本文關鍵詞：基于FPGA水聲通信調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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【摘要】：隨著人們對海洋的不斷探索,水聲通信技術越來越被重視。本論文所設計基于FPGA水聲通信調(diào)制解調(diào)系統(tǒng),是一套單向低速率水聲通信系統(tǒng),在實現(xiàn)水聲通信的基礎上,旨在驗證所設計的水聲通信系統(tǒng)硬件平臺和系統(tǒng)整體方案的可行性,并為系統(tǒng)后期系統(tǒng)的優(yōu)化和升級奠定基礎。該設計分別對系統(tǒng)的功率放大器、小信號放大器、FPGA數(shù)字處理系統(tǒng)等硬件部分進行設計與實現(xiàn);并同時通過一定的軟件算法對信號進行調(diào)制解調(diào),從而完成整個水聲通信系統(tǒng)的設計和驗證工作。本論文的主要工作之一是水聲通信系統(tǒng)硬件平臺的實現(xiàn),包括功率放大器,小信號放大器電路。功率放大器是水聲通信中發(fā)射機中最重要的部分,本文描述一種高效率的D類功率放大器設計與實現(xiàn)方法。選用了一片集成了三角波產(chǎn)生、信號比較器、MOSFET驅動電路以及保護功能的驅動芯片,橋接兩個專為D類功率放大器而優(yōu)化的MOSFET功率管,組成效率高、低失真的數(shù)字功率放大器,并且具有較小的尺寸,能大大減少功放電路的體積、重量及成本。接收端的小信號放大電路是通過運放芯片組成多級放大電路組成,并在放大電路的一級和最后一級加了帶通濾波器濾除噪聲干擾,來完成水聲小信號的放大工作。本論文的另一個主要工作是在硬件電路的基礎上完成FPGA的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)方案設計。調(diào)制方式采用了FSK調(diào)制,雖然傳輸速率較低,但是具有很好的抗干擾能力,而且便于實現(xiàn)和調(diào)試。解調(diào)部分采取了FFT解調(diào),調(diào)用了FPGA的已經(jīng)設計好的FFT IP核,可以準確快速的完成FFT工作。在信號接收端本設計采用自相關算法來實現(xiàn)信號的檢測,并完成信號的同步操作來克服碼間干擾。
【關鍵詞】：功率放大器 小信號放大 水聲置信 FFT FSK
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-13
• 1.1 課題的研究背景10
• 1.2 水聲通信國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容11-13
• 2 系統(tǒng)構建原理13-29
• 2.1 系統(tǒng)框圖13
• 2.2 信號的調(diào)制13-16
• 2.2.1 調(diào)制方式選擇13-14
• 2.2.2 FSK原理14-16
• 2.3 信號的解調(diào)16-23
• 2.3.1 解調(diào)方式的確立16-17
• 2.3.2 FFT實現(xiàn)原理17-18
• 2.3.3 FPGA內(nèi)部FFT處理器結構18-22
• 2.3.4 FFT點數(shù)的確定22-23
• 2.4 信號檢測23-26
• 2.4.1 信號檢測概述23
• 2.4.2 相關檢測法實現(xiàn)信號檢測23-26
• 2.5 多途效應26-27
• 2.5.1 聲傳播的多途效應26-27
• 2.5.2 克服碼間干擾方法27
• 2.6 系統(tǒng)理論可行性驗證27-29
• 2.7 本章小結29
• 3 系統(tǒng)硬件設計29-45
• 3.1 數(shù)字功率放大器設計29-35
• 3.1.1 D類功率放大器原理30
• 3.1.2 D類功率放大器設計30-35
• 3.1.3 數(shù)字功放電路設計圖35
• 3.2 小信號放大器設計35-40
• 3.2.1 小信號放大電路方案確立35-36
• 3.2.2 小信號放大電路設計36-40
• 3.2.2.1 前置放大器36-37
• 3.2.2.2 有源帶通濾波器37-39
• 3.2.2.3 中間級放大電路39-40
• 3.3 阻抗匹配設計40-45
• 3.3.1 變壓器的設計40-41
• 3.3.2 調(diào)諧匹配41-43
• 3.3.3 阻抗匹配的參數(shù)計算43-45
• 3.4 數(shù)字信號處理電路設計45
• 3.5 本章小結45
• 4 系統(tǒng)軟件算法FPGA實現(xiàn)45-62
• 4.1 發(fā)送端FPGA內(nèi)部實現(xiàn)45-51
• 4.1.1 FSK的FPGA實現(xiàn)46-49
• 4.1.1.1 正弦信號發(fā)生器設計46-47
• 4.1.1.2 DDS原理47-48
• 4.1.1.3 頻率控制字K的計算48-49
• 4.1.2 FSK信號調(diào)制FPGA設計49-51
• 4.2 接收端FPGA內(nèi)部實現(xiàn)51-62
• 4.2.1 FFT IP核的使用52-54
• 4.2.2 解調(diào)系統(tǒng)各模塊實現(xiàn)54-62
• 4.2.3 FPGA解調(diào)系統(tǒng)整體實現(xiàn)62
• 5 系統(tǒng)實驗測試62-71
• 5.1 數(shù)字功放測試62-65
• 5.2 FFT IP核測試65-67
• 5.3 信號檢測測試67-69
• 5.3.1 無噪聲時信號檢測測試67-68
• 5.3.2 含噪聲信號的檢測測試68-69
• 5.4 整體測試69-71
• 6 總結與展望71-72
• 參考文獻72-74
• 致謝74-75
• 個人簡歷75-76
• 發(fā)表的學術論文76

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