基于FPGA的多信号检测研究与实现

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数字信号处理相对于模拟信号处理的优越性主要表现在精度高、灵活性强、可靠性好、易于大规模集成及存储等,所以正受到工程界越来越多的关注。电子系统数字化的最大障碍是宽带高速A/D变换器的高速数据流与通用DSP处理能力的不匹配,必须提高接收机的信号处理能力。VLSI技术的快速发展,以及FPGA的广泛应用,为提高接收机的处理能力,解决高速AD与DSP处理能力之间的矛盾提供了一种有效的解决方法。本文利用FPGA技术,设计了具备多信号处理能力的宽带数字接收机实验平台,并在其上提出了数字接收机实现的可行性方法,以及对这些方法的验证。本文的就以下几个方面开展了研究工作:基于FPGA的多信号检测法:比较了短数据条件下各种测频算法的性能,在此基础上提出了一种基于DFT的快速频率检测算法,通过MATLAB仿真,得出测频精度与所需数据点数之间的最佳关系。该算法可同时检测2个信号,能在4dB条件下工作,相比与传统的短数据频率检测算法,提高了数字接收机的抗噪声能力,缩短了接收机的调谐时间。接收机并行结构算法的工程实现:解决了前端采样的高速数据流远远超过后端DSP处理能力的问题。利用多相滤波下变频的并行结构特点,采用高效的广义滤波器将滤波和混频在一步内完成,使滤波器能够以高效的形式实现,节约了硬件资源,减小了累积误差。经过多相滤波下变频处理后的数据,在速率和数量上都有大幅减少,适应了现有通用DSP器件的处理能力的要求。针对短数据快速测频算法与多相滤波下变频的特点,用FPGA搭建了其实验模型,并利用微机PCI接口,对实验目标板进行控制并与其进行数据交换。可以方便灵活对各种实现方法加以验证、比较,给调试带来了方便,可以每个模块单独调试而不用改变硬件结构,使调试效率大大提高。该平台也可用来对其他数字处理算法进行实现性分析与实验。短数据快速测频算法的具体实现:使用并行流水线的设计方法,提高了系统的数据吞吐率,在100MHz的系统时钟下,能够实时处理400MHz~600MHz速率A/D采样的数据,在64点采样,100MHz系统时钟情况下,初次测频占用时间640ns,以后每次测频占用时间缩短到160ns,实时地提供多相滤波下变频所需的载频位置信息,缩短了接收机的调谐时间。
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