以諧波抑制，無功補(bǔ)償為主要功能的有源電力濾波器的基本理論已經(jīng)成熟，但是市場尚無成熟的諧波有源抑制產(chǎn)品，同時電網(wǎng)諧波問題日益突出，因此需要對有源電力濾波器進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究。并聯(lián)有源電力濾波器以其安裝、維護(hù)方便，成為商用化產(chǎn)品的主流。所以本文針對并聯(lián)有源電力濾波器，展開產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究。 本文研究工作首先由如下工程問題引出：并聯(lián)有源電力濾波器在補(bǔ)償辦公樓電氣負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流時，會出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。辦公樓電氣負(fù)載主要是計(jì)算機(jī)、開關(guān)電源、不間斷電源、電壓型變頻器等，這些都是電壓型諧波源．本文以電容濾波型整流電路（電壓型諧波源）的分析作為切入點(diǎn)，基于“分段線性化”方法，對并聯(lián)有源電力濾波器補(bǔ)償電容濾波型整流負(fù)載進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)分析，得到系統(tǒng)的電流和電壓波形，進(jìn)而獲得其頻譜特性。通過本文所述穩(wěn)態(tài)分析方法，可以從理論上理解并聯(lián)有源電力濾波器補(bǔ)償電容濾波型整流負(fù)載的工作過程，對有源電力濾波器的應(yīng)用研究具有重要的理論和實(shí)際意義。 本文在分析辦公樓負(fù)載電氣特性的基礎(chǔ)上，建立了有源電力濾波器補(bǔ)償容性負(fù)載的簡化模型，依據(jù)該模型分析了負(fù)載中容性元件的電容值與諧波電流放大之間的關(guān)系；為了克服諧波放大現(xiàn)象，本文首先通過負(fù)載電流采樣環(huán)節(jié)后加裝濾波器的方式，將電流諧振頻率分量從采樣值中濾除，雖然達(dá)到了抑制諧波放大的目的，但是由于延時的引入，使得補(bǔ)償后網(wǎng)側(cè)電流畸變率（THD）急劇升高；然后根據(jù)這一思路，采用基于快速傅立葉變換（FFT）的有選擇諧波補(bǔ)償方法將電流諧振頻率分量從負(fù)載電流采樣值中濾除，使得系統(tǒng)在諧振頻率處變?yōu)殚_環(huán)控制，使系統(tǒng)穩(wěn)定。經(jīng)過對辦公樓負(fù)載的實(shí)際并網(wǎng)諧波補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)證明基于FFT的有選擇諧波補(bǔ)償方法對于抑制諧波放大是有效的。本創(chuàng)新點(diǎn)的研究工作對于實(shí)際工程應(yīng)用具有參考價值。 為了滿足大容量的諧波抑制要求，本文提出了模塊化有源電力濾波器并聯(lián)補(bǔ)償方案，該方案的特點(diǎn)是模塊化結(jié)構(gòu)及N+1冗余并聯(lián)控制策略、主從總線結(jié)構(gòu)及主機(jī)產(chǎn)生、負(fù)載電流檢測方案以及并聯(lián)均流策略。主機(jī)產(chǎn)生及負(fù)載電流檢測是這一并聯(lián)方案的突出特點(diǎn)，體現(xiàn)了本文的創(chuàng)新性工作。本文還對多模塊并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行了建模和穩(wěn)定性研究；依據(jù)模塊化并聯(lián)補(bǔ)償方案，在省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目的支持下，對有源電力濾波器進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化研究，從項(xiàng)目方案、設(shè)計(jì)、器件選型，樣機(jī)調(diào)試、滿功率運(yùn)行及性能檢測、樓宇負(fù)載與工業(yè)負(fù)載的實(shí)際并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，直至工業(yè)樣機(jī)定型，對有源電力濾波器的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究起了較大的推進(jìn)作用，支撐項(xiàng)目目前已經(jīng)有定型的工業(yè)化產(chǎn)品推出。 全文圍繞上述三個方面展開，章節(jié)分排如下：（1）第一章從實(shí)際應(yīng)用角度，總結(jié)闡述了有源電力濾波技術(shù)在諧波檢測、電流跟蹤控制、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三個方面的研究進(jìn)展；（2）第二章對并聯(lián)有源電力濾波器補(bǔ)償電容濾波型整流負(fù)載進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)分析；（3）第三章分析了有源電力濾波器補(bǔ)償容性負(fù)載時出現(xiàn)的諧波放大現(xiàn)象，并利用FFT方法使得系統(tǒng)在諧振頻率處變?yōu)殚_環(huán)控制，達(dá)到抑制諧波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源電力濾波器模塊化并聯(lián)方案，并詳細(xì)說明了模塊化并聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)；（5）第六章對全文進(jìn)行了總結(jié)，并對今后的研究工作進(jìn)行了展望。
