警用数字集群（PDT）通信系统总体技术要求
警用数字集群（PDT）通信系统总体技术要求9电气安全,2410电源适应性2411机械结构安全241.1结构..·.·2411.2表面温度.2412环境和电磁兼容要求·鲁专2512.1环境适应性2512.2电磁兼容性要求.13可靠性要求13.1信道设备可靠性55513.2控制和链路设备的可靠性.14运输和包装要求,,。非2图1网络基础设备示意图图2完全对等的系统互联网络架构。。。19图3 PDT-MPTI1327互联结构···.········,,,,.20图4安全机制示意图24表1PDT设备主要功能要求,。10表2信道设备总体性能指标表3基地台的发射机和接收机的射频指标.·非·静·着·非。章申·21表4手持台的发射机和接收机的射频指标。鲁表5车载台的发射机和接收机的射频指标1范围本技术要求规定了警用数字集群(PD)通信系统的技术特性、系统构成和功能要求作频段、网络管理、信道设备基本性能指标、交流供电系统、信息安仝和保密、环境和电磁兼容、可靠性等总体性要求。木技术要求适用」警用数字集群(PDT)通信系统的总体规划、网络设计、设备开发、生产、工程建设和验收2系统技术特性2.1基本技术体制2.1.1技术体制2.1.1.1信道划分米用频率和时间分割的方法划分信道。频率分割是在给定的350MHz到390Mz频段内按12.5kz信道间隔和10Ⅷz收发间隔划分载波信道。其他频段按照国家无线电管理部门的有关规定执行。时间分割时釆用时分复用/时分多址(TDMA)技术划分时隙信道。规定每载波时隙为两个,即物理信道为两个,再根据需要设置务和控制逻辑信道。2.1.1.2区域覆盖对于无线服务区的覆盖采用下列技术:大区制覆盖;频率复用;准同步发射;分时共享发射;直通模式⑩)/中转模式(RMO)/集群模式(TMO2.1.2射频调制方式射频调制方法采用四电平频移键控(4『SK)。2.1.3调制速率调制发送4800符号/秒,每个符号由两个比特信息组成。2.1.4语音编码语音编码速率应不低于2kbps,语音编码加上信道编码后的速率应为3.6kbpS2.2系统基本业务2.2.1用户终端业务用户终端业务是为用户终端之间提供完整通信能力的业务,系统应提供下列用户终端业务:语音和数据业务电话互联业务。2.2.2承载业务承载业务是在用户终端与网终接口之间提供信号传输能力的电信业务系统应提供下列承载业务:语音和电路数据传输业务短数据传输业务;分组数据传输业务2.3基本协议和信令基本协议和信令应符合警用数字集群(PDT)通信系统系列技术标准中所规定的有关协议和信令。2.4系统工作方式集群工作方式移动台在集群控制设备管理下的信道共享工作方式。2.4.2直通工作方式移动台之间直接互通的工作方式。2.4.3中转工作方式移动台通过中转台进行通信的工作方式2.4.4故障弱化工作方式基站和交换节点之间的链路或交换节点发生故障时,基站仍能以集群方式继续工作,支持本基站基本呼叫业务(单呼、组呼等)2.5呼叫建立时间同一交换局内组呼建立时间应不大」300ms。3系统构成和功能要求3.1系统构成3.1.1网络基础设备网络基础设备包括交换机、网关、网络管理设备、基站控制设备和基地台等,见图1。网关交换机网络管理设各基站基站基地台基地台基地台基地台图1网络基础设备示意图3.1.2用户终端设备用户终端设备包括移动台、有线台和调度台3.1.2.1移动台通过空屮接口和网络基础设备相连的普通用户终端设备,包括车载台、手持台等3.1.2.2有线台通过有线方式和网络基础设备相连的普通用户终端设备3.1.2.3调度台具有调度功能的用户终端设备,包括有线调度台和无线调度台。有线调度台通过有线方式和网络基础设备相连的调度台。无线调度台通过空中接口和网络基础设备相连的调度台3.2功能要求3.2.1功能定义3.2.1.1登记登记是移动台向集群系统发起入网请求及确认的过程,登记时必须要求进行鉴杈3.2.1.2去登记去登记是移动台向集群系统发出退出系统的通知过程。