數字信號處理是信息科學中近幾十年來發展最為迅速的學科之一.目前,數字信號處理廣泛應用于通信、雷達、聲納、語音與圖像處理等領域.而數字信號處理算法的硬件實現一般來講有三種方式:用于通用目的的可編程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片組和ASIC;可以由用戶編程的FPGA芯片.隨著微電子技術的發展,采用現場可編程門陣列FPGA進行數字信號處理得到了飛速發展,FPGA正在越來越多地代替ASIC和PDSP用作前端數字信號處理的運算.該文主要探討了基于FPGA數字信號處理的實現.首先詳細闡述了數字信號處理的理論基礎,重點討論了離散傅立葉變換算法原理,由于快速傅立葉變換算法在實際中得到了廣泛的應用,該文給出了基-2FFT算法原理、討論了按時間抽取FFT算法的特點.該論文對硬件描述語言的描述方法和風格做了一定的探討,介紹了硬件描述語言的開發環境MAXPLUSII.在此基礎上,該論文詳細闡述了數字集成系統的高層次設計方法,討論了數字系統設計層次的劃分和數字系統的自頂向下的設計方法,探討了數字集成系統的系統級設計和寄存器傳輸級設計,描述了數字集成系統的高層次綜合方法.最后該文描述了數字信號處理系統結構的實現方法,指出常見的高速、實時信號處理系統的四種結構;由于FFT算法在數字信號處理中占有重要的地位,所以該文提出了用FPGA實現FFT的一種設計思想,給出了總體實現框圖;重點設計實現了FFT算法中的蝶形處理單元,采用了一種高效乘法器算法設計實現了蝶形處理單元中的旋轉因子乘法器,從而提高了蝶形處理器的運算速度,降低了運算復雜度.
上傳時間： 2013-07-19
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由于信道中存在干擾,數字信號在信道中傳輸的過程中會產生誤碼.為了提高通信質量,保證通信的正確性和可靠性,通常采用差錯控制的方法來糾正傳輸過程中的錯誤.本文的目的就是研究如何通過差錯控制的方法以提高通信質量,保證傳輸的正確性和可靠性.重點研究一種信道編解碼的算法和邏輯電路的實現方法,并在硬件上驗證,利用碼流傳輸的測試方法,對設計進行測試.在以上的研究基礎之上,橫向擴展和課題相關問題的研究,包括FPGA實現和高速硬件電路設計等方面的研究. 糾錯碼技術是一種通過增加一定的冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法.RS碼是一種典型的糾錯碼,在線性分組碼中,它具有最強的糾錯能力,既能糾正隨機錯誤,也能糾正突發錯誤.在深空通信,移動通信以及數字視頻廣播等系統中具有廣泛的應用,隨著RS編碼和解碼算法的改進和相關的硬件實現技術的發展,RS碼在實際中的應用也將更加廣泛. 在研究中,對所研究的問題進行分解,集中精力研究課題中的重點和難點,在各個模塊成功實現的基礎上,成功的進行系統組合,協調各個模塊穩定的工作. 在本文中的EDA設計中,使用了自頂向下的設計方法,編解碼算法每一個子模塊分開進行設計,最后在頂層進行元件例化,正確實現了編碼和解碼的功能. 本文首先介紹相關的數字通信背景；接著提出糾錯碼的設計方案,介紹RS(31,15)碼的編譯碼算法和邏輯電路的實現方法,RTL代碼編寫和邏輯仿真以及時序仿真,并討論了FPGA設計的一般性準則以及高速數字電路設計的一些常用方法和注意事項；最后設計基于FPGA的硬件電路平臺,并利用靜態和動態的方法對編解碼算法進行測試. 通過對編碼和解碼算法的充分理解,本人使用Verilog HDL語言對算法進行了RTL描述,在Altera公司Cyclone系列FPGA平臺上面實現了編碼和解碼算法. 其中,編碼的最高工作頻率達到158MHz,解碼的最高工作頻率達到91MHz.在進行硬件調試的時候,整個系統工作在30MHz的時鐘頻率下,通過了硬件上的靜態測試和動態測試,并能夠正確實現預期的糾錯功能.