標(biāo)簽： 并聯(lián) 工程 關(guān)鍵技術(shù)
上傳時間： 2013-04-24
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瑞泰開發(fā)板ICETEK-DM642的實(shí)驗(yàn)例程 實(shí)驗(yàn)5.1：發(fā)光二極管的顯示編程––––––––––––––––––– 85 實(shí)驗(yàn)5.2：定時器控制發(fā)光二極管的顯示–––––––––––––––– 90 實(shí)驗(yàn)5.3：音頻輸出––––––––––––––––––––––––– 94 實(shí)驗(yàn)5.4：BSL 測試––––––––––––––––––––––––– 97 實(shí)驗(yàn)5.5：FLASH 燒寫和程序自啟動（Boot Loader）–––––––––––99 第二章：基于 ICETEK-DM642-PCI 的基本圖象算法實(shí)現(xiàn)–––––––––––104 實(shí)驗(yàn)5.6---實(shí)驗(yàn)5.19：視頻驅(qū)動程序應(yīng)用––––––––––––––––104 實(shí)驗(yàn)5.20：視頻圖像處理-取反––––––––––––––––––––122 實(shí)驗(yàn)5.21：視頻圖像處理-直方圖統(tǒng)計(jì)–––––––––––––––––124 實(shí)驗(yàn)5.22：視頻圖像處理-直方圖均衡化增強(qiáng)––––––––––––––126 實(shí)驗(yàn)5.23：視頻圖像處理-中值濾波–––––––––––––––––– 129 實(shí)驗(yàn)5.24：視頻圖像處理-邊緣檢測（Sobel 算子）––––––––––––132 實(shí)驗(yàn)5.25：視頻圖像處理-傅立葉變換––––––––––––––––– 136 實(shí)驗(yàn)5.26：視頻圖像處理-彩色空間變換–––––––––––––––– 140 第三章：基于ICETEK-DM642-PCI 的FPGA 實(shí)現(xiàn)OSD 功能及圖象算法–––– 144 實(shí)驗(yàn)5.27---實(shí)驗(yàn)5.30：視頻圖像與圖形的疊加–––––––––––––144 第四章：基于ICETEK-DM642-PCI 的復(fù)雜圖象算法實(shí)現(xiàn)––––––––––– 148 實(shí)驗(yàn)5.31：視頻圖像處理-H.263 編碼解碼––––––––––––––––148 實(shí)驗(yàn)5.32：視頻圖像處理-JPEG2 編碼解碼–––––––––––––––153 實(shí)驗(yàn)5.33：視頻圖像處理-MPEG2 編碼解碼–––––––––––––––157 實(shí)驗(yàn)5.34：視頻圖像處理-運(yùn)動圖像檢測––––––––––––––––162 第五章：基于ICETEK-DM642-PCI 的圖象網(wǎng)絡(luò)算法實(shí)現(xiàn)–––––––––––166 實(shí)驗(yàn)5.35：視頻圖像處理-JPEG 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)–––––––––––––––166 實(shí)驗(yàn)5.36：視頻圖像處理-雙路JPEG 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)–––––––––––––170 實(shí)驗(yàn)5.37：視頻圖像處理-視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器––––––––––––––– 174 實(shí)驗(yàn)5.38：視頻圖像處理-視頻網(wǎng)絡(luò)客戶端––––––––––––––– 179 第六章：基于ICETEK-DM642-PCI 的語音算法實(shí)現(xiàn)：–––––––––––––184 實(shí)驗(yàn)5.39：語音處理-數(shù)字回聲–––––––––––––––––––– 184 實(shí)驗(yàn)5.40：語音處理-濾波處理–––––––––––––––––––– 187 實(shí)驗(yàn)5.41：語音處理-濾波處理1––––––––––––––––––– 189 第七章：基于ICETEK-DM642-PCI 的上位機(jī)通訊實(shí)驗(yàn)–––––––––––– 191 實(shí)驗(yàn)5.42：通信-異步串口––––––––––––––––––––––191 實(shí)驗(yàn)5.43：通信-PCI 總線–––––––––––––––––––––– 194 實(shí)驗(yàn) 5.44：視頻圖像處理-生成圖像文件–––––––––––––––– 198
標(biāo)簽： ICETEK-DM EDUlabv 642
上傳時間： 2013-05-31
