本文档是定为电子提供的软件无线电基带信号处理板卡U2的用户手册，详细介绍了U2基带板卡的各项功能及技术细节。文档指出U2基带信号处理平台是基于MINIITX架构设计的低成本高速信号处理硬件平台，其核心是Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA。该平台旨在帮助用户快速理解和验证软件无线电的基本原理和开发流程，支持无线通信算法验证。U2板卡结合FMC（FPGA Mezzanine Card）扩展卡可适应不同的特殊接口需求，解决了通信技术、网络研究、工业应用、国防工程和医疗等领域在板卡尺寸、复杂度、风险和成本方面的难题。 U2的硬件特性包括基于MINIITX架构的设计，配备1×Kintex-7系列FPGA，1×高引脚数VITA57.1标准的FMC接口，1×QSFP+高速接口，以及板载DDR3内存等。U2板卡的功能描述涵盖了图形化软件开发方法、硬件架构和软件驱动支持的板卡互联、为基带和中频信号处理提供的可重构硬件平台、丰富的FPGA资源、到中频及射频的数据和控制接口等。其应用场景包括无线通信、有线网络、高速光通信互连信号处理、雷达或电子战系统、数字信号处理算法实现和芯片验证等。 U2的工作环境以ATX电源供电，硬件架构上提供板卡尺寸描述、关键部件介绍、模块结构功能等信息。模块结构功能部分详细说明了主FPGA模块、时钟、复位、同步模块、电源模块等关键组件的功能和重要性。原理图概要部分提供了对Kintex-7 FPGA、电源管理、DDR3存储模块、HPCFMC、GTX传输、千兆以太网、QSFP+和时钟数等性能指标的描述。 文档中还提供了硬件手册，其中包括板卡尺寸、关键部件说明以及模块结构功能的详细解释。硬件手册还详细解释了电源模块的功能，包括板载OCXO的高性能和数据恢复时钟功能，支持单板2×2MIMO配置，并支持单板独立或多个板卡协同工作。 此外，手册还提到了支持的技术和学习资源，包括技术支持邮箱、论坛支持、官方技术交流QQ群、配套学习视频和电话支持等，为用户提供了全面的技术支持和学习材料。 U2基带板与FMC扩展卡结合，能够适应多种特殊接口需求，从而完美解决通信技术、网络研究、工业应用、国防工程和医疗等领域中的诸多难题。U2平台在电子科技大学现代通信系统实验室搭建以及合作伙伴“基于频谱感知的数据链网络动态接入”研发工作中都发挥了重要作用。 整体来看，U2基带信号处理板卡是一个功能强大的平台，能够支持包括无线通信、数字信号处理算法实现和芯片验证在内的多种应用场景。其低成本和可重构特性，使得它非常适合于教育、研发和工业应用领域，同时，丰富的硬件接口和灵活的编程方法，让用户能够快速开发和验证自己的无线通信算法。

GPS卫星信号 GPS卫星向用户发送的导航定位信号，不同于常用的无线电广播台所发送的调频调幅信号，而是利用伪随机噪声码（PRN码）传送导航电文的调相信号，是采用扩展频谱技术发送的卫星导航信号。GPS卫星信号采用组合码调制技术，将卫星导航电文经伪随机码扩频成为组合码，再对L频段的载波进行相移键控（BPSK)调制。 扩频技术(DSSS)——通过注入一个更高频率的信号将发送的基带信息扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统.

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C/A码的自相关特性 C/A码的自相关函数为： 式中，Gi(t) 为卫星SVi作为时间函数的C/A码Gold码序列；TCA为C/A码的基码宽度(977.5ns)；τ为自相关函数中时间移动的相位。典型C/A码归一化和简化的自相关函数如下图所示，其中τ以基码为单位。

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码跟踪环工作原理 首先将GPS数字中频信号与本地载波的同相及正交信号相乘，如果假设此时载波跟踪环提供的本地载波信号已经和GPS数字中频信号的频率达到同步，那么相乘后的信号已除去了载波成分，然后将本地产生的超前码、准时码和滞后码三路电码分别与前述已除去载波成分的信号分别相乘，并经过积分累加过程之后，进行码相位误差的检测，并将结果反馈给本地C/A码发生器，以调节本地C/A码的相位。 当本地C/A码信号与GPS数字中频信号的C/A码的相位差在半个码元宽度之内时，码跟踪环可以稳定的将两者的相位差检测出来。

载波跟踪环 载波跟踪环的作用为建立频率跟踪环路，对码跟踪环的复现信号的频率和真实的信号频率的差保持在很小的范围。 一般情况下，由于进来的卫星信号经过载频和码信号剥离之后，50Hz的导航电文数据调制信号还保留着，因此可能每隔20毫秒，I路和Q路的信号可能会产生180度的相位翻转。而如果I路和Q路信号的预检测积分不跨越数据的位过渡，科斯塔斯环对I路和Q路信号的这种180度相位翻转不敏感。 为了适应导航数据位跳变所造成的输入信号转相，GPS接收机一般都使用科思塔斯环（PLL)作为载波跟踪环路。

