基于AD9361的数据采集与回放系统

70 MHz至6 GHz频段信号广泛应用于航空、卫星等通信场景。对于上述信号的产生、直接采集与回放验证具有重要的意义,比如复杂电磁环境下射频信号的接收回放、发射射频信号模拟信道环境以及测试通信系统功能。考虑到通用性与灵活性,设计了一种基于FPGA+AD9361的数据采集回放系统。通过MicroBlaze配置AD9361,便于切换射频信号参数。通过上位机产生信号源,经PCIe总线下发到DA端,可作为矢量信号源。采集数据通过PCIe总线上传至上位机存储,再由PCIe下发到AD9361的发射端回放,实现信号的采集存储回放功能。以单音信号及QPSK信号为例,通过对其闭环测试与分析频谱,验证了射频信号的采集存储回放以及发送射频信号源数据功能。

宽带信号采集回放和识别系统设计

射频信号在雷达、通信、电子对抗、复杂系统测试等领域中有着广泛的应用。对射频信号进行采集,可获取信号的参数特征,而存储回放又可以模拟复杂电磁环境,完成后续的通信算法研究。为了满足各种应用需求,设计了一种通用化的宽带信号采集回放和识别系统。采用3U PXIe机箱搭载FPGA+ADC/DAC、存储控制板等板卡的系统结构,实现了对频率1 MHz~18 GHz,最大带宽400 MHz射频信号的采集存储回放。最后,对系统进行了整体功能性测试,并对数据的采集回放误差精度进行了分析,验证了系统的稳定性和功能的正确性。

基于FPGA的多信源可变速率通信系统

目前多数数字通信系统无法同时兼容多信源、多调制体制和可变速率,通用性不高且不易于扩展,对此设计了基于FPGA的数字通信系统,系统发送体制可选BPSK、QPSK体制,传输码速率10 Kbit/s~20 Mbit/s可选,支持文件、图像、音视频等多种信源。利用AD9747和AD9643对音视频信号进行发射和接收,在FPGA上完成信道编码译码、调制解调和带通滤波等工作。经测试,系统视频传输延时小于0.5 s,加噪7.5 dB情况下视频传输正常,误码率低,解调损耗小于0.8 dB,性能稳定可靠,可用于视频监控、广播、光学传输等领域。

信道化接收机的结构优化和实现

为了减少信道化接收机的资源消耗,对低通滤波器组实现信道化接收机的结构进行了研究。在前人将HB滤波器和FIR滤波器设计为多通道并采用时分复用方法的基础上,将NCO和CIC滤波器也做了同样处理,并在FPGA上分别实现了优化前后的两种结构,通过硬件资源消耗情况的对比,验证了此方法的有效性。在输入数据为单一频率正弦波的情况下,将信道化的结果导入Matlab进行分析,验证了此方法的正确性。

通信系统中的低功耗设计

低功耗设计是能量有限的通信系统的普遍要求,随着集成电路和便携系统的发展更倍受重视。本文从应用范围的角度,分五个方面进行论述,并介绍了设计低功耗通信系统的基本方法。

一种新颖的横向滤波器的优化结构

在各种传输系统中，横向滤波器的结构被广泛采用。本文在传统优化结构的基础上，提出了一种新的优化方法。文中详细介绍了优化结构及其在均衡器中的推广应用，通过比较说明了该结构的优化效率，并指出了这一结构的应用前景。

基于PCIe接口的高速数据采集系统

为了提高数据采集系统采样率和数据传输速率以及通用性,设计了一种基于PCIe接口的光传输高速数据采集系统。FPGA控制不同AD子板进行高速数据采集后,数据通过光传输Aurora协议实现光口和SSD进行大量数据传输和缓存。最后通过PCIe接口将数据上传至上位机。该系统能够稳定、长时间采集数据,能够实现最大传输速率为2 GB/s、最大数据存储量为60 GB的数据传输与存储功能。

