基于FPGA的无线通信信号解调实验平台研制

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近些年来,随着FPGA(Field Programmable Gate Array)数字信号处理技术及软件无线电的飞速发展,FPGA在通信领域的应用受到了越来越多的关注。针对这一点,本文以FPGA为主要数字信号处理器件,研制了一个无线通信信号解调实验平台。无线通信可以分为两大类:单用户多制式无线通信,如AM(Amplitude Modulation)、FM(Frequency Modulation)等;单制式多用户无线通信,如CDMA(Code Division Multiple Access)、TD-LTE(Time Division Long Term Evolution)等。为了能了解和掌握调制解调的FPGA实现,在第一类中选取了FM、AM(模拟调制)、2ASK、2FSK(数字调制)四种作为解调的实例,并采用归一化瞬时幅度特征,分别在模拟调制和数字调制中来实现调制模式的识别,另外考虑到不同数字调制方式的解调,其FPGA实现已被广泛研究,因此仅研究数字调制解调中的难点,载波同步技术的FPGA实现。在第二类中选取了CDMA扩频系统作为解调实例。同时完成了一个包含射频前端硬件电路和后端数字信号处理的硬件实验平台。射频前端电路,采用超外差接收结构,完成对天线接收到的信号的两次下变频处理及自动增益控制,最终在自动增益控制的输出端可得到一个455k Hz的调频信号;数字信号处理电路,采用A/D采样量化、FPGA上运行算法、D/A将解调的数据输出的方式,来运行各种FPGA调制解调算法。将FM信号的解调算法在后端数字信号处理板上运行,结合射频前端,能听到清楚的调频广播。载波同步采用Costas环来完成,在第二级乘法器中,用一种极其节省资源的近似处理来完成乘法,仿真结果表明,在输入频差在0-100k Hz范围内,均能实现锁定,性能良好。调制模式识别特征的FPGA实现,采用FFT(Fast Fourier Transformation)IP(Intellectual Property)核,结合多级流水线实现累加及控制状态机完成,在Modelsim中的仿真结果表明,不同制式的信号FFT的幂指数部分相差32倍,能有效的完成调制模式识别。在MMSE(Minimum Mean Square Error)多用户检测(Multiuser Detection,MUD)算法的FPGA实现中,本文采用PC机Matlab通过RS232给FPGA发送数据的方式,来完成算法FPGA实现的蒙特卡洛仿真。所得到的误码率,在匹配滤波和MMSE多用户检测算法的理论值之间,考虑到量化和截断所引起的误差,认为该算法在FPGA中实现是正确的。
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