第1章 绪论 1. 1 引言 1. 2 扩频通信的基本原理 1. 2. 1 理想通信系统的带宽和S／N的互换关系 1. 2. 2 潜在抗干扰理论 1. 3 扩频通信中的基本参数 1. 4 本书的结构 参考文献 第2章 伪噪声序列 2. 1 引言 2. 2 伪噪声序列的性质及其产生 2. 2. 1 伪噪声序列的性质 2. 2. 2 伪噪声序列的相关性 2. 2. 3 伪噪声序列的部分相关 2. 3 m序列 2. 3. 1 m序列的性质 2. 3. 2 m序列相关函数的波形及功率谱 2. 3. 3 产生指定延迟的m序列及m序列的保密性研究 2. 3. 4 m序列的构造 2. 4 Gold序列及其他伪噪声码序列 2. 4. 1 Gold序列 2. 4. 2 其他伪噪声序列 参考文献 第3章 锁相环原理 3. 1 引言 3. 2 锁相环基本理论 3. 2. 1 一些基本公式 3. 2. 2 环路等效噪声带宽 3. 2. 3 数字锁相环的基本理论 参考文献 第4章 数字下变频器 4. 1 引言 4. 2 扩频通信中ADC参数的选择 4. 2. 1 ADC量化效应 4. 2. 2 数的表示法及其在量化中的影响 4. 2. 3 量化bit数的性能分析 4. 2. 4 在DDC中ADC的选择原则 4. 3 DDC的有效实现结构 4. 3. 1 数字混频器原理 4. 3. 2 同相 I 和正交 Q 的DDC实现结构 4. 4 DDC的多速率采样处理 4. 4. 1 整数M倍抽取 4. 4. 2 CIC滤波器 4. 5 采用CORDIC算法实现DDC 4. 5. 1 CORDIC运算器原理 4. 5. 2 CORDIC的VLSI结构 参考文献 第5章 直接数字频率合成器 5. 1 引言 5. 2 DDFS原理及其性能分析 5. 2. 1 直接数字频率合成器的工作原理 5. 2. 2 DDFS的杂散来源及其分布特性 5. 2. 3 改善DDFS杂散输出频谱的几种方法 5. 2. 4 DDFS的VLSI结构 5. 3 基于Galois域的数字控制振荡器 NCO 5. 3. 1 数字控制振荡器的数学原理 5. 3. 2 Galois域NCO的VLSI结构 参考文献 第6章 数字抑制载波跟踪环 6. 1 引言 6. 2 几种经典的载波跟踪环 6. 2. 1 抑制载波跟踪环的结构形式 6. 2. 2 松尾环的QPSK解调 6. 2. 3 16QAM解调环 6. 2. 4 通用载波恢复环 6. 3 数字Costas环的设计 6. 3. 1 数字Costas环的功能部件及参数设计 6. 3. 2 数字Costas环的VLSI结构 参考文献 第7章 扩频码序列的捕获 7. 1 引言 7. 2 统计随机信号检测理论的简单回顾 7. 2. 1 Bayes和Neyman Pearon假设检验 7. 2. 2 在加性高斯白噪声下对无衰落信号的非相干接收 7. 2. 3 吸收式Mark. v链和锁定检测理论 7. 3 几种典型的PN码捕获算法 7. 3. 1 相干扩频通信的PN码捕获算法 7. 3. 2 非相干扩频通信的PN码并行捕获算法 7. 3. 3 减少剩余码相位偏移效应的PN码捕获算法 7. 4 数字非相干混合并行捕获的VLSI结构 7. 4. 1 非相干混合并行捕获算法 7. 4. 2 非相干混合并行捕获算法映射至VLSI结构 7. 5 PN码捕获系统的自适应门限算法 7. 5. 1 单个数据样本的门限计算 7. 5. 2 基于窗口计数器的自适应门限算法 7. 5. 3 利用瞬时标定功率的自适应门限算法 参考文献 第8章 数字延迟锁定跟踪环 8. 1 引言 8. 2 DLL基本原理 8. 2. 1 全时间非相干DLL跟踪 8. 2. 2 单△型抖动环 TDL 跟踪 8. 3 关于PN码跟踪环性能的采样和量化效应分析 8. 3. 1 非等量采样 8. 3. 2 码跟踪环 8. 3. 3 环路分析 8. 4 抗多径效应的PN码跟踪算法 8. 4. 1 算法的系统描述 8. 4. 2 优化滤波器的加权 8. 5 数字非相干双△△DLL跟踪算法及VLSI结构 8. 5. 1 非相干双△DLL跟踪算法描述 8. 5. 2 环路参数设计及部分单元部件的VLSI结构 8. 5. 3 数字式非相干双△DLL的VLSI结构 8. 6 窄相关DLL原理及性能 8. 6. 1 窄相关DLL原理 8. 6. 2 窄相关DLL的统计特性分析 8. 6. 3 多径误差分析