3.2.1.3漫游在由多个基站联网的系统中,移动台在归属基站以外的基站进行登记和继续使用系统提供的业务的功能3.2.1.4语音单呼语音单呼是移动台与其它用户终端之间建立的一种点对点的双冋语音呼叫,呼叫的参与方只有主叫和被叫两方。移动台之间的语音单呼分为 TOACSU和OACS两种。3.2.1.5语音组呼语音组呼是由·个移动台或者调度台发起的,多个移动台参与的点对多点的语音呼叫。3.2.1.6组呼迟入某个组呼建立后至结束之前,控制信道冑期广播该组呼的建立信息,以保证刚开机或刚从其他基站漫游到该基站或刚从其他通话组释放出来的移动台能参与这个尚未结束的组呼。3.2.1.7组呼并入个组呼建立后至结束之前,某移动台呼叫这个已经建立的通话组,系统将该移动台作为被叫并入到已经建立的组呼。3.2.1.8广播呼叫播呼叫是一种特殊的语音组呼,呼叫建立后在业务信道上只有主叫具备发射权限,被叫用户只有接收权限,可以有效防止被叫用户干扰主叫的发射过程。3.2.1.9紧急呼叫紧急呼叫是用户在紧急情况下发起的一种特殊呼叫,具有最髙优先级,当无信道资源时,系统会释放其他低级别呼叫的信道资源来给紧急呼叫使用。3.2.1.10优先呼叫优先呼叫是指系统繁忙时优先获取资源的呼叫,获取资源的方式可以是抢占低优先级呼叫的信道,也可以是在排队队列中插队3.2.1.11报警报警是在紧急情况下用户通过操作移动台设备上的特姝按钮,在系统控制信道上向预先设冒的目的(移动台或者调度台)发送预定义的状杰消息,通知其他移动台或者调度台,该用户正处于紧急危险的状态。3.2.1.12环境侦听环境侦听是调度台向移动台发起的一种特姝呼叫,用于监听移动台周边的环境声音。被叫移动台在系统指定的业务信道上自动打开发射机和MIC,将环境声音发送给调度台。在整个环境侦听过程中(侦听建立、侦听发射、侦听结朿),移动台的显示、扬声器、提示音、指小灯等人杋芥面状态应与空闲待机时完全相冋。环境侦听过程中,如果移动台用户进行呼岀操作(包括发短消息等),环境侦听都应自动结束,)返冋控制信道。调度台可以随时结宋·个由其建立的环境侦听呼叫3.2.1.13监听监听是指授权用户终端获取指定的移动台、通话组或者信道上的语音的过程。3.2.1.14插话插话是指调度台在监听或参与语音通话的过程中,强制中断正在进行的讲话,夺取话权进行讲话;3.2.1.15强拆强拆是指系统强制中断正在进行的呼叫并释放所占的相应资源的过程3.2.1.16越区切换越区切换是指移动台在语吝通话的过程中切换基站而不闩断止在进行的业务的过程3.2.1.17通话限时通话限时是系统控制用户进行语音呼叫时允许的最大持续时间的功能,包括单次按讲限时和单次呼叫总时长限时3.2.1.18讲话方身份识别讲话方身份识别是指在语音呼叫的过程中,语音接听方利用随路信令或者嵌入信令识别当前讲话方身份的功能3.2.1.19PTT授权PTˆ授权是为了避免语音碰撞而规定的讲话权申请、分配控制过稈,只有获得讲话权的移动台才能发射语音。3.2.1.20遥毙遥毙是系统利用空∏信令禁用移动台的过程,被遥毙的移动台将失去所有操作功能,只有利用授权的编稈设备才能将被遥毙的移动台激活3.2.1.21遥晕遥晕是利用空口信令禁用移动台的过程,授权的网管终端或调度台可将目标移动台遥晕。被遥晕的移动台不能发起或者接收仼何网络的服务(包括各类呼叫、短消息等业务),但应保留登记、去登记、鉴权、复活和数据上拉服务(如玊星定位信息上拉服务等),用来帮助寻找丢失移动台。被遥晕的移动台可以通过空凵复活。3.2.1.22复活复活是利用空∏信令解禁被遥晕移动台的过程,授杖网管终端或调度台可以进行复活操作,使移动台恢复到正常工作状态3.2.1.23动态重组动态重组是授权网管终端或调度台利用空口信令向目标移动台临时增加通话组(动态组)的过程,移动台新增加的动态组在收到删除该动态组的信令前一直有效。授权的网管终端或调度台也可以利用空口信令将日标移动台中的动态组删除。