128QAM数字中频接收机FPGA实现与系统验证

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随着通信技术的发展,高速率、大容量通信数据的传输受到越来越多的关注,与此同时不同通信方式之间的互联互通变得尤为繁琐和困难。全数字调制解调技术由于使用发射端与接收端相互独立的数据处理时钟,使得其能够很好的处理高速传输数据,同时配合使用多进制信号调制方式,数据的传输容量得到了大大的提高,从而有效的解决了现代通信中数据传输的问题。软件无线电技术由于其能够让多频段、多模式、多功能无线传输设备之间实现相互通信,且允许传输数据有大的带宽,从而逐渐运用于民用通信领域,解决了现代通信中不同通信方式之间互联互通的问题。本文采用多进制QAM信号调制解调方式,在课题研究要求下:信息传输速率达到100Mbps,信号最大带宽不超过28MHz,在信噪比为23dB下,信息差错率不超过1×10-3,系统传输时延≤50us。设计并实现了一种基于FPGA的数字中频接收机系统。系统采用了宽带中频带通采样软件无线电结构,通过全数字解调方式对接收信号进行处理。主要工作如下:1)按照课题设计要求,设计信号采样时钟为fS=76.8MHz,码元速率为19.2MBps,信号上变频处理后中频为96MHz,发送信号采用RS (31,27)信道编码方式,发送信号的成型滤波器滚降系数为0.12。2)详细讲解了系统设计方案,针对系统方案中消除信号误差的每个单元进行了详细算法说明和仿真验证。其中定时同步单元使用改进型Gardner算法提取信号定时误差,通过相位比较的方法对信号采样误差进行了纠正。信道均衡单元利用Bussgang类算法中的盲均衡恒模算法,对信号在传输过程中收到的幅度衰减进行了校正。载波同步单元运用模式转换型载波纠正算法——极性判决载波同步算法,消除由于全数字解调引入的信号相位错误。3)介绍了实现系统方案使用的软件无线电平台,根据设计好的系统方案给出了系统FPGA实现的具体结构。对接收机内部主要功能模块进行了详细的编写和实现说明,并给出了每个模块的系统编译报告和时序约束报告,同时在Modelsim上对编写好的模块进行仿真验证,仿真结果证明每个模块都实现了要求达到的相关功能。最后,将编写的整个系统模块加载到软件无线电平台上,通过使用SignalTapⅡ抓取系统上板数据,对获取的数据进行了验证,证明了本课题研究的正确性和可实现性,同时获得系统传输时延为4us,满足课题设计要求。
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