數(shù)字通信同步技術(shù)的MATLAB與FPGA實(shí)現(xiàn)（Xilinx/VHDL版）

第1章　同步技術(shù)的概念及FPGA基礎(chǔ)\t（1）
1．1　數(shù)字通信中的同步技術(shù)\t（2）
1．2　同步技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法\t（4）
1．2．1　兩種不同的實(shí)現(xiàn)原理\t（4）
1．2．2　常用的工程實(shí)現(xiàn)途徑\t（5）
1．3　FPGA概念及其在信號(hào)處理中的應(yīng)用\t（6）
1．3．1　基本概念及發(fā)展歷程\t（6）
1．3．2　FPGA的結(jié)構(gòu)和工作原理\t（7）
1．3．3　FPGA在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用\t（13）
1．4　Xilinx器件簡(jiǎn)介\t（14）
1．4．1　Xilinx器件概況\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語(yǔ)言簡(jiǎn)介\t（19）
1．6　FPGA設(shè)計(jì)工具及開(kāi)發(fā)流程\t（22）
1．6．1　ISE開(kāi)發(fā)套件\t（22）
1．6．2　ModelSim仿真軟件\t（25）
1．6．3　Synplicity綜合軟件\t（27）
1．6．4　FPGA設(shè)計(jì)流程\t（29）
1．7　MATLAB軟件\t（31）
1．8　MATLAB與ISE的數(shù)據(jù)交互\t（34）
1．9　FPGA信號(hào)處理板CXD301\t（35）
1．10　小結(jié)\t（36）
第2章　FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)\t（39）
2．1　FPGA中數(shù)的表示\t（40）
2．1．1　萊布尼茲與二進(jìn)制\t（40）
2．1．2　定點(diǎn)數(shù)表示\t（41）
2．1．3　浮點(diǎn)數(shù)表示\t（42）
2．2　FPGA中數(shù)的運(yùn)算\t（45）
2．2．1　加/減法運(yùn)算\t（45）
2．2．2　乘法運(yùn)算\t（48）
2．2．3　除法運(yùn)算\t（50）
2．2．4　有效數(shù)據(jù)位的計(jì)算\t（51）
2．3　有限字長(zhǎng)效應(yīng)\t（54）
2．3．1　字長(zhǎng)效應(yīng)的產(chǎn)生因素\t（54）
2．3．2　A/D變換的字長(zhǎng)效應(yīng)\t（54）
2．3．3　系統(tǒng)運(yùn)算中的字長(zhǎng)效應(yīng)\t（55）
2．4　FPGA中的常用處理模塊\t（57）
2．4．1　加法器模塊\t（57）
2．4．2　乘法器模塊\t（60）
2．4．3　除法器模塊\t（65）
2．4．4　浮點(diǎn)運(yùn)算模塊\t（68）
2．4．5　濾波器模塊\t（70）
2．4．6　數(shù)字頻率器模塊\t（72）
2．5　小結(jié)\t（74）
第3章　鎖相技術(shù)原理及應(yīng)用\t（75）
3．1　鎖相環(huán)的工作原理\t（76）
3．1．1　鎖相環(huán)路的模型\t（76）
3．1．2　鎖定與跟蹤的概念\t（77）
3．1．3　環(huán)路的基本性能要求\t（78）
3．2　鎖相環(huán)的組成\t（78）
3．2．1　鑒相器\t（79）
3．2．2　環(huán)路濾波器\t（79）
3．2．3　壓控振蕩器\t（81）
3．3　鎖相環(huán)路的動(dòng)態(tài)方程\t（81）
3．3．1　非線性相位模型\t（81）
3．3．2　線性相位模型\t（83）
3．3．3　環(huán)路的傳遞函數(shù)\t（83）
3．4　鎖相環(huán)路的性能分析\t（85）
3．4．1　暫態(tài)信號(hào)響應(yīng)\t（85）
3．4．2　環(huán)路的頻率響應(yīng)\t（87）
3．4．3　環(huán)路的穩(wěn)定性\t（89）
3．4．4　非線性跟蹤性能\t（91）
3．4．5　環(huán)路的捕獲性能\t（92）
3．4．6　環(huán)路的噪聲性能\t（93）
3．5　鎖相環(huán)路的應(yīng)用\t（95）
3．5．1　環(huán)路的兩種跟蹤狀態(tài)\t（95）
3．5．2　調(diào)頻解調(diào)器\t（96）
3．5．3　調(diào)相解調(diào)器\t（97）
3．5．4　調(diào)幅信號(hào)的相干解調(diào)\t（97）
3．5．5　鎖相調(diào)頻器\t（98）
3．5．6　鎖相調(diào)相器\t（98）
3．6　小結(jié)\t（99）
第4章　載波同步的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（101）
4．1　載波同步的原理\t（102）
4．1．1　載波同步的概念及實(shí)現(xiàn)方法\t（102）
4．1．2　鎖相環(huán)的工作方式\t（103）
4．2　鎖相環(huán)路的數(shù)字化模型\t（104）
4．2．1　數(shù)字鑒相器\t（104）
4．2．2　數(shù)字環(huán)路濾波器\t（105）
4．2．3　數(shù)字控制振蕩器\t（106）