3.2.1.24呼叫限制呼叫限制是系统对移动台的呼叫权限的控制,通过设置,限制其呼叫功能。移动台只能进行权限范围内的呼叫,超过权限范围的呼叫将被系统拒绝。3.2.1.25状态消息状态消息是指移动台之间或者移动台与调度台之间,利用控制信道传递7比特消息编码的过程。状态消息可以是点到点的单呼,也可以是点对多点的组呼。3.2.1.26短消息短消息是移动台之间或移动台与调庋台之间,利用控制信道传递有限长度消息的过程短消息可以是点到点的单呼,也可以是点对多点的组呼。PDT系统中,单条短消息的长度为23个汉字。3.2.1.27卫星定位信息传输卫星定位信息传输是指移动台利用空∏信令上传该移动台卫星定位信息的过程。3.2.1.28网络管理网络管理是为了保证系统的正常运行而进行的一些参数配置、运行状态监控、用户档案管理等操作。网络管理至少应具备用户管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能集。3.2.1.29安全功能安全功能包括鉴权、端到端加密和空口加密3.2.1.30PDT系统之间的互联PDT系统之闫的互联是利用规定的互联协议完成PD交换控制中心之间的信息交互,实现系统间漫游及呼叫控制等功能。3.2.1.31有线电话呼叫有线电话呼叫是移动台利用空口及系统网关设备与PAB、PSTN等有线电话之问进行的呼3.2.1.32功率控制系统利用空口信令调整移动台的发射功牽,达到保障通信效果和降低移动台功耗日的。3.2.1.33包容呼叫包容呼叫是移动台在已经建立呼叫的业务信道上发起的,将其他目标移动台拉入当前业务信道通话的呼叫。3.2.1.34呼叫转移呼叫转移是指把来电转栘到预先设定的其他号码上的业务。呼叫转移叮由自身或第三方设置和取消,转移的条件分为无条件转移和有条件转移。3.2.1.35繁忙排队繁忙排队是当系统业务信道资源全忙时,系统将新发起的呼叫排入呼叫等待队列,待系统有空闲资源时对等待队列中的呼叫进行处理的过程。3.2.1.36分组数据分组数据是利用系统的业务信道,遵循分组数据传输协议实现多用户共享业务信道,进行数据传输的业务过程。3.2.1.37空口加密空∏加密是对移动台与基站之问空∏信令和语音、数据等业务信息的加密。3.2.1.38限定基站呼叫限定基站呼叫是指系统可以利用参数配置限定呼叫参与基站的范围,配置范围外的基站不参与该呼叫。3.2.2PDT设备主要功能要求PDT设备主要功能要求见表1。表1PDT设备主要功能要求编号功能网络基础设备移动台调度台1登记、去登记、鉴权、漫游单呼组呼4组呼迟入组呼并入6广播呼叫紧急呼叫789报警环境侦听监听、插话、强拆越区切换12通话限时13讲话方身份识别14PTT授权遥毙16遥晕、复活
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锁相环技术原理及FPGA实现
高清扫描版PDF，含章节书签。本书既有锁相环原理又有工程实现，值得一看。尤其是关注数字锁相环的同学，可以了解一下。内容简介本书全面阐述了典型锁相环技术的工作原理及FPGA设计方法,结合 System View仿真实例,详细分析了锁相环技术的基本概念。按照从理论到实践,再从实践到理论的思路,以 Altera公司的FPGA器件为开发平台,采用 MATLAB及 Verilog HDL语言为开发工具,详细阐述了锁相环技术的FPGA实现原理及仿真测试过程,逐步深入地讲解锁相环技术在工程应用中的技术细节。本书思路清晰、语言流畅、分析透彻,在简明阐述设计原理的基础上,追求对工程实践的指导性,力求使读者在较短的时间内掌握锁相环技术的FPGA设计知识和技能。本书的配套网络光盘收录了完整的 System View、 MATLAB及 Verilog HDL实例工程代码,有利于技术人员参考学习,读者可登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)免费注册后下载。