数字通信同步技术的MATLAB与FPGA实现 Xilinx VHDL版

数字通信同步技术的MATLAB与FPGA实现 Xilinx VHDL版
作者：杜勇 著
出版时间：2017年版
内容简介
　　本书以Xilinx公司的FPGA为开发平台，采用MATLAB及VHDL语言为开发工具，详细阐述数字通信同步技术的FPGA实现原理、结构、方法，以及仿真测试过程，并通过大量工程实例分析FPGA实现过程中的具体技术细节。主要包括FPGA实现数字信号处理基础、锁相环技术原理、载波同步、自动频率控制、位同步、帧同步技术的设计与实现等内容。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数字通信同步技术的FPGA设计知识和技能。
目录
第1章　同步技术的概念及FPGA基础/t（1）
1．1　数字通信中的同步技术/t（2）
1．2　同步技术的实现方法/t（4）
1．2．1　两种不同的实现原理/t（4）
1．2．2　常用的工程实现途径/t（5）
1．3　FPGA概念及其在信号处理中的应用/t（6）
1．3．1　基本概念及发展历程/t（6）
1．3．2　FPGA的结构和工作原理/t（7）
1．3．3　FPGA在数字信号处理中的应用/t（13）
1．4　Xilinx器件简介/t（14）
1．4．1　Xilinx器件概况/t（14）
1．4．2　Spartan系列器件/t（16）
1．4．3　Virtex系列器件/t（17）
1．5　VHDL语言简介/t（19）
1．6　FPGA设计工具及开发流程/t（22）
1．6．1　ISE开发套件/t（22）
1．6．2　ModelSim仿真软件/t（25）
1．6．3　Synplicity综合软件/t（27）
1．6．4　FPGA设计流程/t（29）
1．7　MATLAB软件/t（31）
1．8　MATLAB与ISE的数据交互/t（34）
1．9　FPGA信号处理板CXD301/t（35）
1．10　小结/t（36）
第2章　FPGA实现数字信号处理基础/t（39）
2．1　FPGA中数的表示/t（40）
2．1．1　莱布尼兹与二进制/t（40）
2．1．2　定点数表示/t（41）
2．1．3　浮点数表示/t（42）
2．2　FPGA中数的运算/t（45）
2．2．1　加/减法运算/t（45）
2．2．2　乘法运算/t（48）
2．2．3　除法运算/t（50）
2．2．4　有效数据位的计算/t（51）
2．3　有限字长效应/t（54）
2．3．1　字长效应的产生因素/t（54）
2．3．2　A/D变换的字长效应/t（54）
2．3．3　系统运算中的字长效应/t（55）
2．4　FPGA中的常用处理模块/t（57）
2．4．1　加法器模块/t（57）
2．4．2　乘法器模块/t（60）
2．4．3　除法器模块/t（65）
2．4．4　浮点运算模块/t（68）
2．4．5　滤波器模块/t（70）
2．4．6　数字频率器模块/t（72）
2．5　小结/t（74）
第3章　锁相技术原理及应用/t（75）
3．1　锁相环的工作原理/t（76）
3．1．1　锁相环路的模型/t（76）
3．1．2　锁定与跟踪的概念/t（77）
3．1．3　环路的基本性能要求/t（78）
3．2　锁相环的组成/t（78）
3．2．1　鉴相器/t（79）
3．2．2　环路滤波器/t（79）
3．2．3　压控振荡器/t（81）
3．3　锁相环路的动态方程/t（81）
3．3．1　非线性相位模型/t（81）
3．3．2　线性相位模型/t（83）
3．3．3　环路的传递函数/t（83）
3．4　锁相环路的性能分析/t（85）
3．4．1　暂态信号响应/t（85）
3．4．2　环路的频率响应/t（87）
3．4．3　环路的稳定性/t（89）
3．4．4　非线性跟踪性能/t（91）
3．4．5　环路的捕获性能/t（92）
3．4．6　环路的噪声性能/t（93）
3．5　锁相环路的应用/t（95）
3．5．1　环路的两种跟踪状态/t（95）
3．5．2　调频解调器/t（96）
3．5．3　调相解调器/t（97）
3．5．4　调幅信号的相干解调/t（97）
3．5．5　锁相调频器/t（98）
3．5．6　锁相调相器/t（98）
3．6　小结/t（99）
第4章　载波同步的FPGA实现/t（101）
4．1　载波同步的原理/t（102）
4．1．1　载波同步的概念及实现方法/t（102）
4．1．2　锁相环的工作方式/t（103）
4．2　锁相环路的数字化模型/t（104）
4．2．1　数字鉴相器/t（104）