上傳時間： 2013-07-01
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本文首先介紹了利用FPGA設計數字電路系統的流程和雷達數字信號處理的主要內容。 在第二章中主要闡述了FIR數字濾波器的窗函數設計方法，并應用FIR濾波器設計數字動目標顯示和數字動目標檢測系統；脈沖壓縮處理是現代雷達信號處理的一個重要組成部分，線性調頻信號和二相巴克碼的脈沖壓縮處理方法在第三章做了重點描述。 Cyclone系列芯片是高性價比，基于1.5V、0.13um采用銅制層的SRAM工藝。它是第一種支持配置數據解壓的FPGA芯片。論文設計的最后部分是利用Altera公司Cyclone系列FPGA芯片EP1C6F256C6和EPCS4配置芯片設計設計SD轉換器，在QuartusⅡ4.0下采用VHDL語言和邏輯電路圖結合的設計方法，經過仿真并最終實現了硬件設計。 設計結果表明電路性能可靠，SD轉換的精度較高，完全滿足設計的要求。
上傳時間： 2013-06-26
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標準，其優良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應用領域。JPEG2000算法非常復雜，圖像編碼過程占用了大量的處理器時間開銷和內存開銷，因而通過對JPEG2000算法進行優化并采用硬件電路來實現JPEG2000標準的部分或全部內容，對加快編碼速度從而擴展其應用領域有重要的意義。 本文的研究主要包括兩方面的內容，其一是JPEG2000算術編碼器算法的研究與硬件設計，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優化算法的設計。在研究算術編碼器過程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態機和二級流水線技術，并在不影響關鍵路徑的情況下通過對算術編碼步驟優化采用硬件描述語言對算術編碼器進行了設計，并通過了功能仿真與綜合。實驗證明該設計不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設計的復雜度低且易于控制。 在研究碼率控制算法過程中，首先結合率失真理論建立了算法的數學模型，并驗證了該算法的有效性，之后深入分析了該數學模型的實現流程，找出影響算法效率的關鍵路徑。在對算法優化時采用黃金分割點算法代替原來的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實驗證明，采用優化算法在增加少量系統資源的情況下使得計算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實現，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長”值從大到小通道編碼順序進行編碼，通過對該算法的仿真驗證，得出在固定碼率條件下新算法將產生更少的失真。
上傳時間： 2013-07-13
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最新的研究進展是OFDM的出現，并且在2000年出現了第一個采用此技術的無線標準(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它與TDMA及CDMA相比能處理更高數據速率，因此可以預想在第四代系統中也將使用此技術。 寬帶應用和高速率數據傳輸是OFDM調制/多址技術通信系統的重要特征之一。作者通過參與國家863計劃項目“OFDM通信系統”一年以來的研發工作，對OFDM通信系統及相關技術有了深入的理解，積累了大量實際經驗，并在相關工作中取得了部分研究成果。 另一方面，關于寬帶自適應均衡技術的研究在近年來也引起了廣泛的關注。它是補償信道畸變的重要的技術之一。