本书适合从事数字通信和数字信号处理领域的设计工程师、科研人员,以及相关专业的研究生、高年级本科生使用未经许可,不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容版权所有,侵权必究。图书在版编目(C|P)数据锁相环技术原理及FPGA实现/杜勇编著.一北京:电子工业出版社,2016.6ISBN978-7-121-28738-1I.①锁…ⅡI.①杜…Ⅲ①锁相环一研究Ⅳ.①TN9118中国版本图书馆CIP数据核字(2016)第095248号责任编辑:田宏峰印刷:北京京师印务有限公司装订:北京京师印务有限公司出版发行:电子工业出版社北京市海淀区万寿路173信箱邮编10006开本:787×10921/16印张:18.25字数:465千字版次:2016年6月第1版印次:2016年6月第1次印刷印数:3000册定价:6800元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题,请向购买书店调换。若书店售缺,请与本社发行部联系,联系及邮购电话:(010)88254888,88258888质量投诉请发邮件至zs@Dphei.com.cn,盗版侵权举报请发邮件至dbq@phei.com.cn本书咨询联系方式:tianhf@phei.com.cn。前言为什么要写这本书1965年,英特尔联合创始人戈登·摩尔( Gordon moore)预测,计算机芯片的处理能力每两年就会翻一番。尽管已经过去50多年,摩尔定律仍然有效。半导体行业的发展速度,以及摩尔定律的精准性预测一度连摩尔本人都感到无比惊奇!2015年6月1日,英特尔宣布将以每股54美元的价格收购 Altera,以此计算,此交易总价将达到167亿美元,创造了英特尔并购历史上金额最大的纪录。一时间,传闻四起,业内专家和媒体开始讨论,FPGA计算机是否将成为可能?无论你是否愿意,只要从事的是与电子及信息处理相关的行业,FPGA的地位已显得越来越重要,它已成为电子行业的基本设计平台之一!无论多么高大上的技术,工程师要能够熟练应用到自己的工程项目中,都必须深入了解每一个技术实现细节。所谓“九层之台,起于垒土:合抱之木,生于毫末”。对于繁杂的技术实现方法,“各个击破”是有效学习应用的不二法门。自作者于4年前开始陆续出版数字通信技术的FPGA实现相关著作以来,通过邮件或博客的方式收到了广大读者的很多反馈意见。一些读者直接通过邮件告知书中的内容对工作中提供的直接或间接的帮助;一些读者提出了很多中肯的、有建设性的意见和建议;更多的读者通过邮件或博客交流书中的相关设计问题。归纳起来,不少读者的问题集中在数字锁相环技术的设计及实现方面。在前几本著作中,限于书中内容编排,对通信系统中最困难的锁相环技术阐述得还不够系统全面。目前市场上讲解锁相环技术的图书,主要集中在讲解锁相环的基本工作原理,或介绍一些专门的锁相环集成芯片,因此,将锁相环的工作原理与FPGA实现结合起来讨论,显得十分必要作者在写作本书的过程中,兼顾锁相环技术的理论,以及工程设计过程的完整性,重点突出FPGA设计方法、结构、实现细节,以及仿真测试方法。在讲解理论知识的时候,结合 System View、 MATLAB软件仿真实例,重点从工程应用的角度进行介绍,主要介绍工程设计时必须掌握和理解的知识点,便于读者尽快地找到理论与工程实现之间的结合点。在讲解实例的FPGA实现时,不仅对所有实例给出了完整的程序代码,并且从思路和结构上进行了详细的分析和说明。根据作者的理解,针对一些似是而非的概念,结合工程实例的仿真测试加以阐述,希望能对读者提供更多有用的参考。相信读者按照书中讲解的步骤完成一个个工程实例时,会逐步感觉到理论与工程实现之间完美结合的畅快。随着读者掌握的工程实现技能的提高,对锁相环理论知识的理解也必将越来越深刻,当重新阅读以前学过的原理时,头脑里就更容易构建起理论知识与工程实践之间的桥梁。前言Ⅲ本书的内容安排第1章首先介绍了FPGA的基本知识,以及 Altera公司的主要器件。