4．2．2　数字环路滤波器/t（105）
4．2．3　数字控制振荡器/t（106）
4．2．4　数字环路的动态方程/t（106）
4．3　输入信号建模与仿真/t（108）
4．3．1　工程实例需求/t（108）
4．3．2　输入信号模型/t（109）
4．3．3　输入信号的MATLAB仿真/t（110）
4．4　载波同步环的参数设计/t（113）
4．4．1　总体性能参数设计/t（113）
4．4．2　数字鉴相器设计/t（114）
4．4．3　环路滤波器及数控振荡器设计/t（117）
4．5　载波同步环的FPGA实现/t（119）
4．5．1　顶层模块的VHDL实现/t（119）
4．5．2　IIR低通滤波器的VHDL实现/t（123）
4．5．3　环路滤波器的VHDL实现/t（127）
4．5．4　同步环路的FPGA实现/t（129）
4．6　载波同步环的仿真测试/t（131）
4．6．1　测试激励的VHDL设计/t（131）
4．6．2　单载波输入信号的仿真测试/t（134）
4．6．3　调幅波输入信号的仿真测试/t（138）
4．6．4　关于载波环路参数的讨论/t（141）
4．7　载波同步环的板载测试/t（143）
4．7．1　硬件接口电路/t（143）
4．7．2　板载测试程序/t（143）
4．7．3　板载测试验证/t（147）
4．8　小结/t（148）
第5章　抑制载波同步的FPGA实现/t（149）
5．1　抑制载波同步的原理/t（150）
5．1．1　平方环工作原理/t（150）
5．1．2　同相正交环工作原理/t（151）
5．1．3　判决反馈环工作原理/t（152）
5．2　输入信号建模与仿真/t（154）
5．2．1　工程实例需求/t（154）
5．2．2　DPSK调制原理及信号特征/t（154）
5．2．3　DPSK信号传输模型及仿真/t（155）
5．3　平方环的FPGA实现/t（157）
5．3．1　改进的平方环原理/t（157）
5．3．2　环路性能参数设计/t（158）
5．3．3　带通滤波器设计/t（159）
5．3．4　顶层模块的VHDL实现/t（161）
5．3．5　带通滤波器的VHDL实现/t（165）
5．3．6　其他模块的VHDL实现/t（171）
5．3．7　FPGA实现后的仿真测试/t（171）
5．3．8　平方环的板载实验/t（173）
5．4　同相正交环的FPGA实现/t（176）
5．4．1　环路性能参数设计/t（176）
5．4．2　低通滤波器VHDL实现/t（177）
5．4．3　其他模块的VHDL实现/t（179）
5．4．4　顶层模块的VHDL实现/t（179）
5．4．5　FPGA实现后的仿真测试/t（182）
5．4．6　同相支路的判决及码型变换/t（184）
5．4．7　同相正交环的板载实验/t（186）
5．5　判决反馈环的FPGA实现/t（191）
5．5．1　环路性能参数设计/t（191）
5．5．2　顶层模块的VHDL实现/t（191）
5．5．3　积分判决模块的VHDL实现/t（195）
5．5．4　FPGA实现后的仿真测试/t（198）
5．6　小结/t（199）
第6章　自动频率控制的FPGA实现/t（201）
6．1　自动频率控制的概念/t（202）
6．2　最大似然频偏估计的FPGA实现/t（203）
6．2．1　最大似然频偏估计的原理[1]/t（203）
6．2．2　最大似然频偏估计的MATLAB仿真/t（205）
6．2．3　频偏估计的FPGA实现方法/t（207）
6．2．4　CORDIC核的使用/t（209）
6．2．5　顶层文件的VHDL实现/t（212）
6．2．6　频偏估计模块的VHDL实现/t（216）
6．2．7　FPGA实现及仿真测试/t（220）
6．3　基于FFT载频估计的FPGA实现/t（221）
6．3．1　离散傅里叶变换/t（221）
6．3．2　FFT算法原理及MATLAB仿真/t（223）
6．3．3　FFT核的使用/t（226）
6．3．4　输入信号建模与MATLAB仿真/t（228）
6．3．5　基于FFT载频估计的VHDL实现/t（229）
6．3．6　FPGA实现及仿真测试/t（233）
6．4　FSK信号调制解调原理/t（234）
6．4．1　数字频率调制/t（234）
6．4．2　FSK信号的MATLAB仿真/t（236）
6．4．3　FSK相干解调原理/t（238）
6．4．4　AFC环解调FSK信号的原理/t（240）
6．5　AFC环的FPGA实现/t（242）
6．5．1　环路参数设计/t（242）