作者通過參與該項目FPGA部分的開發與調試工作，基于單片FPGA實現了均衡部分；此外，作者在頻域自適應均衡算法方面也取得了一些理論成果。 本文的主體部分就是根據上述工作的內容展開的。 首先介紹了本課題相關技術的發展情況，主要包括：OFDM系統的技術原理、技術優勢、歷史和現狀，均衡技術的特點和發展等。末尾敘述了本課題的來源和研究意義，并簡介了作者的主要工作和貢獻。確定將WSSUS分布和瑞利衰落作為本文研究的信道模型。主要分析了常用的時域均衡器，均是單載波非擴頻數字調制中常用到的均衡器和均衡算法，為接下來的進一步研究作理論參考。 接著，論述了均衡必須用到的信道估計技術。重點就該方案的核心算法(頻域均衡算法)進行了數學上進行了較深入的研究，建立系統模型，并據此推導了三種頻域均衡的算法：頻域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，頻域線性內插。采用WSSUS信道模型進行了計算機仿真，得出了采用這些均衡算法在不同條件下的性能曲線。并且系統地、有重點地對該方案的原理和實質進行了較深入的討論。歸納比較了各種算法的算法復雜度和能達到的性能，并且結合信道糾錯編解碼進行了細致的分析。進一步嘗試設計了無線局域網OFDM系統的設計，采用典型的歐洲Hyperlan2系統為例，把研究成果引入到實際的整個系統中來看。結合具體的系統指出了該均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的應用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型號芯片針對OFDM系統實現頻域自適應均衡的方法，主要給出了設計方法、時序仿真結果和處理速度估值等；并結合最新的FPGA發展動態和特點，對基于FPGA實現其他均衡算法的升級空間進行了討論。 本文的結束語中，對作者在本文中所作貢獻進行了總結，并指出了仍有待深入研究的幾個問題。
上傳時間： 2013-04-24
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系統向高速率和大容量擴展的主要障礙，尤其是160Gb/s光傳輸系統中，由PMD引起的脈沖畸變現象更加嚴重。為了克服PMD帶來的危害，國內外已經開始了對PMD補償的研究。但是目前的補償系統復雜、成本高且補償效果不理想，因此采用前向糾錯(FEC)和偏振擾偏器配合抑制PMD的方法，可以實現低成本的PMD補償。 在實驗中將擾偏器連入光時分復用系統，通過觀察其工作前后的脈沖波形，發現擾偏器的應用改善了系統的性能。隨著系統速率的提高，對擾偏器速率的要求也隨之提高，目前市場上擾偏器的速率無法滿足160Gb/s光傳輸系統要求。通過對偏振擾偏器原理的分析，決定采用高速控制電路驅動偏振控制器的方法來實現高速擾偏器的設計。擾偏器采用鈮酸鋰偏振控制器，其響應時間小于100ns，是目前偏振控制器能夠達到的最高速率，但是將其用于160Gb/s高速光通信系統擾偏時，這個速率仍然偏低，因此，提出采用多段鈮酸鋰晶體并行擾偏的方法，彌補鈮酸鋰偏振控制器速率低的問題。通過對幾種處理器的分析和比較，選擇DSP+FPGA作為控制端，DSP芯片用于產生隨機數據，FPGA芯片具有豐富的I/O引腳，工作頻率高，可以實現大量數據的快速并行輸出。這樣的方案可以充分發揮DSP和FPGA各自的優勢。另外對數模轉換芯片也要求響應速度快，本論文以FPGA為核心，完成了FPGA與其它芯片的接口電路設計。在QuartusⅡ集成環境中進行FPGA的開發，使用VHDL語言和原理圖輸入法進行電路設計。 本文設計的偏振擾偏器在高速控制電路的驅動下，可以實現大量的數據處理，采用多段鈮酸鋰晶體并行工作的方法，可以提高偏振擾偏器的速率。利用本方案制作的擾偏器具有高擾偏速率，適合應用于160Gb/s光通信系統中進行PMD補償。
上傳時間： 2013-04-24