本章在介绍了FPGA的发展历程、结构及工作原理等基本知识后,对本书所用到的设计语言及工具软件进行了简要介绍,主要包括 Verilog ldl语言、 Quartus、 MATLAB和 System View软件。所谓“工欲善其事,必先利其器”。之所以说是简要介绍,因为这些开发工具本身的功能十分强大,每一种工具都有种类繁多的专门著述进行阐述。随着工程师设计经验的积累,设计水平的提高,越能更全面地掌握设计工具的特点,从而更好地发挥设计工具的性能,以最小的代价设计出理想的产品。好比一把宝剑,只有握在高手的手中才能发挥出最大的威力。第2章介绍了FPGA数字信号处理基础知识。数字信号在FPGA等硬件系统中实现时,因受寄存器长度的限制,不可避免地会产生有效字长效应。设计工程师必须了解字长效应对数字系统可能带来的影响,并在实际设计中通过仿真来确定最终的量化位数、寄存器长度等内容。本章在详细分析了字长效应在FPGA设计中的影响后,对几种常用的运算模块P核进行介绍,讨论了各P核控制参数的设置方法。IP核在FPGA设计中的应用十分普遍,尤其是在数字滤波器等信号处理领域,采用设计工具提供的IP核进行设计,不仅可以提高设计效率,而且可以保证设计的性能第3章从锁相环的组成讲起,深入细致地探讨锁相环关注的信号特性,全面阐述VCO和乘法鉴相器的工作方式。随后借用最简单的反馈电路等基础知识,逐步揭开锁相环跟踪信号相位的神秘面纱。最后通过 System View软件工具,详细仿真分析了一阶锁相环的工作过程,全方位地了解锁相环的工作机理。第4章讨论了一阶锁相环的FPGA实现方法。根据作者的学习经验,这个阶段最期望的一定不是再去理解什么原理公式,学习什么方法思路。好比初次接触到羽毛球时,在网上看了一段中规中矩的教学视频,又刚好买回一支炫丽的球拍,走进球场,实在没有心情再听老师讲什么挥拍动作和击球技巧,只想痛痛快快地上球场打上几拍了。这一章,我们将完成一个完整的一阶锁相环电路的FPGA设计及仿真测试过程第5章又回到理论知识上来。学习的过程通常是学习(理论)一实践(工程)一学习理论)一实践(工程)的循环反复过程,每一次循环都会带来一次提高。前几章,我们主要从环路基本概念的角度,对环路进行了分析和仿真,从而初步建立起对锁相环路工作机理的认识。要深入硏究锁相环技术,必须建立环路的系统模型,而后采用数学方法对模型进行精确的分析。这一章我们从最基本的线性时不变系统知识开始,逐步建立起锁相环路的数学模型,为后续的分析打下坚实的基础。在建立模型的过程中,我们会发现,所有的知识,所有的公式其实都是在大学的一些基础课程中学习过的。第δ章深入讨论锁相环中最关键的组成电路——环路滤波器。我们从最简单的环路滤波器——RC低通滤波器开始,逐步理解环路滤波器对锁相环路性能的决定性作用,并引出本书所研究的重点——由有源积分滤波器组成的理想二阶环路。为了直观说明环路滤波器对锁相环路性能的影响,以及锁相环路参数的设计方法,我们再次采用 System View搭建了锁相环路模型,并通过翔实的仿真数据来说明一些看似深奥的理论知识。第7章开始讨论工程上应用最多的理想二阶环路的FPGA实现。前两章讲了一大堆枯燥的锁相环原理,本质是说理想二阶环具有相当优异的性能。我们在第4章已经对一阶锁Ⅳ锁相环技术原理及FPGA实现相环的FPGA实现进行了详细的讨论,有了前面章节的基础,就可以开始设计二阶环的FPGA电路了,并且要通过FPGA设计后的仿真来验证理论的正确性。二阶锁相环路相比一阶环路来讲,仅仅是多了一个环路滤波器。正是这个环路滤波器,尤其是理想环路滤波器,极大地改善了锁相环路的性能。当我们深刻理解了环路的工作原理,并动手设计出传说中的理想二阶锁相环电路时,会发现整个设计过程原来如此!第8章再次回过头来,静心硏究前面设计过程中还没有解决的一些问题。经过第7章的学习,我们己经可以完成一个完整的理想二阶锁相环路的设计。但在设计过程中,仍有一些参数的取值没有明确的依据,例如环路的固有振荡频率ωn该如何取值?