一种基于AD9467的数据采集系统

为了提高数据采集的速度与工作效率,在考虑到灵活性和通用性的情况下,设计了一种基于ADC+FPGA解决方案的数据采集系统。该系统利用Kintex-7系列芯片作为核心芯片,控制高速模数转换器AD9467,采集的数据通过PCIe总线传输至上位机。文中对数据采集系统的方案设计进行了阐述,对数据采集系统进行了测试,并与芯片手册进行比对,结果显示该系统可以达到数据采集系统的设计要求。

中频宽带信号采集存储回放系统设计

目前中频宽带信号在通讯及雷达领域中的应用十分广泛,为了将无法实时处理的信号后续再处理以及将采集到的信号在其他地点重现,设计了一种中频宽带信号采集存储回放系统。基于FPGA(field-programmable gate array)+ADC(analog-to-digital converter)/DAC(digital-to-analog converter)的系统结构,将中频宽带信号采集后通过PCIE(peripheral component interconnect express)传输到上位机进行存储,再通过PCIE下发到DAC进行回放,从而完成信号的采集存储回放,具有很高的普适性与便携性。实现了在1 G采样率下,对400 M带宽的中频信号进行采集存储回放,充分满足了高速宽带信号采集设备中采集存储回放系统的要求。

一种宽带频谱分析结构优化与FPGA实现

为实现高实时性的1.7~2.7 GHz频段宽带频谱分析,在传统的信道化接收机中频谱分析的结构基础上,对抽取滤波器的多相滤波结构进行了推导,并在Simulink平台上对算法进行了设计与仿真.为平衡硬件设计中的资源消耗,对多相滤波的结构和多路并行载波的生成结构进行了优化,最终在基于Kintex-7系列FPGA硬件平台上实现了2.621 44 GSPS采样速率的信道化接收与宽带频谱分析,实测结果与仿真进行了对比,证明了该方案的可行性,满足高实时性场景下宽带频谱分析的需求.

一种Viterbi译码的改进算法

Viterbi译码是一种应用广泛的最大似然估计算法。本文利用相邻几组判决数据之间的相互关系,对这几组数据进行联合判决估计,从而提高了译码性能。从仿真结果来看,当译码深度不大时,译码性能得到明显的改善。因此该算法可以在保证同等性能前提下,减小硬件规模,降低功耗。

电力无线专网规划精准实测设备的FPGA设计与实现

智能电网的快速发展使电力系统的架构越来越复杂,亟需开展电力无线专网规划实测设备研究与应用。为解决这个问题,设计了由现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和AD9364组成的射频接收和频谱分析硬件系统。从FPGA实现角度详细说明了该系统各部分的功能实现。该射频接收机使用AD9364射频捷变收发器实现了分时长期演进(TD-LTE)230 MHz信号的接收,简化了射频接收机的硬件系统结构。为提高整体的频谱分析能力和速度,FPGA实现对接收信号的子信道划分并对子信道进行硬件快速傅里叶变换(FFT)操作。结果表明该接收机工作正常,能正常接收TD-LTE 230 MHz信号,频谱分析能力出色,该硬件系统可以用于电力无线专网规划的硬件部分使用。

基于FPGA的光纤振动定位系统的设计与实现

针对防区周界被入侵时无法实时定位报警的问题,设计并实现了一种可实时定位的分布式光纤振动定位系统。以马赫-曾德尔光纤干涉技术为基础搭建光路,采用以FPGA结合高速ADC的硬件平台,对光路传来的两路信号进行转换、采集,并以互相关为主要算法处理采集信号得到振动位置。在一段160 m的光路上进行试验,系统能在振动发生后500 ms内给出振动位置。设置采样率为10 MHz,经过多次定位测试得出系统实际的定位误差为±10 m。且定位不需要上位机,提高了装置便携性,降低了成本。

基于LabVIEW的应答机测试系统

为了满足航天测控系统中对于应答机各参数的测试需求,监测飞行器的运行状态,设计了基于虚拟仪器平台LabVIEW的应答机测试系统。由采集板产生2路中频信号,经由射频模块上变频之后发送给应答机,应答机响应后输出下行信号,经由射频模块下变频传给采集板,采集板对信号进行处理、分析后通过USB2.0传给上位机进一步处理,最终得到测试结果。系统具有频谱分析、功能测试、数据存储与显示等功能。实验表明,设计的测试系统能够准确地测量应答机的各项参数,上位机具有多项方便使用的实用功能。