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激光測距是激光技術在軍事上最早和最成熟的應用，自1961．年美國休斯飛機公司研制成功世界上第一臺激光測距機之后，激光測距技術發展迅速。如今，它已經被廣泛運用于軍用領域和民用領域。為了進一步提高我國激光測距水平，研制更高性能激光測距機依然是我國國防科技研究中的重要課題之一。其中，測距精度是激光測距機的一個重要參數。而激光測距機能否準確的檢測激光回波信號將直接影響測距精度。 脈沖激光測距系統主要包括激光發射子系統、激光回波探測子系統、回波檢測與主控子系統、終端顯示子系統等組成。其中設計高精度激光回波檢測與主控子系統是實現高精度激光測距的核心問題。傳統激光回波檢測與主控子系統通常采用分立元件和小規模集成電路設計，電路復雜且精度較低。隨著數字電路設計技術的發展，已出現大規模可編程邏輯器件FPGA(現場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)。采用FPGA代替傳統的分立元件和小規模集成電路來設計激光回波檢測與主控子系統，不僅提高了回波檢測精度，同時簡化了整個測距系統的設計。 本文研究了將激光回波信號直接送入FPGA進行檢測的方案。同時，采用這種方案設計了一種激光回波檢測系統，并把它成功運用在一引信項目中。這種方案電路設計簡單，易于實現。在實際應用中，由于激光回波探測子系統只是完成由光信號到電信號的轉換及簡單放大，理論分析和試驗結果均表明，采用該方案進行回波檢測的精度較低，這種回波檢測方法也只能應用在測距精度要求低的項目中。 為了滿足另一高精度測距項目的需要，在FPGA直接進行激光回波檢測方案的基礎上，設計了一種高精度激光回波檢測系統。文中介紹了其實現原理，理論上分析了該系統所能達到的回波檢測精度及整機測距系統的測距精度。與第一種方案相比，該方案引入了超高速數據采集電路。由于采樣速率高達lGsps，該方案實現的難點在于如何保證數據采集電路的穩定工作。文中從總體方案的設計，到器件的選型，硬件電路板的實現等方面做了詳細的闡述，最終完成了系統硬件電路設計。接著介紹了系統程序設計。后面給出了試驗測試結果，該系統工作穩定，性能良好。系統設計中引入的超高速數據采集電路有著廣泛的應用，為其他相關設計提供了參考。最后，對全文做了工作總結，并給出了接下來的后續工作與展望。 本文在高速FPGA對激光回波信號檢測方向取得了一定的成果，為進一步研究提供了參考價值。
上傳時間： 2013-06-13
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數字信息在有噪聲的信道中傳輸時，受到噪聲的影響，誤碼總是不可避免的。根據香農信息理論，只要使Es/N0足夠大，就可以達到任意小的誤碼率。采用差錯控制編碼，即信道編碼技術，可以在一定的Es/N0條件下有效地降低誤碼率。按照對信息元處理方式不同，信道編碼分為分組碼與卷積碼兩類。卷積碼的k0和n0較小，實現最佳譯碼與準最佳譯碼更加容易。卷積碼運用廣泛，被ITU選入第三代移動通信系統，作為包括WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA在內的信道編碼的標準方案。 本文研究了CDMA2000業務通道中的幀結構，對CDMA2000系統中的卷積碼特性及維特比譯碼的性能限進行了分析，并基于MATLAB平臺做了相應的譯碼性能仿真。我們設計了一種可用于CDMA2000通信系統的通用、高速維特比譯碼器。該譯碼器在設計上具有以下創新之處：(1)采用通用碼表結構，支持可變碼率；幀控制模塊和頻率控制器模塊的設計中采用計數器、定時器等器件實現了可變幀長、可變數據速率的數據幀處理方式。(2)結合流水線結構思想，利用四個ACS模塊并行運行，加快數據處理速度；在ACS模塊中，將路徑度量值存貯器的存儲結構進行優化，防止數據讀寫的阻塞，縮短存儲器讀寫時間，使譯碼器的處理速度更快。(3)為了防止路徑度量值和幸存路徑長度的溢出，提出了保護處理策略。我們還將設計結果在APEXEP20K30E芯片上進行了硬件實現。該譯碼器芯片具有可變的碼率和幀長處理能力，可以運行于40MHZ系統時鐘下，內部最高譯碼速度可達625kbps。本文所提出的維特比譯碼器硬件結構具有很強的通用性和高速性，可以方便地應用于CDMA2000移動通信系統。