环路的捕获带宽与捕获时间如何设计?当环路中存在噪声时(前面章节的设计都还没有涉及这个问题,但噪声又是电子系统中无法避免的),又该如何设计并计算环路的抗干扰性能呢?因此,在完成数字二阶环的FPGA初步设计之后,我们需要再回过头来更深入分析一下锁相环路性能,最终找到锁相环路参数的设计依据。第9章是一个完整的应用锁相环实现信号解调的工程应用实例。经过前面章节的讨论,我们对锁相环的理论知识、仿真、设计及FPGA实现都有了比较充分的认识。在无线通信技术中,在接收端,应用锁相环获取相干载波是最为广泛的应用之一。本章以锁相环解调PSK调制信号为例,应用前面章节讨论得出的结论,完整地给出锁相环的参数设计、仿真测试,以及FPGA实现过程关于FPGA开发环境的说明众所周知,目前两大商 Xilinx和 Altera的产品占据全球90%以上的FPGA市场。可以说,在一定程度上正是由于两家FPGA公司的相互竞争态势,有力地推动了FPGA技术的不断发展。虽然HDL的编译及综合环境可以采用第三方公司所开发的产品,如 Modelsim、Synplify等,但FPGA器件的物理实现必须采用各自公司开发的软件平台,无法通用。 Xilinx公司目前最新的开发工具为 Vivado Design Suite套件, Altera公司目前的主流开发平台是Quartus系列套件。与FPGA开发平台类似,HDL也存两种难以取舍的选择:VHDL和Verilog hdl。如何选择开发平台以及HDL语言呢?其实,对于有志于从事FPGA技术开发的技术人员,选择哪种平台及HDL语言并不重要,因为两种平台具有很多相似的地方,精通一种HDL语言后,再学习另一种HDL语言也不是一件困难的事。通常来讲,可以根据周围同事朋友、同学或公司的主要使用情况进行选择,这样在学习的过程中,可以很方便地找到能够给你指点迷津的专业人士,从而加快学习进度。本书采用的是Aera公司的FPGA器件作为开发平台,采用 QuartusⅡ2.1作为开发环境,采用 Verilog hDl语言作为实现手段。由于 Verilog hdl语言并不依赖于某家公司的FPGA产品,因此本书的 Verilog HDL程序文件可以很方便地移植到 Xilinx公司的FPGA产品上。如果程序中应用了P核资源,两家公司的P核通常是不能通用的,这就需要根据IP核的功能参数,在另外一个平台上重新生成IP核,或编写 Verilog HDl代码来实现。有人曾经说过,“技术只是一个工具,关键在于思想。”将这句话套用过来,对于本书来讲,具体的开发平台以及HDL语言只是实现数字通信技术的工具,关键在于设计的思路和方法。因此,读者完全不必要过于在意开发平台的差别,相信只要掌握本书所讲述的设前言计思路和方法,加上读者已经具备的FPGA开发经验,采用任何一种FPGA平台都可以很快地设计出满足用户需求的产品。如何使用本书木书在讨论锁相环的基木概念及工作原理时,主要用到了 System View5.0版本软件。关于 System View5.0软件的特点及使用方法在本书第1章进行了简要介绍。 System View软件使用起来非常简单,书中的实例也只用到了一些基本功能。如果读者以前没有使用过这款软件的话,建议先用几个小时了解一下其基本用法,这样就可以动手对本书提供的实例程序运行仿真。当然,由于 System View仅用来说明锁相环的工作原理,因此,读者也可以完全不去运行这些实例程序,只要理解书中提供的仿真结果即可。相信大部分工科院校的学生和电子通信的从业人员对 MATLAB软件都会有一个基本的了解。由于它的易用性及强大的功能,已经成为数学分析、信号仿真、数字处理必不可少的工具。由于 MATLAB具有大量专门针对数字信号处理的常用函数,如滤波器函数、傅里叶分析函数等,十分有利于对一些通信的概念及信号进行功能性仿真,因此,在具体讲解某个实例时,通常会采用 MATLAB作为仿真验证工具。