高速超宽带无线通信系统的硬件设计与实现

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随着通信和信息技术的不断发展,短距离无线通信进入了一个前所未有的发展时期,无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)的需求和应用越来越广泛。超宽带(Ultra-wide Band,UWB)技术具有共享频谱资源、传输速度快、抗多径能力强等显著的技术优势,已成为最富有竞争力和发展前景的短距离无线通信技术之一。 本文主要致力于研究与设计高速脉冲UWB通信系统接收端系统硬件平台,包括基于FPGA核心处理器的主平台和基于时间交错采样的高速采样子平台。 本文首先阐述了UWB无线通信的意义及其实用价值,归纳总结了UWB技术的起源、演进和现状。介绍了超宽带无线通信的核心概念,并给出了UWB信号的定义,及其两种主要的信号形式。并在此基础上介绍了UWB技术的特点和优点及应用等。 在UWB技术的概述基础上,本文详细介绍了脉冲UWB通信系统基础,包括脉冲UWB系统基本结构、UWB脉冲生成技术、脉冲调制方式及接收机技术等。本文简要的介绍了UWB脉冲的特性,特别是高斯及其各阶导数脉冲,介绍了利用半导体器件和数字电路设计UWB脉冲的方法。讨论了开关键控、二相调制、脉冲位置调制等脉冲调制方式和各种UWB接收机的优缺点。 本文着重阐述了高速脉冲UWB通信系统接收端硬件平台的设计,包括基于FPGA核心处理器的主平台和基于时间交错采样的高速采样子平台。基于FPGA核心处理器的主平台,重点阐述了FPGA核心处理器、时钟子系统、电源子系统、计算机和FPGA的通信子系统等。本文重点介绍了基于时间交错采样的高速采样原理,并在此基础上采用比较器和串并转换器实现采样频率高达3.2GHz的lbit采样系统子平台。 随着集成电路工艺技术的飞速发展,电路设计中的信号速度越来越快,同时印刷电路板( PCB)的密度也越来越大,信号完整性已经成为高速数字PCB设计必须关心的问题之一。本文简要的介绍了常见的信号完整性问题及其解决方法。在此基础上,本文详细介绍了硬件平台的实现过程,包括PCB分层设计和层分割方案、布局布线,并随之给出了计算机仿真与测试结果。最后,给出了接收端系统平台硬件实物图。
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