【摘 要】
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随着软件无线电技术的发展,数字设备越来越靠近前端天线,合理的信道化技术也越来越重要。合理的信道化技术可以有效提高采集信号的测频、测相精度。由于工作环境的特殊性,数字接收机所接收到的信号往往为非合作性信号,经常与设计时所划分的信道不匹配,因此接收到的信号有可能跨越多个设计信道。本论文设计并实现了一种接收带宽中存在多个不同带宽信号时的动态信道化分离系统,完成了中频数据采集、多相正交下变频、信号综合判决
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随着软件无线电技术的发展,数字设备越来越靠近前端天线,合理的信道化技术也越来越重要。合理的信道化技术可以有效提高采集信号的测频、测相精度。由于工作环境的特殊性,数字接收机所接收到的信号往往为非合作性信号,经常与设计时所划分的信道不匹配,因此接收到的信号有可能跨越多个设计信道。本论文设计并实现了一种接收带宽中存在多个不同带宽信号时的动态信道化分离系统,完成了中频数据采集、多相正交下变频、信号综合判决、动态信道化分离等操作。论文研究内容有以下几点:1.在接收机基础理论部分,从信道化接收机的基本原理入手,对均匀信道化技术以及瞬时频率检测算法进行了数学建模与推导,分析了信号完全重构时滤波器组需要满足的条件,选定基于调制滤波器组技术的非均匀信道化方法作为本文实现架构。2.在数据采集与预处理部分,将JESD204B接口协议与实际需求相结合,分析了在此接口设计过程中需要注意的问题。改进了常规多相滤波器法实现数字下变频的结构,使其能够在FPGA工作时钟频率下处理高速数据流。详细叙述了在FPGA上实现JESD204B接口的步骤,并在Modelsim上对此接口仿真验证了实现的正确性。推导了多相数字下变频算法并给出了其实现结构,在MATLAB上验证了算法的正确性。3.在动态信道化算法部分,基于余弦调制滤波器组原理设计了信号重构滤波器组的原型滤波器,并给出滤波器组的仿真验证图。利用各个信道间子信号是稀疏的,并且在同一时刻各个子信道噪声来自与同一个宽带信号,给出了一种采用信号时域自相关的动态门限调整方法,能针对多通道信号动态的调节判决门限值并快速检测出信号的有无。在此方法的基础上结合相位测频,实现对信号所在信道的判决。结合信号综合判决算法与分析-综合滤波结构给出了一种便于实现的动态信道划分方法。4.在FPGA实现部分,设计了数字接收机硬件平台,对整个系统所采用的体系架构简要说明。根据实际需求指标,确定了FPGA+FMC子卡+CPU的硬件结构,给出了硬件原理框图并分析了FPGA与ADC芯片的选型依据。给出了在FPGA中的总体设计和实现的顶层框图以及各个子模块实现结构与实现方法,包括信号均匀信道化部分的各个模块、信号综合判决部分、信号动态重构部分,最后描述了FPGA上各个模块的实现步骤,并采用MATLAB与Modelsim验证了实现的正确性。经过仿真验证与FPGA上测试,该实现方法能够对宽带信号内不同带宽的子带信号进行信道化处理,并且能有效接收带宽不同的跨信道信号。
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