虽然书中的 MATLAB程序相对比较简单,主要应用一些数字信号处理函数进行仿真验证,如果读者没有 MATLAB的知识基础,建议最好还是先简单学习一下 MATLAB的编程概念及基本语法。考虑到程序及函数的兼容性,书中所有 MATLAB程序的开发验证平台均为 MATLAB R2014a版软件。在讲解具体的FPGA工程应用实例时,通常会先采用 MATLAB对所需设计的工程进行仿真,一方面仿真算法过程及结果,另一方面生成FPGA仿真所需要的测试数据;然后在QuartusⅡ平台上编写 Verilog hDL程序对实例进行设计实现,为便于讲述,通常会先讨论程序的设计思路,或者先给出程序清单,再对程序代码进行分析说明;完成程序编写后,需要编写 Test Bench测试激励文件,根据所需产生输入信号的种类,可以直接在 TestBench文件中编写代码来产生输入信号,也可以通过读取外部文本文件的方式来产生输入信号;接下来就可以采用 Modelsim工具对 Verilog HDL程序进行仿真,查看 Modelsim仿真波形结果,并根据需要将仿真数据写入外部文本文件中,通常还会对仿真波形进行讨论,分析仿真结果是否满足要求;如果 Modelsim波形不便于精确分析测试结果,则需要再次编写MATLAB程序,对 Modelsim仿真结果数据进行分析处理,最终验证FPGA设计的正确性。本书主要以工程应用实例的方式讲解锁相环技术的原理及FPGA实现方法和步骤。书中所有实例均给出了完整的程序清单,限于篇幅,不同工程实例中的一些重复或相似的代码没有完全列出,随书配套的网络光盘上收录了本书所有实例的源程序及工程设计资源并按章节序号置于光盘根目录下。本书在编写工程实例时,程序文件均放置在“D: PllPrograms”的文件夹下,读者可以先在本地硬盘下建立“D: PllPrograms”文件夹,而后将配套网络光盘中的程序压缩包解压至该文件夹下,大部分程序均可直接运行。需要说明的是,在部分工程实例中,需要由 MATLAB产生FPGA测试所需的文本数据文件,或者由 MATLAB读取外部文件进行数据分析,同时FPGA仿真的 TestBench文件通常也需要从指定的路径下读取外部文件数据,或将仿真结果输出到指定的路径下。对于 Modelsim仿真来讲,作为测试输入的文本文件必须放置在当前FPGA工程目录下的“ simulationmodelsim”路径下。因此,读者在用 MATLAB生成测试数据后,需要将生成的文件复制到指定的路径Ⅵ|锁相环技术原理及FPGA实现下,以获取正确的仿真结果。致谢有人说,每个人都有他存在的使命,如果他的使命迷失了,也就失去了他存在的价值。不只是每个人,每件物品也都有其存在的使命。对于一本书来讲,其存在的使命就是被阅读,并给阅读者带来收获作者在写作本书的过程中查阅了大量的资料,在此对资料的作者及提供者表示衷心的感谢。由于写作本书的缘故,重新阅读一些经典的数字通信理论书籍时,再次深刻感受到前辈们严谨的治学态度和细致的写作作风。在此,感谢父母,多年来一直陪伴在我的身边,由于他们的默默支持,使得我能够在家里专心致志地写作;感谢我的妻子刘帝英女士,她不仅是一位尽心尽职的优秀母亲,也是一位严谨细致的科技工作者,同时也是本书的第一位读者,在工作之余对本书进行了详尽而细致的校对;四年前初次编写数字通信的FPGA设计与实现系列图书时,女儿才刚上小学,转眼她已经上五年级了,她最爱看书和画画,小脑袋里装着越来越多的她自己的想法。FPGA技术博大精深,本书虽尽量详细讨论了锁相环技术的原理及FPGA实现相关内容,仍感觉到难以详尽阐述所有技术细节。相信读者在实际工程应用中经过不断的实践、思考及总结,一定可以快速掌握其工程设计方法,提高应用FPGA进行工程设计的能力。由于作者水平有限,不足之处在所难免,敬请读者批评指正。欢迎大家就相关技术问题进行交流,或对本书提出改进意见及建议为便于读者交流,并及时发布相关资料及信息,本书特开设了交流博客,读者也可以通过邮件与作者进行技术交流。