基于FPGA的DMT系统通信平台设计研究

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离散多音频(DMT)调制技术具有较高的频谱利用率,在双绞线通信、电力线载波通信和可见光通信中,都有着广泛的应用。论文设计开发了一个基于FPGA的硬件通信平台。该硬件通信平台主要由精密数控输入放大模块、模数转换模块、基带数字信号处理与控制FPGA模块、数模转换模块、输出功放模块、母板嵌入式控制模块和电源模块等组成。硬件通信平台主要功能包括微弱信号放大与采集、基带数字信号处理、信道波形调制与线路输出驱动、板级智能调试监控。为了充分利用数字采集的数据位宽,论文设计了一种以1分贝的精度线性精密可调的-12dB~96dB的可编程增益放大电路。论文首先设计了放大电路整体硬件架构,包括电源模块设计,运算放大器模块设计,线性增益控制模块设计以及类倒T型电阻网络模块设计,所述线性增益控制模块对所述类倒T型电阻网络模块进行控制:然后针对类倒T型电阻网络的参数进行了初始化计算,得到了近似线性的增益控制参数;接着对类倒T型电阻网络进行线性拟合算法设计,选取其中最接近设计要求的参数点,构成了线性控制网络的映射表;接下来对类倒T型电阻网络的参数仿真优化,最后得到了增益按照1dB精度的线性精密数控输入放大模块。论文采用FPGA实现DMT数字信号处理。论文充分分析优化精密数控输入放大模块、模数转换模块、数模转换模块以及母板嵌入式控制模块的布局与调试接口需求,通过定义了一个标准接口,实现了一个可独立升级基带数字信号处理与控制FPGA模块。论文在第二章介绍了离散多音调制技术的基本原理,并针对DMT最关键的同步问题进行了同步算法的研究与分析,并介绍了基于FPGA设计开发的基本原理、基本流程。论文采用Verilog HDL硬件编程语言,ISE综合环境以及ModelSim仿真工具,研究开发了一套采用DMT技术的通信原型系统。系统设计包括发送端和接收端两部分。发送端对输入信号进行信号采样、QAM调制、IFFT处理、添加循环前缀;接收端需要对信号进行解调、FFT、去循环前缀。其中最主要的是同步的环节,本文采用了重复的训练符号序列来实现同步,发送数据前添加训练符号,在接收时对训练符号进行判断找到数据起始点。所有硬件电路设计是通过Cadence软件绘制硬件原理图,Allergo绘制PCB图,采用Pspice进行电路仿真。论文最后对开发出的系统进行了仿真验证。验证同步时,在接收端将系统发送端最后的输出信号进行采样,与本地已知的训练符号做互相关,通过判断互相关后累加幅值的峰值进行训练符号结束位置的判断。在连续判断10个峰值后,即可认为该位置为所有训练符号的结束位置。在验证数据恢复时,先对数据进行去循环前缀,然后进行FFT以及解调处理。仿真结果表明,输出的数据与发送端的输入数据一致,从而验证了该系统可以实现。论文开发的实验平台,可为进一步研究通信算法提供验证工具。
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