宽带信道模拟器的数字硬件设计与实现

摘要

随着第四代移动通信技术的普及和第五代移动通信的发展，无线通信设备的研究需求和复杂度越来越高，无线通信带宽与频段也不断增加。系统测试与无线信道模拟仿真在整个研发周期里占的比重也越来越大，尤其是如何全面的模拟所有可能的宽带无线通信信道模型。
　　在研究宽带无线通信的测试中，需要研究不同的通信方式在不同的信道中的传输模型。这个过程需要进行大量的实验，包括不同的外场实验，外场的无线通信环境是最真实的实验环境，但是每次都需要将待测设备搬到室外测试环境，无疑给测试与研究带来极大不便。而且要测试完各种不同的信道需要反复测试不同的外场实验与环境。且同一个地方的测试环境局限性比较大，无线信道特征比较单一，不能反映通用的无线信道。
　　针对以上实际问题，论文在运用软件无线电技术的思想，研究了宽带信道模拟器，设计并实现了信道模拟器的中心处理单元的硬件平台。
　　首先，针对宽带无线信号的通用频段以及带宽，以军用无线电台为实例，提出了信道模拟器的设计指标。项目目标是设计一套在0.1~3000MHz频段工作的宽带信道模拟器平台，支持8个通道同时工作，每条通路支持收发自动切换。论文从关键技术、硬件指标、软硬件接口功能的角度分析设计需求。
　　接着，设计与实现了宽带信道模拟器的数字硬件，设计了前端数字采集模块。前端数字采集模块包含FPGA数字板与ADC/DAC模块。设计并实现了中心处理板，中心处理板采用ATCA构架，包含4片Xilinx V7 FPGA，8个FMC扩展卡、对外提供高达800Gbps数据速率的高速串行接口、高性能OCXO、高性能时钟网络、1000Mbps以太网、32GB DDR3。
　　最后，在实验室环境下测试中心数字基带处理板的各项硬件指标参数，包括电源输出电压、纹波，10G GTX高速串行接口，DDR3，1000Mbps以太网，时钟， FMC ADC/DAC回环测试。同时对各项测试指标进行分析与提出改进意见。
　　论文设计并实现了宽带信道模拟器的数字硬件，通过对系统各项功能和性能的测试，验证其可行性。基于ATCA的中心处理板卡已经包括在宽带信道模拟器、第五代移动通信技术预研、大规模遥控测量等具体项目中使用，具有良好的前景。

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缩略词表

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究内容与安排

第二章 信道模拟器技术现状

2.1 引言

2.2 软件无线电技术

2.3 信号采样理论

2.4 信号采样技术

2.5 信道模拟器产品

2.6 小结

第三章 信道模拟器指标与需求分析

3.1 引言

3.2 总体指标

3.3 各数字模块单元指标

3.4 小结

第四章 宽带信道模拟器的数字硬件方案设计

4.1 引言

4.2 总体方案设计

4.3 前端采集模块方案

4.4 中心处理单元方案设计

4.5 小结

第五章 中心处理单元方案实现

5.1 引言

5.2 FPGA模块方案实现

5.3 配置FPGA模块实现

5.4 时钟、复位模块实现

5.5 GE交换机模块实现

5.6 电源模块

5.7 接口速率及等长

5.8 小结

第六章 性能测试与分析

6.1 引言

6.2 调试与测试环境

6.3 单元模块测试

6.4 小结

第七章 结束语

7.1 本文总结及贡献

7.2 下一步工作建议和未来研究方向

致谢

参考文献

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果

学位论文评审后修改说明表

学位论文答辩后勘误修订说明表