基于FPGA的电力无线专网频谱感知系统

针对230 MHz频段的频谱感知实现,文中设计了基于AD9364及FPGA的硬件系统。为了实现较高的频谱分辨率,采用数字信道化的方法,增加FFT计算的点数,最终的频谱分辨率为100 Hz。系统中的频谱感知采取能量检测的方法,该方法有效且易于实现,当信噪比大于3 dBm时,可以判断该频谱被占用。数字信道化及FFT均在FPGA中实现,频谱拼接和能量检测则在MATLAB中实现。通过多次的仿真测试证明了该系统的有效性。

基于递推最小二乘算法的光纤振动定位系统

为了解决光纤振动定位算法中互相关稳定性差、最小均方收敛速度慢的问题,采用递推最小二乘算法、滑动平均原理、早迟门原理,设计了一套稳定且响应迅速的光纤振动定位系统。光路部分基于双马赫-曾德尔干涉结构,硬件平台以高速采集板结合现场可编程门阵列实现定位。在一段160m的光路上进行重复敲击实验,对取得的振动数据分多段分别计算定位结果,去除最大值、最小值后剩余定位结果取平均值以提高定位精度。结果表明,相对于互相关,递推最小二乘随着迭代次数增加,单次定位结果稳定不会发生偏移,且其定位收敛速度是最小均方的3倍左右;在采样率为10MHz时,系统实际响应时间约0.3s,定位误差范围在±6m,且定位稳定可靠。该研究对于光纤定位系统中定位算法的改进、定位精度的提高是有积极意义的。

基于近场声波定位的灾后搜救系统设计

针对自然灾害后受灾现场被困人员救援迅速、准确的需求,设计了一种基于声波定位的灾后搜救系统。对被困人员发出的声音求救信号进行分析,利用同源离散信号的互相关特性获取声波信号到达声音传感器阵列的时间差,结合三维空间中四点定位的方法,根据几何运算获取声源位置,快速准确地对声源进行定位。此设计为灾后被困人员的快速搜救提供了一种新的途径,具有重要的现实意义。

联合判决估计在软判决Viterbi译码中的应用

该文利用相邻判决数据间的相互关系,提出了一种Viterbi截尾译码的改进算法,并将其应用到Turbo码的SOVA译码中.仿真表明,可以很好地降低复杂性和功耗.对Viterbi译码,可使留选存储的规模和功耗减少约20％,回溯单元的规模和功耗减少约30％.对Turbo码的SOVA译码,可使可靠值存储和输出单元的规模和功耗降低约15％,或迭代次数减少一半.

一种高速捷变并行调制矢量信号源的FPGA实现

在信号调制过程中,为了缩短载波生成的捷变时间,分析了影响捷变时间的因素.提出了单频信号的并行合成结构,解决了载波频率受现场可编程逻辑门阵列（FPGA）时钟限制的问题.为了解决调制过程中采样频率受时钟约束的问题,给出了矢量信号的正交并行调制结构.通过在FPGA上编写Verilog代码实现了时钟频率为160MHz、采样率为1.92Gsample/s的并行矢量信号调制,载波频率为200-300MHz可变,捷变时间小于35ns.结果表明,并行载波生成和并行调制的方法在克服系统时钟约束方面有较强的实用性.

联合判决估计的Viterbi译码算法

利用相邻几组判决数据之间的相互关系,对这几组数据进行联合判决估计,从而提高了Viterbi译码性能。从理论分析和仿真结果来看,当译码深度t=2m左右时,译码性能相当于深度2t传统算法的性能。此外,仿真表明参考状态的位置对性能影响不大。因此该算法在保证同等性能前提下,对留选路径存储的规模和功耗减少约20%,对回溯单元减少达30%。