4．2．4　數(shù)字環(huán)路的動(dòng)態(tài)方程\t（106）
4．3　輸入信號(hào)建模與仿真\t（108）
4．3．1　工程實(shí)例需求\t（108）
4．3．2　輸入信號(hào)模型\t（109）
4．3．3　輸入信號(hào)的MATLAB仿真\t（110）
4．4　載波同步環(huán)的參數(shù)設(shè)計(jì)\t（113）
4．4．1　總體性能參數(shù)設(shè)計(jì)\t（113）
4．4．2　數(shù)字鑒相器設(shè)計(jì)\t（114）
4．4．3　環(huán)路濾波器及數(shù)控振蕩器設(shè)計(jì)\t（117）
4．5　載波同步環(huán)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（119）
4．5．1　頂層模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（119）
4．5．2　IIR低通濾波器的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（123）
4．5．3　環(huán)路濾波器的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（127）
4．5．4　同步環(huán)路的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（129）
4．6　載波同步環(huán)的仿真測(cè)試\t（131）
4．6．1　測(cè)試激勵(lì)的VHDL設(shè)計(jì)\t（131）
4．6．2　單載波輸入信號(hào)的仿真測(cè)試\t（134）
4．6．3　調(diào)幅波輸入信號(hào)的仿真測(cè)試\t（138）
4．6．4　關(guān)于載波環(huán)路參數(shù)的討論\t（141）
4．7　載波同步環(huán)的板載測(cè)試\t（143）
4．7．1　硬件接口電路\t（143）
4．7．2　板載測(cè)試程序\t（143）
4．7．3　板載測(cè)試驗(yàn)證\t（147）
4．8　小結(jié)\t（148）
第5章　抑制載波同步的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（149）
5．1　抑制載波同步的原理\t（150）
5．1．1　平方環(huán)工作原理\t（150）
5．1．2　同相正交環(huán)工作原理\t（151）
5．1．3　判決反饋環(huán)工作原理\t（152）
5．2　輸入信號(hào)建模與仿真\t（154）
5．2．1　工程實(shí)例需求\t（154）
5．2．2　DPSK調(diào)制原理及信號(hào)特征\t（154）
5．2．3　DPSK信號(hào)傳輸模型及仿真\t（155）
5．3　平方環(huán)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（157）
5．3．1　改進(jìn)的平方環(huán)原理\t（157）
5．3．2　環(huán)路性能參數(shù)設(shè)計(jì)\t（158）
5．3．3　帶通濾波器設(shè)計(jì)\t（159）
5．3．4　頂層模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（161）
5．3．5　帶通濾波器的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（165）
5．3．6　其他模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（171）
5．3．7　FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試\t（171）
5．3．8　平方環(huán)的板載實(shí)驗(yàn)\t（173）
5．4　同相正交環(huán)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（176）
5．4．1　環(huán)路性能參數(shù)設(shè)計(jì)\t（176）
5．4．2　低通濾波器VHDL實(shí)現(xiàn)\t（177）
5．4．3　其他模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（179）
5．4．4　頂層模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（179）
5．4．5　FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試\t（182）
5．4．6　同相支路的判決及碼型變換\t（184）
5．4．7　同相正交環(huán)的板載實(shí)驗(yàn)\t（186）
5．5　判決反饋環(huán)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（191）
5．5．1　環(huán)路性能參數(shù)設(shè)計(jì)\t（191）
5．5．2　頂層模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（191）
5．5．3　積分判決模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（195）
