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      基于FPGA的短波通信接收機及其具體實現方案詳解

      2018年10月30日 17:38 ? 次閱讀

      短波通信又稱高頻通信,是利用HF波段(3-30MHz)電磁波進行的無線電通信。短波通信主要靠天波傳播,可經電離層一次或數次反射,最遠可傳至上萬里,如按氣候、電離層的電子密度和高度的日變化以及通信距離等因素選擇合適頻率,就可用較小功率進行遠距離通信。短波通信設備較簡單,機動性大,因此也適應于應急通信和抗災通信。現代短波通信接收機正向著數字化、大通信帶寬方向發展。文獻[1-3]研究了短波通信的數字化實現方式,但其未對短波通信的大帶寬應用進行探討;文獻[4-6]研究了通信信道化算法,其對一定帶寬內的多信道高效算法進行了詳細的討論,并給出了具體實現的有效算法。本文將信道化算法應用于短波通信,研究采用信道化算法基于FPGA 的短波通信接收機及其具體實現方案,為未來短波通信發展的研究,進行初步的理論探索。

      1 短波數字通信接收機

      常規短波數字通信接收機由模擬前端、模數轉換器ADC)、數字下變頻(DDS)以及數字信號處理(DSP)等四部分組成,其結構如圖1 所示。短波數字通信接收機的模擬前端對輸入的3-30MHz 模擬信號進行濾波、放大等處理,然后將處理后的回波信號利用ADC 進行采樣,再將采樣后得到的數字信號送入DDS 進行數字下變頻,以得到可以利用DSP 進行處理的低速信號,最后將經過數字下變頻的數字信號送入DSP 等數字信號處理芯片進行數字信號處理,解調出通信語音等有用信息。

      基于FPGA的短波通信接收機及其具體實現方案詳解

      常規短波數字通信接收機的數字信號處理部分通常由DSP芯片來實現,由于DSP的處理能力有限,因此一般需要先進行數字下變頻,以降低數據率,從而滿足DSP的處理能力。然而這種結構存在硬件設計復雜,且通信帶寬較低等缺點。

      2 基于FPGA 的短波通信接收機

      2.1 短波通信接收機信道化數學模型

      信道化接收是指對整個帶寬信號進行信道劃分,以實現對任意信道信號的接收,短波通信信道化接收機將整個3-30MHz帶寬劃分為N個均勻的信道,如圖2所示。然后可以同時對任意一個信道中的信號進行接收,從而實現較大的通信帶寬。

      基于FPGA的短波通信接收機及其具體實現方案詳解

      由圖2可知,為了可以對任意一個信道中的信號進行接收,首先需要將任意一個信道中的信號或者同時將幾個信道中的信號解調到視頻,因此基于圖1中固定的一個DDS的硬件結構在信道化接收機中不再適用,同時解調多個信道的信號對后續的信號處理又提出了新的難題,因此急需提出一種新的短波通信接收機,以解決目前短波通信中存在的問題。

      2.2 基于FPGA 的短波通信接收機

      根據上節的分析,本節提出基于FPGA的信道化接收機模型,其結構如圖3所示。由于FPGA具有高度的靈活性以及高速的信號處理能力,其完全可以實現多路DDS以及后續的信號處理,且可以根據實際應用需求,可以通過提高芯片的規模來實現更復雜、更大帶寬的短波通信。

      基于FPGA的短波通信接收機及其具體實現方案詳解

      其中FPGA實現多路DDS下變頻以及后續的信號處理解調算法,利用FPGA 的靈活性和實時性實現短波通信的信道化算法,從而在理論上實現了真正的軟件無線電短波通信接收機。

      3 結論

      短波數字通信接收機隨著現代電子技術的進步而得到了極大的發展。本文提出的基于FPGA的短波通信接收機,利用信道化技術以及FPGA 的高實時性,實現了對帶寬內任意信道信號的解調。本文提出的基于FPGA的短波通信接收機從結構到算法上第一次完整實現了基于軟件無線電的短波通信接收機。

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      發表于 2018-10-16 12:39 ? 1036次閱讀
      萊迪思半導體公司任命Esam Elashmawi...

      怎樣才能更好的學好FPGA技術?

      我們的理念:現代工程師要從系統層面掌握一個電子產品的構成 - 學習FPGA一定要了解FPGA這個器件...

      發表于 2018-10-16 10:23 ? 103次閱讀
      怎樣才能更好的學好FPGA技術?

      重磅!芯片熱潮下的前瞻思考

      現階段,中國半導體仍然是一個追隨者校色,許多量大面廣的產品都是跨國企業壟斷的,比如英特爾的處理器,三...

