基于AD9361的软件无线电硬件平台设计与实现

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本论文主要研究了基于 AD9361 软件无线电硬件平台的设计与实现。论文首 先介绍了软件无线电的研究背景和意义, 其发展的现状和前景,软件无线电的定 义原理以及软件无线电的关键技术。然后制定了软件无线电硬件平台的总体方案 设计,并着重介绍了该硬件平台的各个模块硬件电路的实现方案。最后对硬件平 台各个模块进行了单独测试以及整个系统的综合测试及系统测试。
摘要 THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SOFTWARE DEFINED RADIO HARDWARE PLATFORM BASED ON AD9361 A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of china a]Jor∵ Master of engineering Authe Gao ze Advisor: Professor liu lianfu School School of communication nformation Engineering 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方 外,论文屮不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 作者签名 日期:年月日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许论文被杳阅和借阅。本人授权电了科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 作者签名: 导师签名: 日期 年月日 摘要 摘要 软件无线电是一种解决无线电通信领域内多休系并存、不同体系间无法制订 统一标准等问题的方案。由于软件无线电是基于软件编程实现各种功能,其主要 的特点表现在灵活性和开放性上。只要在其硬件系统能处理的信号频段,想要增 加相对应频段中的通信功能只需通过软件就能实现。软件无线电的特点主要体现 在软件可编程和可升级上,但是不管其实现功能多样性还是频段的扩展,都必须 要求使件系统具备相应的处理能力。软件无线电硬件平台日的是为∫处理信号和 实现不同通信功能,在软件无线电系统中不可或缺。 文章首先从理论上研究了软件无线电技术,从技术原埋角度分析了软件无线 电硬件平台的结构体系,比较其优缺点,最终确立了以ADI公司的AD9361射频 收发芯片为核心处理器件的软件无线电硬件平台的设计方案。然后将软件无线电 硬件平台分为AD936Ⅰ模块、信号接凵模块、电源模块这三个主要部分。其中主 要介绍了AD9361芯片、信号输入输出接口、FMC连接器、电源供电电路、电源 监测电路等多个方案。在保证信号完整性和电源完整性的前提下完成了PCB版图 设计。最后配合ML605开发板,对该硬件平台的各项功能逃行测试,最终连接天 线能够将GSM广播信号正确接收。验证了该软件无线电硬件平台设计的正确性, 同时也验证了该硬件平台的功能正常,性能良好。 本文设计并实现」一种基于AD9361的软件无线电使件平台,该平台工作频 率为τ0M至6GH,包含完整的发射和接收功能,具有多种工作模式,多种应 用场景的特点。通过FMC连接器与 Xilinx公司的Ⅴ Virtex6 FPGA ML605开发板相 连,实现射频应用开发,在宽带通信、测试等场合均能有良好的表现,对现阶段 的软件无线电研究以及产品开发有着用的价值和意义。 关键词:软件无线电,AD9361,硬件平台,FPGA ABSTRACT ABstRaCt Software defined radio is the way to solve the problem of multi-system coexistence ind non-uniform stands among different system in radio communication field. Since the software defined radio is based on the software programming to implement various functions, the main feature is its flexibility and openness. As long as the signal frequency band can be processed in hardware system, one can apply software to add more communication function in that signal frequency Software defined radio's feature reflects in that it can be programmed and upgraded. The software radio hardware platform is the one to process the signal and implement various communication functions. So it is an indispensable part in software defined radio system Firstly, the technical principles of the software defined radio and the structure of the software defined radio hardware platform from theoretical and technical perspective are investigated in this thesis. Their advantage and disadvantage are compared by us the software defined radio is made finally, where ADI's AD9361 which is a RF transceiver chip processor core pieces is used. Secondly, the software radio hardware platform is divided into three main parts: AD9361 module, signal interface module and power module. A number of options about AD9361 chip, the signal input or output interface implementations, the FMC