交流空间:http://duyongcn.blog163.com,作者邮箱:duyongcn@sina.cn。杜勇2016年4月前言目录Contents第1章设计环境及开发平台介绍1.1FPGA基础知识····+1.1.基本概念及发展历程……………·,··,,2241.1.2FPGA的结构和工作原理……1.1.3FPGA在数字信号处理中的应用“·““““““………121.2 Altera器件简介…1213 Verilog HDL语言简介………………………………………151.3.1HDL语言简介…………151.3.2 Verilog HDL语言特点161.3.3 Verilog HDL程序结构…卡““为“节“““”““牛……………………1714 QuartusⅡ开发套件…………1814. I Quartus I开发套件简介……………………………………………………1814.2 Quartus II软件的用户界面191.5 Modelsim仿真软件…221.6 MATLAB软件……………………………………………………·241.6.1 MATLAB软件介绍………2416.2 MATLAB工作界面………………………………………241.6.3 MATLAB的特点及优势……251.64 MATLAB与 Quartus的数据交互………2717 System View软件…2817.1 System View简介……281.7.2 System View工作界面……291.8小结——欲善其事先利其器…32第2章FPGA数字信号处理基础……332.1FPGA中数的表示…2.1.1莱布尼兹与二进制……………………………………………………………342.1.2定点数表示352.1.3浮点数表示…………·444,4·,,+3622FPGA中数的运算……02.2.1加/减法运算…………………………………4022.2乘法运算……4322.3除法运算22.4有效数据位的计算目录IX23有限字长效应4723.1字长效应的产生因素4723.2AD转换的字长效应4823.3系统运算中的字长效应………………………………………………4924FPGA中的常用处理模块24.1加法器模块…………………………………………………5124.2乘法器模块……2.4.3除法器模块……4.44444、562.4.4浮点运算模块572.5小结—四个过桥人………59第3章锁相环为什么能够跟踪相位613.1锁相环的组成…………623.1.1关注信号的相位分量……………………………………623.1.2VCO是一个积分器件3.1.3正弦鉴相器还是余弦鉴相器653.1.4环路滤波器的作用…………683.2从负反馈电路理解锁相环…693.2.1反馈电路的概念3.2.2负反馈电路的控制作用703.2.3锁相环与基本负反馈电路的区别…………………………………713.2.4分析锁相环的工作状态…33最简单的锁相环………………………1733.3.1一阶锁相环的 System View模型733.3.2确定VCO输出的同相支路434锁相环的基本性能参数………………………………………………773.4.1捕获及跟踪过程3.4.2环路的基本性能要求..,…………………………783.5分析一阶环的基本参数…3.5.1数学方法求解一阶环…………………………793.5.2图解法分析一阶环工作过程……813.53工程设计与理论分析的差异…3.54遗忘的参数一鉴相滤波器截止频率……………………3.6小结——千条路与磨豆腐87第4章一阶锁相环的FPGA实现4.1一阶环的数字化模型…………4.1.1工程实例需求……………………………………………………………904.1.2数字鉴相器914.1.3数控振荡器…4.1.4计算环路增益…………944.2数字鉴相滤波器设计………………………………X锁相环技术原理及FPGA实现
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