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60000字论文范文基于无线电设计思想的无线发射机设计

论文类型:论文范文
论文字数:60000字
论点:发射机,设计,调制
论文概述:

按照课题的设计思想,本发射机采用FPGA作为基带信号处理芯片,在内部完成了 BPSK/PCM-FM/QPSK的调制与解调,同时VC界面作为控制指令的生成,CPLD实现了协议转换和UFM存储

论文正文:

第1章引言

1.1主题
使用软件无线电技术的通用发射机的背景和意义及时满足了这一要求。软件无线电技术是由MTRE公司的约米蒂奥拉在1992年5月的全国电信系统年会上首次提出的。其基本设计思想是使用一个通用的可编程硬件平台,通过软件编程实现各种通信协议。它充分利用了编程语言的可编程特性,避免了无线发射机功能单一、互连性低、只能语音传输的缺点。它支持不同通信设备与各种信息传输(如语音、图像、视频)之间的互联互通,扩展了无线通信发射机的功能,可以实时向控制终端传输战场环境信息和各种控制指令,提高了控制终端的视野和传输效率,增强了战场环境中信息的实时性和可靠性。美国军方的无线发射机发展计划包括Speakeasy计划和Linkl 1、Linkl 16和其他数据链路系统。这些计划的目的是改变无线发射器的不兼容性以及战斗人员、武器系统和信息平台之间信息的实时传输。随着新一代无线发射机加入战场,未来的战争将会发生巨大的变化。无线发射机在中国也取得了相当大的进步。使用扩频跳频的无线通信发射机已经装备了现役陆军,海军也已经装备了C3(指挥、控制和通信)数据链路系统,而空陆军已经逐步装备了AT-2M国内数据链路系统,这将随着国内通信技术的发展而得到改进。

1.2研究目的和内容
本项目发射机设计基于软件无线电的思想,设计了一种更通用的发射机,其载波频率、调制方式、调制参数、传输速率等参数均可设定。发射机采用现场可编程门阵列(FPGA)作为数字信号处理平台,利用数字电路实现各种调制模式的中频调制信号,可以相互协调选择。上变频和功率放大电路构成了一个完整的通用发射机。本项目设计的发射机主要包括以下功能:(1)可以实现信息码流的调频、BPSK和QPSK调制解调功能,输出S波段射频调制信号。

第二章原理概述和方案设计

本项目设计的通用发射机基于软件无线电的设计思想。随着近年来高性能现场可编程门阵列芯片的出现,软件无线电设计逐渐取代了以往的模拟电路和小规模数字芯片设计,成为无线发射机设计的主流。让我们简单介绍一下软件无线电设计的一些基本概念。

2.1软件无线电的概念
软件无线电的基本概念和体系结构是由米特里工程师约米蒂奥拉(JoeMitola)在1992年全国电信系统年会上首次提出的。软件无线电的核心思想是:基于一个开放的、标准化的、模块化的通信硬件平台,基带信号处理和通信协议在该平台上通过可编程软件语言完全实现。软件无线发射机的兼容性和可编程特性将大大提高无线发射机的开发时间,降低设计成本,促进无线发射机的快速发展。在传统的无线发射机系统设计中,它往往是一种功能和性能单一的设计,不仅占用不同的频段,而且传输距离有限,调制方式单一。例如,无线通信系统常用的调制模式包括调幅、调频、LSB、PCM-调频、BPSK、MSK、QPSK等。还有许多复用方法,如时分多址(时分多址)、频分多址(FDMA)、码分多址(码分多址)等。因此,仅基于一种设计的无线发射器的互操作性很差,并且不能在各种设备终端、武器平台和信息终端的无线发射器之间进行直接通信,导致无线发射器种类繁多,并且在新环境中携带不便。北约内部的主要盟国有自己的无线通信发射机标准。包括美国军方也面临同样的问题。例如,美国在格林纳达的军事行动暴露了各种通信设备之间的不兼容性。信息传输的瓶颈导致每个终端单元无法达到最大效率。因此,传统的无线发射机设计思想已经不能满足新时期战场的需要。
在这种情况下,通用无线发射机的设计成为破解各种作战平台信息瓶颈的关键问题。无线发射机的设计应用软件无线电设计思想,利用可编程硬件平台,可以设计出多频、多模、可调调制方式、通用性强的无线发射机,这将成为无线发射机设计的未来发展趋势。

2.2软件无线电的特性..............................12-13
2.3通用变送器的总体设计..............................13-14
2.4 BPSK/QPSK/PCM调频调制原理和解调原理..............................14-21 [/BR/] 2.5协议转换部分的原理和实现..............................21-25 [/BR/] 2.5.1 RS232接口协议及其实现..............................21-23
2.5.2串行接口协议和实现框架..............................23-25 [/BR/] 2.6控制说明和分析..............................25-28
第三章发射机算法仿真及实现..............................28-42
3.1算法仿真设计指标..............................28-29
3.2算法仿真的过程设计..............................29-30
3.3模型模拟结果..............................30-42
第四章变送器硬件设计..............................42-50 [/BR/] 4.1接口芯片和协议转换芯片..............................43-45 [/BR/] 4.1.1最大232接口芯片..............................43-44
4.1.2协议转换芯片..............................44-45 [/BR/] 4.2基带信号处理芯片..............................45-46[/比尔/] 4.3数模转换芯片..............................46-47
4.4电源芯片设计..............................47-50
第五章变送器的软件和逻辑设计..............................50-61
5.1V c++接口部分软件设计..............................50-52
5.2协议转换芯片部分逻辑设计..............................52-53 [/BR/] 5.3基带信号处理部分逻辑设计..............................53-61

结论

根据课题的设计思路,发射机采用现场可编程门阵列作为基带信号处理芯片,内部完成BPSK/PCM-调频/QPSK的调制解调。同时,VC接口被用作控制指令的生成。CPLD实现协议转换和UFM存储。在后来的测试中,系统基本上完成了早期设计所需的性能和指标。该发射机涉及的关键设计点主要包括:高码率下的BPSK/PCM-调频/QPSK调制解调;用VC接口实现RS232接口协议和控制指令的成帧;协议转换和UFM存储由CPLD实现:数模转换器芯片配置等。虽然变送器已基本完成设计要求,但仍有一些不足需要改进。这些缺陷主要包括以下方面:
1。调制算法的精度稍有不足。在测试过程中,载波频率偶尔会漂移,时序约束可以进一步改善。
2。解调算法载波同步部分的捕获带宽相对较窄,costas环和松散尾环的内环滤波器需要改进以适应不同码率的载波跟踪。
3。就各种接口而言,一旦控制指令发送错误,就没有工业工程校正机制。需要添加握手协议。一旦出现错误,就可以纠正或重新传输数据。
4。硬件设计需要改进,以适应高比特率信号的数据传输,所用器件的性能需要进一步了解,以尽可能优化设计硬件。