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第1章 同步技术的概念及FPGA基础 1

1.1数字通信中的同步技术 2

1.2同步技术的实现方法 4

1.2.1两种不同的实现原理 4

1.2.2常用的工程实现途径 5

1.3 FPGA概念及其在信号处理中的应用 6

1.3.1基本概念及发展历程 6

1.3.2 FPGA的结构和工作原理 8

1.3.3 FPGA在数字信号处理中的应用 14

1.4 Xilinx器件简介 15

1.4.1 Xilinx器件概况 15

1.4.2 Spartan系列器件 17

1.4.3 Virtex系列器件 18

1.5设计语言及环境简介 19

1.5.1 VHDL语言 19

1.5.2 ISE环境及综合仿真工具 22

1.5.3 FPGA设计流程 28

1.5.4 MATLAB软件 31

1.5.5 MATLAB与ISE的数据交互 34

1.6小结 35

第2章FPGA实现数字信号处理基础 37

2.1 FPGA中数的表示 38

2.1.1莱布尼兹与二进制 38

2.1.2定点数表示 39

2.1.3浮点数表示 40

2.2 FPGA中数的运算 43

2.2.1加/减法运算 43

2.2.2乘法运算 46

2.2.3除法运算 48

2.2.4有效数据位的计算 49

2.3有限字长效应 51

2.3.1字长效应的产生因素 51

2.3.2 A/D变换的字长效应 52

2.3.3系统运算中的字长效应 53

2.4 FPGA中的常用处理模块 55

2.4.1乘法器模块 55

2.4.2除法器模块 60

2.4.3浮点运算模块 62

2.4.4滤波器模块 64

2.4.5数字频率器模块 67

2.5小结 68

第3章 锁相技术原理及应用 71

3.1锁相环的工作原理 72

3.1.1锁相环路的模型 72

3.1.2锁定与跟踪的概念 73

3.1.3环路的基本性能要求 74

3.2锁相环的组成 75

3.2.1鉴相器 75

3.2.2环路滤波器 76

3.2.3压控振荡器 77

3.3锁相环路的动态方程 77

3.3.1非线性相位模型 77

3.3.2线性相位模型 79

3.3.3环路的传递函数 80

3.4锁相环路的性能分析 82

3.4.1暂态信号响应 82

3.4.2环路的频率响应 84

3.4.3环路的稳定性 86

3.4.4非线性跟踪性能 87

3.4.5环路的捕获性能 89

3.4.6环路的噪声性能 90

3.5锁相环路的应用 92

3.5.1环路的两种跟踪状态 92

3.5.2调频解调器 93

3.5.3调相解调器 94

3.5.4调幅信号的相干解调 94

3.5.5锁相调频器 95

3.5.6锁相调相器 95

3.6小结 96

第4章 载波同步的FPGA实现 97

4.1载波同步的原理 98

4.1.1载波同步的概念及实现方法 98

4.1.2锁相环的工作方式 99

4.2锁相环路的数字化模型 100

4.2.1数字鉴相器 100

4.2.2数字环路滤波器 101

4.2.3数字控制振荡器 102

4.2.4数字环路的动态方程 103

4.3输入信号建模与仿真 104

4.3.1工程实例需求 104

4.3.2输入信号模型 105

4.3.3输入信号的MATLAB仿真 107

4.4载波同步环的参数设计 109

4.4.1总体性能参数设计 110

4.4.2数字鉴相器设计 111

4.4.3环路滤波器及数控振荡器设计 114

4.5载波同步环的FPGA实现 116

4.5.1顶层模块的VHDL实现 116

4.5.2 IIR低通滤波器的VHDL实现 119

4.5.3环路滤波器的VHDL实现 123

4.5.4同步环路的FPGA实现 125

4.6载波同步环的仿真测试 126

4.6.1测试激励的VHDL设计 126

4.6.2单载波输入信号的仿真测试 129

4.6.3调幅波输入信号的仿真测试 133

4.6.4关于载波环路参数的讨论 136

4.7小结 138

第5章 抑制载波同步的FPGA实现 139

5.1抑制载波同步的原理 140

5.1.1平方环工作原理 140

5.1.2同相正交环工作原理 141

5.1.3判决反馈环工作原理 142

5.2输入信号建模与仿真 144

5.2.1工程实例需求 144

5.2.2 DPSK调制原理及信号特征 144

5.2.3 DPSK信号传输模型及仿真 145

5.3平方环的FPGA实现 147

5.3.1改进的平方环原理 147

5.3.2环路性能参数设计 148

5.3.3带通滤波器设计 149

5.3.4顶层模块的VHDL实现 151