      發表于 2018-10-16 09:29 ? 2886次閱讀
      重磅!芯片熱潮下的前瞻思考

      以FPGA芯片為載體設計一個多功能信號發生器

      信號發生器又稱為波形發生器, 是一種常用的信號源,廣泛應用于電子電路、通信、控制和教學實驗等領域。

      發表于 2018-10-14 09:17 ? 375次閱讀
      以FPGA芯片為載體設計一個多功能信號發生器

      探討FPGA在醫療電子設備開發中的應用

      智慧醫療整合個人生理狀態感測與結合物聯網,是眾多IoT應用中的重點項目,因為醫療IoT應用市場的特殊...

      發表于 2018-10-14 09:13 ? 402次閱讀
      探討FPGA在醫療電子設備開發中的應用

      采用FPGA與高性能DSP芯片的雷達信號處理系統...

      現代雷達特別是機載雷達數字信號處理機的特點是輸入數據多,工作模式復雜,信息處理量大。因此,在一個實時...

      發表于 2018-10-14 08:27 ? 130次閱讀
      采用FPGA與高性能DSP芯片的雷達信號處理系統...

      為什么說Intel是為了好基友微軟收購FPGA公...

      去年Intel宣布斥資167億美元收購了全球第一大FPGA公司Altera,而且這家公司還是Inte...

      發表于 2018-10-13 10:50 ? 187次閱讀
      為什么說Intel是為了好基友微軟收購FPGA公...

      市場被壟斷,中小FPGA公司要怎么做才能站穩腳跟...

      相對于通用MCU和專用SoC,FPGA除了具有靈活的可編程性這一大優勢之外,還有兩個繞不開的劣勢,那...

      發表于 2018-10-13 10:45 ? 97次閱讀
      市場被壟斷,中小FPGA公司要怎么做才能站穩腳跟...

      通過對CORDIC算法的工作原理進行分析

      在式(1)中,如果讓旋轉的角度φ滿足條件:tanφ=±2-i,則式(1)中的乘法操作就可以轉換為移位...

      發表于 2018-10-12 11:16 ? 349次閱讀
      通過對CORDIC算法的工作原理進行分析

      FPGA深入醫療電子設備開發應用

      智慧醫療整合個人生理狀態感測與結合物聯網,是眾多IoT應用中的重點項目,因為醫療IoT應用市場的特殊...

      發表于 2018-10-11 16:58 ? 165次閱讀
      FPGA深入醫療電子設備開發應用

      TMP411 ±1°C Programmable...

      TMP411設備是一個帶有內置本地溫度傳感器的遠程溫度傳感器監視器。遠程溫度傳感器,二極管連接的晶體管通常是低成本,NPN或PNP型晶體管或二極管,是微控制器,微處理器或FPGA的組成部分。 遠程精度為±1 °C適用于多個設備制造商,無需校準。雙線串行接口接受SMBus寫字節,讀字節,發送字節和接收字節命令,以設置報警閾值和讀取溫度數據。 TMP411器件中包含的功能包括:串聯電阻取消,可編程非理想因子,可編程分辨率,可編程閾值限制,用戶定義的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大溫度監視器,寬遠程溫度測量范圍(高達150°C),二極管故障檢測和溫度警報功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封裝。 特性 ±1°C遠程二極管傳感器 ±1°C本地溫度傳感器 可編程非理想因素 串聯電阻取消 警報功能 系統校準的偏移寄存器 與ADT7461和ADM1032兼容的引腳和寄存器 可編程分辨率:9至12位 可編程閾值限...

      發表于 2018-09-19 16:35 ? 8次閱讀
      TMP411 ±1°C Programmable...

      TMP468 具有引腳可編程的總線地址的高精度遠...

      TMP468器件是一款使用雙線制SMBus或I 2 C兼容接口的多區域高精度低功耗溫度傳感器。除了本地溫度外,還可以同時監控多達八個連接遠程二極管的溫度區域。聚合系統中的溫度測量可通過縮小保護頻帶提升性能,并且可以降低電路板復雜程度。典型用例為監測服務器和電信設備等復雜系統中不同處理器(如MCU,GPU和FPGA)的溫度。該器件將諸如串聯電阻抵消,可編程非理想性因子,可編程偏移和可編程溫度限值等高級特性完美結合,提供了一套精度和抗擾度更高且穩健耐用的溫度監控解決方案。 八個遠程通道(以及本地通道)均可獨立編程,設定兩個在測量位置的相應溫度超出對應值時觸發的閾值。此外,還可通過可編程遲滯設置避免閾值持續切換。 TMP468器件可提供高測量精度(0.75°C)和測量分辨率(0.0 625°C)。該器件還支持低電壓軌(1.7V至3.6V)和通用雙線制接口,采用高空間利用率的小型封裝(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在計算系統中輕松集成。遠程結支持-55°C至+ 150°C的溫度范圍。 特性 8通道遠程二極管溫度傳感器精度:±0.75&...

      發表于 2018-09-18 16:05 ? 4次閱讀
      TMP468 具有引腳可編程的總線地址的高精度遠...
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