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60000字论文范文无线电中多相滤波信道化的理论研究与分析

论文类型:论文范文
论文字数:60000字
论点:信道,滤波器,无线电
论文概述:

本文研究了软件无线电数字信道化技术,给出了均匀和非均匀信道化设计方案,设计的基于 CEM 滤波器组的信道化技术是一种能够实现全概率截获侦收的较好的设计方案

论文正文:

第一章简介

1.1研究背景和意义
现代通信接收和检测设备监控的环境越来越复杂,信号之间的干扰也越来越严重。尤其是军用电子接收设备,由于其复杂特殊的工作环境,需要有更高的抗干扰性能。然而,传统接收系统灵活性低、可靠性低、抗干扰能力差,无法适应现代电子战工作环境。因此,研究和开发高灵活性、高可靠性和抗干扰能力的数字接收系统已成为当今[电子战的一个重要研究方向。信道化处理方法是数字接收机和软件无线电系统的关键技术之一。
基于软件无线电的数字信道化接收机系统结构具有高截获概率、大动态范围、高灵敏度、良好的频率分辨率和同时处理多个带宽信号的能力,能够很好地接收未知信号。因此,基于数字信道化接收机结构设计的接收机[2]已经成为目前流行的数字接收机。许多研究机构已经开发了它,一些研究成果已经应用于电子战。软件无线电数字信道化系统[3]基于最基本和最简单的硬件,并通过应用软件的重组和可升级性尽可能实现各种通信功能。例如,基于软件无线电理论的电子战高中频接收机[4]可以通过软件设计相应的算法来实现相应的接收信号功能。该软件数字信道化系统为电子战高中频接收机的实现奠定了坚实的理论基础,具有处理效率高、适应性强、扩展性好的优点。软件无线电技术的开放性和灵活性使电子战高中频接收机能够满足各种参数的设计要求,进一步提高接收系统的性能。因此,随着软件无线电技术的快速发展,成熟的数字信道化技术将在军事通信领域得到更广泛的应用,以更好地满足现代电子战环境的高要求。该技术具有广阔的发展前景。我参加了北京中科洪飞科技有限公司的研究项目:小型化、高灵敏度接收和信号处理技术的研究。这项技术主要用于数字接收机。主要性能指标如下:
(1)接收带宽至少为2千兆赫;
(2)数据精度达到10位;;
(3)解决盲区和信号丢失问题;
(4)降低处理速度;
(5)接受微弱信号;
(6)接收器音量不能太大;
针对上述指标,本文根据软件无线电中的信道化理论,设计了一种高阻带衰减、满足重构条件的原型滤波器。原型滤波器用于实现均匀和非均匀的复制调制滤波器组和完整的信道化接收,而没有盲区和信号损失。最后,利用现场可编程门阵列硬件平台实现了这种统一的信道化技术,验证了信道化技术在宽带数字接收机中的可行性。

1.2软件无线电简介
20世纪90年代,约瑟夫博士首次在美国全国电话会议上提出软件无线电的概念。其定义[5]:该系统具有同时处理多波段传输信号的能力,其天线可以接收广泛的信号。接收到的模拟信号直接经过数字离散化处理后,所有后续功能都可以用软件设计的IP核来完成,即硬件本身不需要改变,系统只能通过重新设计IP核来更新。由于软件无线电中的各种功能主要是通过软件实现的,所以它的研发速度更快,并且可以反复更新。这种新的无线电通信架构具有很强的生存能力,[6]。
1.2.1软件无线电关键技术
软件无线电系统主要由宽带天线、射频前端、高速信号处理技术和软件编写的IP核心组成。介绍了以下模块:
(1)天线[5]是硬件模块的入口和出口,只能由通用硬件本身设计。其要求是所选择的工作频带必须满足无线通信的全频带,并且能够通过程序控制其工作频带中的参数。软件无线电天线设计[6]可采用智能天线技术、组合式多频带天线、通用模块化收发器双工技术、多倍频程宽带低噪声放大器等。
(2)射频前端射频前端采用数字频率合成技术设计,由硬件通用平台和多个射频发射模块组成。根据发射信号的频带,其工作频带非常宽[5]。
(3)模数和数模转换器对高速模数和数模转换软件无线电的要求反映在采样率和位数上。根据采样定理,采样率由信号带宽决定,采样位数必须满足系统的动态范围条件和数字信号处理[3]的精度要求。