5.3.5带通滤波器的VHDL实现 155

5.3.6其他模块的VHDL实现 159

5.3.7 FPGA实现后的仿真测试 160

5.4同相正交环的FPGA实现 162

5.4.1环路性能参数设计 162

5.4.2低通滤波器VHDL实现 163

5.4.3其他模块的VHDL实现 165

5.4.4顶层模块的VHDL实现 165

5.4.5 FPGA实现后的仿真测试 168

5.4.6同相支路的判决及码型变换 169

5.5判决反馈环的FPGA实现 171

5.5.1环路性能参数设计 171

5.5.2顶层模块的VHDL实现 172

5.5.3积分判决模块的VHDL实现 176

5.5.4 FPGA实现后的仿真测试 178

5.6小结 179

第6章 自动频率控制的FPGA实现 181

6.1自动频率控制的概念 182

6.2最大似然频偏估计的FPGA实现 183

6.2.1最大似然频偏估计的原理 183

6.2.2最大似然频偏估计的MATLAB仿真 185

6.2.3频偏估计的FPGA实现方法 187

6.2.4 CORDIC核的使用 189

6.2.5顶层文件的VHDL实现 192

6.2.6频偏估计模块的VHDL实现 195

6.2.7 FPGA实现及仿真测试 198

6.3基于FFT载频估计的FPGA实现 200

6.3.1离散傅里叶变换 200

6.3.2 FFT算法原理及MATLAB仿真 202

6.3.3 FFT核的使用 204

6.3.4输入信号建模与MATLAB仿真 207

6.3.5基于FFT载频估计的VHDL实现 208

6.3.6 FPGA实现及仿真测试 211

6.4 FSK信号调制解调原理 212

6.4.1数字频率调制 213

6.4.2 FSK信号的MATLAB仿真 214

6.4.3 FSK相干解调原理 217

6.4.4 AFC环解调FSK信号的原理 218

6.5 AFC环的FPGA实现 220

6.5.1环路参数设计 220

6.5.2顶层模块的VHDL实现 222

6.5.3鉴频器模块的VHDL实现 225

6.5.4 FPGA实现及仿真测试 226

6.6小结 227

第7章 位同步技术的FPGA实现 229

7.1位同步的概念及实现方法 230

7.1.1位同步的概念 230

7.1.2滤波法提取位同步 231

7.1.3数字锁相环位同步法 232

7.2微分型位同步的FPGA实现 234

7.2.1微分型位同步的原理 234

7.2.2顶层模块的VHDL实现 235

7.2.3双相时钟信号的VHDL实现 238

7.2.4微分鉴相模块的VHDL实现 240

7.2.5单稳触发器的VHDL实现 241

7.2.6控制及分频模块的VHDL实现 243

7.2.7位同步形成及移相模块的VHDL实现 244

7.2.8 FPGA实现及仿真测试 246

7.3积分型位同步的FPGA实现 248

7.3.1积分型位同步的原理 248

7.3.2顶层模块的VHDL实现 250

7.3.3积分模块的VHDL实现 254

7.3.4鉴相模块的VHDL实现 255

7.3.5 FPGA实现及仿真测试 256

7.4改进位同步技术的FPGA实现 258

7.4.1正交支路积分输出门限判决法 258

7.4.2数字式滤波器法的工作原理 260

7.4.3随机徘徊滤波器的VHDL实现 260

7.4.4随机徘徊滤波器的仿真测试 262

7.4.5改进的数字滤波器工作原理 263

7.4.6改进滤波器的VHDL实现 264

7.5小结 266

第8章 帧同步技术的FPGA实现 267

8.1异步传输与同步传输的概念 268

8.1.1异步传输的概念 268

8.1.2同步传输的概念 269

8.1.3异步传输与同步传输的区别 269

8.2起止式同步的FPGA实现 270

8.2.1 RS-232串口通信协议 270

8.2.2顶层模块的VHDL实现 272

8.2.3时钟模块的VHDL实现 274

8.2.4数据接收模块的VHDL实现 276

8.2.5数据发送模块的VHDL实现 278

8.2.6 FPGA实现及仿真测试 280

8.3帧同步码组及其检测原理 283

8.3.1帧同步码组的选择 283

8.3.2间隔式插入法的检测原理 284

8.3.3连贯式插入法的检测原理 285

8.3.4帧同步的几种状态 286

8.4连贯式插入法帧同步的FPGA实现 287

8.4.1实例要求及总体模块设计 287

8.4.2搜索模块的VHDL实现及仿真 290

8.4.3校核模块的VHDL实现及仿真 293

8.4.4同步模块的VHDL实现及仿真 298

8.4.5帧同步系统的FPGA实现及仿真 303

8.5小结 304

参考文献 305