用FPGA实现水声MFSK信号的同步接收及解码.pdf

第26 卷第4 期 探 测 与 控 制 学 报 Vol. 26. No. 4 2 0 0 4 年12 月 v Journal of Detection Control Dec.2004 用FPGA 实现水声MFSK 信号的同步接收及解码 1 1 2 1 张文艳 陈立强 程 方 程 刚 1. 西北工业大学 陕西 西安 710072 2. 东方航空西北公司 陕西 西安 710082 摘 要:提出了一种用 FPGA 实现水声 MFSK 信号的同步接收及解码的设计思想 利用 FPGA 编程的特点 用软件编程方法 很好地解决了水声信号在频域的同步接收和解码 更吸引人的是采用FPGA 器件可以将原来的电路板级产品集成为芯片级产品 从而降低了 功耗 尝试了FPGA 在低功耗 低数据率系统的应用 关键词:FPGA;同步接收;解码 中图分类号:TN911.23 文献标识码:A 文章编号:1008-1194(2004)04-0030-04 0 引言 本文所研究的水声MFSK 信号的同步接收及解码电路要求具有高可靠性 低误码率 低功耗的特 点 而FPGA 器件集成度高 体积小 具有通过用户编程实现专门应用的功能 使用FPGA 器件不仅 可以大大缩短系统的研制周期 减少资金投入 而且可以将原来的电路板级产品集成为芯片级产品 从而降低了功耗 提高了可靠性 同时还可以很方便地对设计进行在线修改 本文尝试了FPGA 在低 功耗 低数据率系统的应用 并下载到实际的硬件电路中进行了验证 1 设计原理 1.1 水声MFSK信号在频域同步接收及解码原理框图 从图1可以看出 水声MFSK信号在 频域同步接收及解码由以下几个步骤 完成 输入信号通过FFT完成对MFSK 信号的频谱分析 同步电路通过频谱分 析结果对接收的MFSK信号进行位同步 图1 水声MFSK 信号在频域同步接收及解码原理框图 和帧同步 恒虚警及二次门限处理技术和译码电路对同步后的信息码元进行频域信号检测和译码判决 输出解调后的信息码元 纠错单元根据编码规则对接收到的信息码元进行纠错处理 并最终输出解码 后的信息码元 1.2 用FPGA 实现水声MFSK 信号在频域的同步接收及解码 1.2.1 用FPGA 实现水声MFSK 信号在频域的同步接收及解码的优势 通用的 DSP 芯片是实现 DSP 算法最常见的硬件 开发简便 使用灵活 但工作时必须配上许多 外围器件 与之相比 FPGA 芯片的优势在于它的设计灵活性和更强的适应性 它可以根据要求决定 是提高系统速度还是节省系统资源 能够更好地实现并行处理 从而提高了性能并节省了功耗 这种 流水线结构的数据流还可以使信号负载最小化 从而节省指令和数据存取的系统开销 此外 因为芯 片的功耗与它的时钟频率成正比 FPGA 可以将输入的数据流分离 并将它们作为几个并行的数据流 进行处理 从而工作在一个较低的时钟频率下 这样就降低了芯片的功耗 表 1 给出FPGA 与DSP 的 * 收稿日期:2004-03-20 作者简介:张文艳( 1980 ) 女 山西太谷人 在读硕士 研究方向 通信与信息系统 万方数据 张文艳等 用FPGA 实现水声MFSK 信号的同步接收及解码 31 技术比较 表 1 FPGA 与DSP 的技术比较 FPGA DSP 处理速度 结构合理 则速度极快 受到DSP 时钟速度的限制 重构能力