5．5．4　FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試\t（198）
5．6　小結(jié)\t（199）
第6章　自動(dòng)頻率控制的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（201）
6．1　自動(dòng)頻率控制的概念\t（202）
6．2　最大似然頻偏估計(jì)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（203）
6．2．1　最大似然頻偏估計(jì)的原理[1]\t（203）
6．2．2　最大似然頻偏估計(jì)的MATLAB仿真\t（205）
6．2．3　頻偏估計(jì)的FPGA實(shí)現(xiàn)方法\t（207）
6．2．4　CORDIC核的使用\t（209）
6．2．5　頂層文件的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（212）
6．2．6　頻偏估計(jì)模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（216）
6．2．7　FPGA實(shí)現(xiàn)及仿真測(cè)試\t（220）
6．3　基于FFT載頻估計(jì)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（221）
6．3．1　離散傅里葉變換\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　輸入信號(hào)建模與MATLAB仿真\t（228）
6．3．5　基于FFT載頻估計(jì)的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（229）
6．3．6　FPGA實(shí)現(xiàn)及仿真測(cè)試\t（233）
6．4　FSK信號(hào)調(diào)制解調(diào)原理\t（234）
6．4．1　數(shù)字頻率調(diào)制\t（234）
6．4．2　FSK信號(hào)的MATLAB仿真\t（236）
6．4．3　FSK相干解調(diào)原理\t（238）
6．4．4　AFC環(huán)解調(diào)FSK信號(hào)的原理\t（240）
6．5　AFC環(huán)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（242）
6．5．1　環(huán)路參數(shù)設(shè)計(jì)\t（242）
6．5．2　頂層模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（244）
6．5．3　鑒頻器模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（248）
6．5．4　FPGA實(shí)現(xiàn)及仿真測(cè)試\t（249）
6．5．5　AFC環(huán)的板載測(cè)試\t（250）
6．6　小結(jié)\t（254）
第7章　位同步技術(shù)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（255）
7．1　鎖相環(huán)位同步技術(shù)原理\t（256）
7．1．1　位同步技術(shù)概念及分類\t（256）
7．1．2　數(shù)字鎖相環(huán)位同步技術(shù)\t（257）
7．2　微分型位同步的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（259）
7．2．1　微分型位同步的原理\t（259）
7．2．2　頂層模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（261）
7．2．3　雙相時(shí)鐘信號(hào)的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（264）
7．2．4　微分鑒相模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（266）
7．2．5　單穩(wěn)觸發(fā)器的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（267）
7．2．6　控制及分頻模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（269）
7．2．7　位同步形成及移相模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（270）
7．2．8　FPGA實(shí)現(xiàn)及仿真測(cè)試\t（272）
7．2．9　微分型位同步環(huán)的板載實(shí)驗(yàn)\t（274）
7．3　積分型位同步的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（276）
7．3．1　積分型位同步的原理\t（276）
7．3．2　頂層模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（278）
7．3．3　積分模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（282）
