的GSM接收机结构

3.2 RF前端设计

3.2.1 RDA6210 结构

3.2.2 RDA6210 配置

3.2.3 ALTERA EP3C25 平台

3.2.4 QUARTUS II开发软件

3.2.5 RF前端控制

3.3 差分放大器

3.4 FPGA接收设计

3.4.1 ALTERA EP2S180 开发平台

3.4.2 模数转换器

3.4.3 采样数据存储

4 基于RF前端+DSP的GSM接收机

4.1 基于RF前端+DSP的GSM接收机结构

4.2 RF前端设计

4.3 模数转换器

4.4 FPGA到DSP的接口设计

4.4.1 FPGA芯片介绍

4.4.2 ISE开发软件

4.4.3 采样时钟设计

4.4.4 并串转换模块

4.4.5 FPGA下载配置

4.5 DSP端设计

4.5.1 SEED—DEC6416 开发板

4.5.2 CCS开发软件

4.5.3 McBSP接口设计

4.5.4 EDMA传输设计

4.6 本章小结

5 基于FPGA和DSP的GSM接收机测试

5.1 基于RF前端+FPGA的GSM接收机测试

5.1.1 采样时钟和SPI钟测试

5.1.2 SPI接口时序测试

5.1.3 RDA6210 接收测试

5.1.4 差分放大器测试

5.2 基于DSP的GSM接收机测试

5.2.1 采样时钟和McBSP时钟测试

5.2.2 McBSP接口时序测试

5.2.3 EDMA存储测试

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历