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1、分类号 密级 UDC注1 硕士专业学位论文基于FPGA的数字信道化接收机的实现（题名和副题名）杨宇宸（作者姓名）指导教师姓名 朱晓华 教 授 李洪涛 讲师 学 位 类 别 工程硕士 专 业 名 称 电子与通信工程 研 究 方 向 电子与通信工程 论文提交时间 2015.01 注1：注明国际十进分类法UDC的类号。硕士学位论文 基于FPGA的数字信道化接收机声 明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均
2、已在论文中作了明确的说明。研究生签名： 年 月 日 学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名： 年 月 日 III摘 要软件无线电是一种利用软件形式实现物理层链接的无线通信设计思想，其核心思想是将模数、数模转换器尽可能靠近天线，以软件形式实现尽可能多的无线电功能，最终目标是在一个标准化、模块化的通用硬件平台上，通过软件编程实现一种具有多通路、多层次和多模式无线通信功能的开放式体系结构。数字信
3、道化接收机就是软件无线电在接收机系统中的重要应用之一。 本文实现的是基于WOLA滤波器组的信道化接收机系统，该系统应用于短波通信系统，接收频段为3-30Mhz，系统可实现512路均匀信道化，并且可以任意提取448路带宽为3KHz，采样率为9.6Ksps的子信道。相对于传统数字下变频方法和基于FFT的多相滤波信道化接收机系统，具有结构灵活，节省硬件资源等优势。本文首先介绍了软件无线电的基本理论，论述并推导了信道化接收机的几种结构。然后详细介绍了本系统中的各个组成部分的设计和仿真，包括：数据采集模块，数字下变频模块（数控振荡器模块、抽取滤波模块），均匀信道化模块，可变频率信道化模块，数字自动增益控
4、制模块以及数据高速通信接口。最后在自己搭建的硬件平台上完成对整个系统的调试，包括各模块的功能调试、高速通信接口的调试以及总体系统的调试。本文使用MATLAB软件对基于WOLA滤波器组的信道化接收机系统模型进行算法仿真，使用ISE软件完成程序的编写，综合和布局布线，使用Modelsim软件对程序进行功能仿真，使用Chipscope软件完成系统调试和测试。关键词：软件无线电，信道化接收机，WOLA结构，FPGA65AbstractSoftware defined radio is a wireless communication link design which can use software
5、 to implement the physical layer. In software radio, the AD/DA converter are as closed as possible to the antenna. As much as possible radio function is implemented by software. The central idea is in a standardized, common modular hardware platform，through software programming to achieve a multi-ch
6、annel, multi-leve and multi-mode wireless communication capabilities open architecture. Digital channelized receiver is a result of software define radio applied in receiver system.This paper has realized the digital channelized receiver based on WOLA filterbank. The system can achieve 512 uniform c
7、hannelization, it can receive signals from 448 individual channels. The individual channels sampling rate is 9.6 Ksps and the bandwidth is 3KHz. The system has a flexible structure and can save the hardware resource consumption compared to the classical digital receive system and the system of the d
8、igitial channelized receiver based on FFT.Firstly , this paper introduced the basic theory of software radio. Discussed and derivated Several structure of channelized receiver. Described the various components of the system in detail, such as the module of data acquisition, digital down converter mo
9、dule(numerically controlled oscillator module,decimation filter module), uniform channelized module, variable frequency channelized module, digital AGC module and high-speed data communication interface. Finally completed the overall system debugging on our hardware platform, including the function
10、of each module debugging, the speed communication interface module debugging and the system debugging.In this paper we used the MATLAB software completing the algorithm of the digital channelized receiver on WOLA filterbankss simulation. Then it used ISE to complete the process of synthesize, map, p
11、lace and route, used MODLESIM to complete behavioral simulation. Finally it used the Chipscope to finish the system debugging and testing.Keywords:software radio, channelized receiver , WOLA filterbanks , FPGA目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1课题的研究背景及意义11.2 课题的技术国内外研究现状21.2.1 数字信道化技术的国内外研究现状21.2.2 FPGA
12、 技术的发展现状21.3 论文主要工作及结构安排32 数字信道化接收相关理论42.1 信号采样理论42.1.1 奈奎斯特采样理论42.1.2 带通信号采样定理52.2 多速率信号处理62.2.1 整数倍抽取62.2.2 整数倍内插72.2.3 多相滤波结构82.3 数字信道化接收机的结构102.3.1 数字信道化接收机基本结构102.3.2 信道化接收机的高效结构112.3.3基于WOLA结构的数字信道化接收机132.4数字信道化接收机的仿真与分析152.5本章总结183 基于FPGA的系统方案设计193.1 系统总体方案193.2 系统主要器件简介203.3 FPGA实现方案234 系统各模
13、块的FPGA实现244.1 数据采集模块244.2 数字下变频模块274.2.1 数控振荡器NCO混频模块274.2.2 抽取滤波模块284.3 均匀信道化模块304.3.1 数据输入接口304.3.2 多相滤波模块314.3.3均匀信道化模块modelsim仿真344.4可变频率信道化模块354.5数字自动增益控制模块（AGC）374.6高速通信接口模块404.6.1千兆以太网404.6.2SERDES高速串行传输445 系统调试及技术指标测试485.1 FPGA系统调试环境和步骤485.2 子系统调试以及子系统间的通信调试495.2.1 板间通信调试505.2.2 各模块调试555.3 总
14、体系统调试及相关指标测试586 总结和展望60致 谢61参考文献62攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果65硕士学位论文 基于FPGA的数字信道化接收机1 绪论1.1 课题的研究背景及意义随着电子信息科学近些年的飞速发展，现代战争的模式已经发生了翻天覆地的变化，兵力的多少早已不能左右战争的胜利，基于信息科学的电子战是现代战场上至关重要的作战手段和左右战争胜负的关键 1。在现代电子战中，电子对抗是一种重要的技术和战术手段，而电子侦察接收机正是电子对抗中不可或缺的一部分2。传统模拟电子侦察接收机一般分为六类3：超外差接收机、瞬时频率测量接收机、晶体视频接收机、压缩接收机、信道化接收机以及布拉格盒式接收机4。电子侦察接收机要求有动态范围大、灵敏度高和瞬时带宽宽，还要求有检测