6．5．2　顶层模块的VHDL实现/t（244）
6．5．3　鉴频器模块的VHDL实现/t（248）
6．5．4　FPGA实现及仿真测试/t（249）
6．5．5　AFC环的板载测试/t（250）
6．6　小结/t（254）
第7章　位同步技术的FPGA实现/t（255）
7．1　锁相环位同步技术原理/t（256）
7．1．1　位同步技术概念及分类/t（256）
7．1．2　数字锁相环位同步技术/t（257）
7．2　微分型位同步的FPGA实现/t（259）
7．2．1　微分型位同步的原理/t（259）
7．2．2　顶层模块的VHDL实现/t（261）
7．2．3　双相时钟信号的VHDL实现/t（264）
7．2．4　微分鉴相模块的VHDL实现/t（266）
7．2．5　单稳触发器的VHDL实现/t（267）
7．2．6　控制及分频模块的VHDL实现/t（269）
7．2．7　位同步形成及移相模块的VHDL实现/t（270）
7．2．8　FPGA实现及仿真测试/t（272）
7．2．9　微分型位同步环的板载实验/t（274）
7．3　积分型位同步的FPGA实现/t（276）
7．3．1　积分型位同步的原理/t（276）
7．3．2　顶层模块的VHDL实现/t（278）
7．3．3　积分模块的VHDL实现/t（282）
7．3．4　鉴相模块的VHDL实现/t（283）
7．3．5　FPGA实现及仿真测试/t（284）
7．4　改进位同步技术的FPGA实现/t（286）
7．4．1　正交支路积分输出门限判决法/t（286）
7．4．2　数字式滤波器法的工作原理/t（288）
7．4．3　随机徘徊滤波器的VHDL实现/t（288）
7．4．4　随机徘徊滤波器的仿真测试/t（290）
7．4．5　改进的数字滤波器工作原理/t（291）
7．4．6　改进滤波器的VHDL实现/t（292）
7．5　小结/t（294）
第8章　插值算法位同步技术的FPGA实现/t（295）
8．1　插值算法位同步技术原理/t（296）
8．1．1　插值算法总体结构/t（296）
8．1．2　内插滤波器原理及结构/t（296）
8．1．3　Gardner误差检测算法/t（298）
8．1．4　环路滤波器与数控振荡器/t（300）
8．2　插值算法位同步技术的MATLAB仿真/t（301）
8．2．1　设计环路滤波器系数/t（301）
8．2．2　分析位定时算法MATLAB仿真程序/t（302）
8．2．3　简化后的插值位同步算法仿真/t（306）
8．3　插值算法位同步技术的FPGA实现/t（310）
8．3．1　顶层模块的VHDL设计/t（310）
8．3．2　插值滤波模块的VHDL设计/t（312）
8．3．3　误差检测及环路滤波器模块的VHDL设计/t（315）
8．3．4　数控振荡器模块的VHDL设计/t（317）
8．3．5　FPGA实现后的仿真测试/t（318）
8．4　插值算法位同步环的板载测试/t（319）
8．4．1　硬件接口电路/t（319）
8．4．2　板载测试程序/t（320）
8．4．3　板载测试验证/t（320）
8．5　小结/t（321）
第9章　帧同步技术的FPGA实现/t（323）
9．1　异步传输与同步传输的概念/t（324）
9．1．1　异步传输的概念/t（324）
9．1．2　同步传输的概念/t（325）
9．1．3　异步传输与同步传输的区别/t（325）
9．2　起止式同步的FPGA实现/t（326）
9．2．1　RS-232串口通信协议/t（326）
9．2．2　顶层模块的VHDL实现/t（328）
9．2．3　时钟模块的VHDL实现/t（330）
9．2．4　数据接收模块的VHDL实现/t（331）
9．2．5　数据发送模块的VHDL实现/t（334）
9．2．6　串口通信的板载测试/t（335）
9．3　帧同步码组及其检测原理/t（337）
9．3．1　帧同步码组的选择/t（337）
9．3．2　间隔式插入法的检测原理/t（339）
9．3．3　连贯式插入法的检测原理/t（339）
9．3．4　帧同步的几种状态/t（341）
9．4　连贯式插入法帧同步的FPGA实现/t（342）
9．4．1　实例要求及总体模块设计/t（342）
9．4．2　搜索模块的VHDL实现及仿真/t（345）
9．4．3　校核模块的VHDL实现及仿真/t（349）
9．4．4　同步模块的VHDL实现及仿真/t（353）
9．4．5　帧同步系统的FPGA实现及仿真/t（358）
9．4．6　帧同步电路的板载测试/t（359）
9．5　小结/t（363）
参考文献/t（365）