發(fā)布時間：2017-10-29 19:02

  本文關鍵詞：基于GNU Radio的復雜信號源的設計與實現

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【摘要】：軟件定義無線電(Software Defined Radio)本質上就是用軟件去處理數字化以后的射頻信號,這樣就將很多硬件問題轉化為軟件問題,具有很強的靈活性。傳統的無線電信號產生及處理,基本上由硬件設備完成,軟件定義無線電則將硬件完成的功能用軟件去實現,在確定的硬件平臺上,通過修改或增加軟件功能,即可修改或增加系統功能。這樣,既減少了硬件改造成本和硬件的復雜性,降低了系統開發(fā)難度,又增加了系統的靈活性�；谶@種思想,本文提出了一種基于GNU Radio的復雜信號源設計方案。隨著芯片技術的發(fā)展及移動互聯網時代的到來,ARM處理器特別是多核心的ARM處理器得到了大規(guī)模的應用,并有逐漸取代x86處理器的趨勢,本文創(chuàng)造性的采用基于ARM架構的樹莓派單板計算機為上位機處理平臺,并在其上運行GNU Radio開源軟件無線電開發(fā)套件作為各種復雜調制信號的基帶處理部分。樹莓派單板計算機與本文所設計的核心信號產生單元通過SPI接口和GPIO通信,傳輸原始的基帶IQ數據和控制命令。核心信號產生單元由FPGA加高速TxDAC組成,核心信號產生單元接收來自上位機的基帶IQ數據,并在FPGA中做內插處理,然后將高速率IQ兩路正交零頻信號調制到數字中頻并送入高速TxDAC,輸出各種調制信號。最后,將核心信號產生單元輸出的中頻信號送入模擬上變頻器,混頻至特定頻率再經放大,通過天線發(fā)射出去。文本首先介紹了復雜信號源在電磁環(huán)境模擬系統中的意義和作用。其次介紹了核心信號產生單元和印制電路板的設計。然后,介紹了核心信號產生單元數字上變頻部分算法的設計。最后,將設計好的核心信號產生單元連接到樹莓派單板計算機,并在其上利用GNU Radio開源軟件無線電開發(fā)工具集,對編寫的各種調制信號產生功能模塊進行聯合調試。本文所設計的復雜信號源可輸出多種調制信號,輸出頻率范圍為20MHz~3000MHz。本文最后對系統進行了測試,結果表明本文所設計的核心信號產生單元可以正常工作。
【關鍵詞】：軟件無線電 GNU Radio FPGA 高速DAC 單板計算機
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN92
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 課題的研究背景、內容和意義9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-11
• 1.3 本文主要貢獻和章節(jié)安排11-13
• 2 系統整體方案設計13-30
• 2.1 系統理論分析13-22
• 2.1.1 軟件無線電發(fā)射機體系結構13-18
• 2.1.2 數字上變頻技術原理介紹18-19
• 2.1.3 GNU Radio原理介紹19-22
• 2.2 系統需求分析22-25
• 2.2.1 靈活產生調制信號22-23
• 2.2.2 靈活設置系統參數23
• 2.2.3 系統參數指標23-24
• 2.2.4 輸出信號帶寬24-25
• 2.3 系統總體設計25-30
• 2.3.1 核心信號產生單元26-27
• 2.3.2 基帶信號處理單元27-28
• 2.3.3 射頻信號處理單元28-30
• 3 核心信號產生單元總體設計30-43
• 3.1 硬件設計30-35
• 3.1.1 硬件平臺概述30-33
• 3.1.2 核心信號產生單元總體設計33
• 3.1.3 電源部分設計33-34
• 3.1.4 FPGA系統設計34
• 3.1.5 高速TxDAC設計34-35
• 3.1.6 系統時鐘設計35
• 3.2 數字中頻部分設計35-41
• 3.2.1 FPGA實現數字中頻的優(yōu)勢35-36
• 3.2.2 數字正交上變頻實現方法36-37
• 3.2.3 數字正交上變頻主要算法設計37-39
• 3.2.4 數字正交上變頻總體設計39-41
• 3.3 高速TxDAC設計的信號完整性分析和電路板設計中的EMI問題41-42
• 3.4 本章小結42-43
• 4 系統軟件設計43-51
• 4.1 開發(fā)平臺選擇43-45
• 4.2 在樹莓派計算機上安裝GNU Radio45-47
• 4.3 為GNU Radio添加設備模塊47-50
• 4.4 本章小節(jié)50-51
• 5 系統測試與分析51-54
• 5.1 測試環(huán)境51
• 5.2 系統測試51-53
• 5.3 本章小結53-54
• 結論54-55
• 致謝55-56
• 參考 文獻56-58
• 附錄A 核心信號產生單元整機58-59
• 附錄B CIC濾波器部分代碼59-62
• 附錄C CORDIC算法部分代碼62-65
• 攻讀學位期間的研究成果65

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本文編號：1114232