一种基于FPGA的简易数字信号传输性能分析仪的设计_谢亮1

本文介绍了一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的简易数字信号传输性能分析仪的设计，旨在实现对数字信号传输性能的测试和评估。在数字通信技术日新月异的背景下，这种分析仪对于理解和优化数字基带信号在实际传输中的性能至关重要。 FPGA是一种可编程的集成电路，允许用户根据需求定制逻辑功能。在本设计中，FPGA被用来构建两个m序列发生器，m序列是一种常用的伪随机数字序列，具有良好的统计特性，常用于测试和分析通信系统的性能。这两个发生器分别生成数字信号和伪随机信号，通过曼彻斯特码编码输出，曼彻斯特码是一种自同步的编码方式，可以在信号中内嵌时钟信息，便于接收端的同步。 传输过程中，信号会经过一个低通滤波器，该滤波器模拟了实际信道的特性，如信道噪声和滤波器设计误差等。这些因素可能导致理想传输特性的偏离，增加码间串扰和噪声的影响，使得数字信号的传输性能分析变得复杂。通过FPGA内置的数字锁相环（Phase-Locked Loop，PLL），可以提取出同步时钟信号，确保接收端能正确解码和分析信号。 该分析仪的核心控制器是FPGA中的NIOS II处理器，这是一种软核CPU，可集成在FPGA内部，提供控制和数据处理功能。友好的交互接口使得用户能够方便地进行操作和数据读取。信号和同步信号通过示波器显示，形成眼图，眼图是评估数字信号传输质量的重要工具，通过观察眼图的开闭程度和清晰度，可以直观地判断信号的质量和传输性能。 简易数字信号传输性能分析仪的系统构成包括数字信号发生器、低通滤波器模拟信道、伪随机信号发生器、数字锁相环以及NIOS II处理器。如图一所示，各个部分协同工作，为数字信号的性能测试提供了完整的解决方案。 这种基于FPGA的简易数字信号传输性能分析仪为数字通信领域的研究和工程实践提供了有力的工具，它能够有效地模拟实际传输环境，评估信号在噪声和滤波器影响下的性能，有助于优化通信系统的整体性能。通过深入理解m序列、曼彻斯特码编码、低通滤波器和数字锁相环的工作原理，工程师和研究人员可以更好地设计和调试数字通信系统，以应对日益复杂的通信挑战。