1.3国内外渠化技术研究现状...................13-17
1.3.1单通道信道化技术...................13-14
1.3.2多通道信道化技术...................14-16 [/BR/] 1.3.3研究结果...................16-17 [/BR/] 1.4硬件平台的选择...................17-19
1.5硬件描述语言...................19
1.6本文的研究工作和内容安排如下...................19-21
第二章渠化基础理论...................21-33
2.1导言...................21
2.2信号采样的基本理论...................21-24
2.2.1奈奎斯特采样定理...................22-23
2.2.2带通采样定理...................23-24[/比尔/] 2.3多速率信号处理基金会...................24-28[/溴/] 2.3.1整数倍提取...................25-26
2.3.2多相过滤器结构...................26-28[/比尔/] 2.4多通道信道化理论...................28-32 [/BR/] 2.5本章概述...................32-33
第三章渠化技术...................33-55
3.1导言...................33
3.2渠化...................33-36
基于CEM滤波器组3.3信道化...................36-42 [/BR/] 3.3.1非均匀过滤器组设计...................37-39
3.3.2非均匀渠化的优化结构...................39-42 [/BR/] 3.4完整重构滤波器组的设计...................42-49
3.4.1调制滤波器组...................42-45 [/BR/] 3.4.2原型过滤器设计方法...................45-49[/比尔/] 3.5模拟...................49-54
3.6本章概述...................54-55
第4章数字信道化技术的现场可编程门阵列实现...................55-76
4.1系统硬件框图和开发平台介绍...................55-57
4.1.1系统硬件框图...................55 [/BR/] 4.1.2开发平台简介...................55-57 [/BR/] 4.2系统硬件框图功能介绍...................57-66[/ Br/] 4.2.1数据预处理模块...................57-59
4.2.2现场可编程门阵列实现……59-66
4.3模拟结果和结论...................66-74 [/BR/] 4.3.1软件模拟...................67-72 [/BR/] 4.3.2硬件模拟...................72-74
4.4本章概述...................74-76

本文研究了软件无线电数字信道化技术,给出了统一和非统一的信道化设计方案。基于CEM滤波器组的信道化技术是一种较好的设计方案,可以实现全概率截获,合理设计阻带衰减高的可重构原型滤波器。本文主要研究和设计多相滤波数字信道化技术的理论和FPGA硬件实现。我的工作如下:
(1)分析了软件无线电、均匀信道化和非均匀信道化的基本理论。
(2)研究了CEM调制滤波器,优化了滤波器组的低通实现结构,导出了基于CEM滤波器组多相滤波结构的非均匀信道化(
(3)简要介绍了Stratix系列现场可编程门阵列芯片,用现场可编程门阵列硬件实现了多通道均匀信道化,并通过仿真验证了程序的正确性。
(4)信道化系统中的抽取模块、复数乘法模块、多相滤波器组模块和快速傅立叶变换模块采用VHDL语言编写。
由于时间限制和个人水平,非均匀信道化中的能量检测和信道合并仍然存在一些未解决的问题和困难的设计,具体如下:
(1)可变子信道数功能。难点在于系统提取系数、原型滤波器阶数和信道划分参数可以根据检测到的信号进行控制和变化。
(2)能量检测算法的优化设计。难点在于实现微弱信号的能量检测和消除噪声干扰。
(3)在相同硬件消耗的情况下,设计更大的瞬时接收带宽。这就要求设计人员对VHDL语言和现场可编程门阵列芯片结构有透彻的理解,适当地优化程序代码,并设计更好的信道化结构。
(4)抽取系数必须等于子信道的数量。难点在于解决信道带宽与子信道输出速率之间的约束条件,从而简化硬件设计。
我们期待着未来对上述问题的进一步研究和设计,完成高性能非均匀信道化硬件的设计,从而设计出高性能的数字信道化接收机。