上傳時間： 2013-06-24
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近年來LED顯示技術發展迅速,LED全彩顯示屏得到了廣泛的應用.LED顯示技術涵蓋了微機控制、視頻、光學、機械和數字圖像處理等多種技術.針對現有LED顯示系統數據傳輸和顯示存在的缺陷和開發難度,本文提出并實現了一種新型的LED顯示系統方案.該方案把ARM處理器應用到LED顯示屏中,采用FPGA技術開發了LED顯示屏系統.本文主要討論了利用網絡傳輸LED顯示數據的實現方法,包括嵌入式系統的設計以及TCP/IP協議的實現等分析和設計工作.全文分為七章,首先提出現有LED顯示系統數據傳輸和顯示存在的缺陷和開發難度,然后提出新的LED顯示系統方案,并論證該方案的可行性.接著闡述了作者采用的嵌入式系統的設計方法和過程.第三章和第四章是嵌入式系統的設計和TCP/IP協議的實現,其中包括硬件和軟件的設計以及嵌入式操作系統μ C/OS-Ⅱ的移植.詳細地分析了基于LPC2214芯片的操作系統移植步驟和過程.本文使用的是1wIP網關協議,把其應用于μ C/OS-Ⅱ,實現了LED顯示屏的網絡通信,還分析了RTL8019芯片的工作過程,編寫了有關驅動代碼.在第五章和第六章中闡述了LED顯示屏顯示原理和利用FPGA實現LED顯示的驅動開發過程,利用占空比法實現LED顯示屏的灰度顯示,使用VHDL語言描述LED顯示屏的灰度實現邏輯.最后根據本文的方案實現了LED顯示屏的彩色顯示,通過分析比較,該方案可行并且達到了預定的要求.
上傳時間： 2013-04-24
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信息技術的不斷發展,對信息的安全提出了更高的要求.在應用公鑰密碼體制的時候,對密鑰長度要求越來越大,處理的速度要求越來越快.而基于橢圓曲線離散對數問題的橢圓曲線密碼體制,因其每比特最大的安全性,受到了越來越廣泛的注意.橢圓曲線密碼體制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速實現也成為一個關注的方面.該文按照確定有限域、選取曲線參數、劃分結構模塊、優化模塊算法、實現模塊設計,驗證模塊功能的順序進行書寫.為了硬件實現上的方便,設計選擇了含有Ⅱ型優化正規基的伽略域GF(2191),并在該域上構造了隨機的橢圓曲線.根據層次化、結構化的設計思路,將橢圓曲線上的標量乘法運算劃分成兩個運算層次:橢圓曲線上的運算和有限域上的運算.模塊劃分之后,利用自底向上的設計思路,主要針對有限域上的乘法運算進行了重要的改進,并對加法群中的標量乘運算的算法進行了分析、證明,以達到面積優化和快速執行的效果.具體設計中,采用硬件描述語言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平臺上進行電路設計.完成了各個模塊的設計輸入和仿真.設計選用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方軟件Quartus Ⅱ 2.2進行綜合、布局、布線和時序仿真.文中給出了橢圓曲線上的點加、倍點和標量乘法模塊的具體設計結構框圖.并且根據橢圓曲線的標量乘特點,提出了合適的驗證方案.該設計完成了橢圓曲線上的標量乘法運算.設計主要針對資源受限的應用環境:改進了有限域上的乘法運算、使用了沒有預處理的標量乘算法.改進后的橢圓曲線標量乘法需要2,741,998個邏輯單元,在100MHz的時鐘約束下,運行一次標量乘法運算需要567.69us.該次設計的結果可以直接用來構造橢圓曲線上的簽名、驗證、密鑰交換等算法.
上傳時間： 2013-05-24
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