connector implementation, the power supply circuit implementations, the power monitor circuit implementations are introduced in this thesis. In the promise of ensuring signal integrity and power integrity, we complete the PCB layout design. Finally, with the ml605 development board, the hardware platforn is tested. It can correctly receive the signal of the gsm by connecting the software defined radio and the antenna The test result show the correctness of the design of software radio hardware platform and also verifies its good functionality and performance This thesis proposes a design of software radio hardware platform based on AD9361. The working frequency of this platform is between 70MHz and 6GHz. It contains the complete transmitting and receiving function, with various operating modes and wide applicability. By connecting the FMC connector with Xilinx's Virtex-6 FPGA ML605 Evaluation Module, it can achieve rf development, broadband communications ABSTRACT modules test and evaluation. It is of great value and significance to the software radio product at the present stage Key words: Software Defined Radio, AD9361, hardware platform, FPGA 目录 目录 第一章绪论 ········· 垂音D垂。·。,音··着垂 1.1研究背景和意义. 12软件无线电发展现状和前景展望 1.3论文的主要研究内容以及结构安排. 第二章软件无线电硬件平台原理介绍 2.1软件无线电的定义 22软件无线电的结构形式 22.1理想软件无线电结构 222低通采样软件无线电结构 223盲区采样软件无线电结构… 224宽带中频带通釆样软件无线电结构 23软件无线电的关键技术 ·····:::····· 24软件无线电硬件平台体系 24.1流水式软件无线电硬件平台结构 242总线式软件无线电硬件平台结构 243工作站式软件无线电硬件平台结构 25本章小结 10 第三章软件无线电硬件平台实现方案 3.1软件无线电使件平台总体方案设计. 3.1.1硬件平台结构 3.1.2系统中所用的器件型号 3.2AD9361模块实现方案. 垂垂音看·看垂垂垂·音。音垂。非·看音·看垂4 12 3.2.1AD9361芯片介绍. 垂·音垂看垂音垂 12 3.22AD9361特点 13 323AD9361工作原理 14 3.2.4AD9361模块实现方案 甲····· 3.3信号接口模块实现方案 17 3.3.1信号输入输出接口实现 3.32FPGA与AD9361接口实现方案 目录 3.4电源模块实现方案.…………23 34.1电源供电电路实现方案 垂普D音音音番音垂看看看鲁垂音 3 342电源监测电路实现方案 26 5PCB电路板设计 28 3.5.1电源完整性设计 8 3.52信号完整性分析… 30 3.53PCB版图设计以及最终实物图 ·,音垂。看 32 36FPGA开发平台介绍 33 37本章小结 第四章软件无线电硬件平台调试与分析 35 4.1软件无线电使件平台静电测试. 35 4,2软件无线电硬件平台电源模块测试 5 4.3软件无线电硬件平台系统测试.………………………………36 4.3.1AD9361数据接口介绍. 36 4.3.2AD9361寄存器配置介绍 38 43.3软件无线电硬件平台寄存器配置测试… 41 43.4AD9361和FPGA的接口时序设计… 43.5软件无线电硬件平台发射通路测试 4.3.6软件无线电硬件平台接收通路测试 437软件无线电硬件平台综合测试 43.8软件尢线电使件平台系统测试……… 4.4本章小结 第五章总结与展望 52 51工作总结 52 5.2研究展望 ·看垂垂音垂音。音音.·垂·看看南着音D。音音看音. 52 致谢…53 参考文献 54 攻读硕士学位期间的研究成果…. 56 图目录 图目录 图2-1理想软件无线电结构… 垂音D垂。·。,音··着垂垂垂垂D垂。。垂。非。。 图2-2低通采样软件无线电结构. 图2-3盲区采样软件无线电结构. 6 图2-4宽带中频带通采样软件无线电结构 图2-5流水式软件无线电硬件平台 图26总线式软件无线电使件平台 图2-7工作站式软件无线电使件平台 图3-1软件无线电硬件平台系统框图 图3-2AD9361功能框图 14 图3-3片内一路信号接收通道框图.…..15 图3-4片内·路信号发射通道框图 ·:··············· 16 图3-5AD9361模块电路原理图. …………17 图3-6信号输入部分接口原理图. 18 图3-7信号输出部分接口原理图.…… .音 19 图3-8参考时钟输入接口电路原理图 图3-9FPGA与AD9361接口实现方案框图. .20 图3-10FMC接口电路原理图… 23 图3-11AD9361电源解决方案框图 24 图3-12ADP2164模块原理图 图3-13ADF1755模块原埋图 26 图3-14AD7291功能框图………….….….………..….………127 图3-15电源监测模抉整体框图.….….…..17 图3-16电源监测模块电路原理图 …………28 图3-17软件无线电硬件平台PCB版图设计 32 图3-18软件无线电硬件平台正面实物图 32 图3-19软件无线电硬件平台背面实物图 33 图3-20 XilinxⅤ irtex-6 FPGA ML605开发平台 33 图4-1写命令时序图 图42读命令时序图 41

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