7．3．4　鑒相模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（283）
7．3．5　FPGA實(shí)現(xiàn)及仿真測(cè)試\t（284）
7．4　改進(jìn)位同步技術(shù)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（286）
7．4．1　正交支路積分輸出門(mén)限判決法\t（286）
7．4．2　數(shù)字式濾波器法的工作原理\t（288）
7．4．3　隨機(jī)徘徊濾波器的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（288）
7．4．4　隨機(jī)徘徊濾波器的仿真測(cè)試\t（290）
7．4．5　改進(jìn)的數(shù)字濾波器工作原理\t（291）
7．4．6　改進(jìn)濾波器的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（292）
7．5　小結(jié)\t（294）
第8章　插值算法位同步技術(shù)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（295）
8．1　插值算法位同步技術(shù)原理\t（296）
8．1．1　插值算法總體結(jié)構(gòu)\t（296）
8．1．2　內(nèi)插濾波器原理及結(jié)構(gòu)\t（296）
8．1．3　Gardner誤差檢測(cè)算法\t（298）
8．1．4　環(huán)路濾波器與數(shù)控振蕩器\t（300）
8．2　插值算法位同步技術(shù)的MATLAB仿真\t（301）
8．2．1　設(shè)計(jì)環(huán)路濾波器系數(shù)\t（301）
8．2．2　分析位定時(shí)算法MATLAB仿真程序\t（302）
8．2．3　簡(jiǎn)化后的插值位同步算法仿真\t（306）
8．3　插值算法位同步技術(shù)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（310）
8．3．1　頂層模塊的VHDL設(shè)計(jì)\t（310）
8．3．2　插值濾波模塊的VHDL設(shè)計(jì)\t（312）
8．3．3　誤差檢測(cè)及環(huán)路濾波器模塊的VHDL設(shè)計(jì)\t（315）
8．3．4　數(shù)控振蕩器模塊的VHDL設(shè)計(jì)\t（317）
8．3．5　FPGA實(shí)現(xiàn)后的仿真測(cè)試\t（318）
8．4　插值算法位同步環(huán)的板載測(cè)試\t（319）
8．4．1　硬件接口電路\t（319）
8．4．2　板載測(cè)試程序\t（320）
8．4．3　板載測(cè)試驗(yàn)證\t（320）
8．5　小結(jié)\t（321）
第9章　幀同步技術(shù)的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（323）
9．1　異步傳輸與同步傳輸?shù)母拍頫t（324）
9．1．1　異步傳輸?shù)母拍頫t（324）
9．1．2　同步傳輸?shù)母拍頫t（325）
9．1．3　異步傳輸與同步傳輸?shù)膮^(qū)別\t（325）
9．2　起止式同步的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（326）
9．2．1　RS-232串口通信協(xié)議\t（326）
9．2．2　頂層模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（328）
9．2．3　時(shí)鐘模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（330）
9．2．4　數(shù)據(jù)接收模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（331）
9．2．5　數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)\t（334）
9．2．6　串口通信的板載測(cè)試\t（335）
9．3　幀同步碼組及其檢測(cè)原理\t（337）
9．3．1　幀同步碼組的選擇\t（337）
9．3．2　間隔式插入法的檢測(cè)原理\t（339）
9．3．3　連貫式插入法的檢測(cè)原理\t（339）
9．3．4　幀同步的幾種狀態(tài)\t（341）
9．4　連貫式插入法幀同步的FPGA實(shí)現(xiàn)\t（342）
9．4．1　實(shí)例要求及總體模塊設(shè)計(jì)\t（342）
9．4．2　搜索模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)及仿真\t（345）
9．4．3　校核模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)及仿真\t（349）
9．4．4　同步模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)及仿真\t（353）
9．4．5　幀同步系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)及仿真\t（358）
9．4．6　幀同步電路的板載測(cè)試\t（359）
9．5　小結(jié)\t（363）
參考文獻(xiàn)\t（365）