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快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)是數(shù)字信號處理中的核心技術(shù)，它已廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理的各個領(lǐng)域，長期以來一直是一個重要的研究課題。近年來，專用數(shù)字信號處理器以其優(yōu)化的硬件結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能價格比為FFT的實(shí)現(xiàn)提供了一種有效的途徑，其中最具有代表性的是美國TI公司的TMS320系列DSP。 本文首先分析了常用FFT算法原理，并進(jìn)行了算法的討論和比較，然后詳細(xì)論述了以浮點(diǎn)型DSP為核心的實(shí)現(xiàn)FFT算法的硬件平臺的設(shè)計(jì)。平臺的硬件電路主要包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、數(shù)據(jù)存儲部分和數(shù)據(jù)顯示部分。其中采集部分采用12位高速的A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX197，數(shù)據(jù)處理部分采用32位浮點(diǎn)型DSP芯片-TMS320VC33，數(shù)據(jù)存儲部分采用了大容量的FLASH芯片——K9F2808UOA，數(shù)據(jù)顯示部分采用PHILIPS公司的高亮度、寬視角的TFT彩色液晶顯示屏。 為了擴(kuò)展系統(tǒng)的通信能力，通信接口我們選擇CAN總線。軟件部分選用了頻率抽取基2FFT、分裂基FFT和實(shí)序列FFT算法，用C語言進(jìn)行編程。最后部分是進(jìn)行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了FFT算法實(shí)現(xiàn)。 論文結(jié)尾以實(shí)際的實(shí)驗(yàn)曲線分析驗(yàn)證了算法的正確性，同時針對實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的誤差找出了原因，并提出了解決的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用浮點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)FFT算法方便且有較高的實(shí)時性，可以應(yīng)用到電力系統(tǒng)諧波分析、振動測試及鐵路檢測等各個領(lǐng)域。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，語音識別研究大部分集中在算法設(shè)計(jì)和改進(jìn)等方面，而隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路規(guī)模的不斷增大與各種研發(fā)技術(shù)水平的不斷提高，新的硬件平臺的推出，語音識別實(shí)現(xiàn)平臺有了更多的選擇。語音識別技術(shù)在與DSP、FPGA、ASIC等器件為平臺的嵌入式系統(tǒng)結(jié)合后，逐漸向?qū)嵱没⑿⌒突较虬l(fā)展。 本課題通過對現(xiàn)有各種語音特征參數(shù)與孤立詞語音識別模型進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探索基于動態(tài)時間規(guī)整算法的DTW模型在孤立詞語音識別領(lǐng)域的應(yīng)用，并結(jié)合基于FPGA的SOPC系統(tǒng)，在嵌入式平臺上實(shí)現(xiàn)具有較好精度與速度的孤立詞語音識別系統(tǒng)。 本系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)基于DE2開發(fā)平臺,采用基于Nios II的SOPC技術(shù)。采用這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了片上系統(tǒng)，減少了系統(tǒng)的物理體積和總體功耗；同時系統(tǒng)控制核心都在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，可以極為方便地更新和升級系統(tǒng)，大大地提高了系統(tǒng)的通用性和可維護(hù)性。 此外，由于本系統(tǒng)需要大量的高速數(shù)據(jù)運(yùn)算，在設(shè)計(jì)中作者充分利用了Cyclone II芯片的豐富的硬件乘法器，實(shí)現(xiàn)了語音信號的端點(diǎn)檢測模塊，F(xiàn)FT快速傅立葉變換模塊，DCT離散余弦變換模塊等硬件設(shè)計(jì)模塊。為了提高系統(tǒng)的整體性能，作者充分利用了FPGA的高速并行的優(yōu)勢，以及配套開發(fā)環(huán)境中的Avalon總線自定義硬件外設(shè)，使系統(tǒng)處理數(shù)字信號的能力大大提高，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的微控制器和普通DSP芯片。 本論文主要包含了以下幾個方面： （1）結(jié)合ALTERA CYCLONE II芯片的特點(diǎn)，確定了基于FPGA語音識別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)的軟硬件的選擇和設(shè)計(jì)。 （2）自主設(shè)計(jì)了純硬件描述語言的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)，完成了高速語音采集的工作，并且對存儲數(shù)據(jù)芯片SRAM中的原始語音數(shù)據(jù)進(jìn)行提取導(dǎo)入MATLAB平臺測試數(shù)據(jù)的正確性。整個程序測試的方式對系統(tǒng)的模塊測試起到重要的作用。 （3）完成高速定點(diǎn)256點(diǎn)的FFT模塊的設(shè)計(jì)，此模塊是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時的運(yùn)算。 （4）結(jié)合SOPC的特性，設(shè)計(jì)了人機(jī)友好接口，如LCD顯示屏的提示反饋信息等等，以及利用ALTERA提供的一些驅(qū)動接口設(shè)計(jì)完成用戶定制的系統(tǒng)。 （5）進(jìn)行了整體系統(tǒng)測試，系統(tǒng)可以較穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)實(shí)時處理的目的，具有一定的市場潛在價值。
標(biāo)簽： FPGA 語音識別 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上傳時間： 2013-05-23
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現(xiàn)代數(shù)字信號處理對實(shí)時性提出了很高的要求，當(dāng)最快的數(shù)字信號處理器(DSP)仍無法達(dá)到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產(chǎn)品。隨著可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展，具有強(qiáng)大并行處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數(shù)字濾波、相關(guān)運(yùn)算等數(shù)字信號處理算法的高效實(shí)現(xiàn)。 首先，針對圖像聲納實(shí)時性的要求和FPGA片內(nèi)資源的限制，設(shè)計(jì)了級聯(lián)和并行遞歸兩種結(jié)構(gòu)的FFT處理器。文中詳細(xì)討論了利用流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)提高FFT處理器運(yùn)算速度的方法，并針對蝶形運(yùn)算的特點(diǎn)提出了一些優(yōu)化和改進(jìn)措施。 其次，分析了具有相同結(jié)構(gòu)的數(shù)字濾波和相關(guān)運(yùn)算的特點(diǎn)，采用了有乘法器和無乘法器兩種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)乘累加(MAC)運(yùn)算。無乘法器結(jié)構(gòu)采用分布式算法(DA)，將乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為FPGA易于實(shí)現(xiàn)的查表和移位累加操作，顯著提高了運(yùn)算效率。此外，還對相關(guān)運(yùn)算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進(jìn)行了研究。 最后，完成了圖像聲納預(yù)處理模塊。在一片EP2S60上實(shí)現(xiàn)了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實(shí)驗(yàn)表明，本論文所有算法均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字信號處理 算法研究
上傳時間： 2013-06-09
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隨著人們對數(shù)字電視和數(shù)字視頻信息的需求越來越大，數(shù)字電視廣播在中國迅速的發(fā)展起來。近幾年，數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)技術(shù)逐漸成熟，數(shù)字電視地面廣播（DTTB）傳輸標(biāo)準(zhǔn)也于2006年8月30號正式出臺。此標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)是由我國多家單位聯(lián)合研究的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字地面電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)。DTTB系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的研究與仿真，具有巨大的實(shí)用價值和廣闊的市場前景。 @@ 本文首先研究了地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)中平方根升余弦（SRRC）濾波器（滾降系數(shù)為0．05）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了一種適合在FPGA中實(shí)現(xiàn)的高階高速FIR濾波器的并行流水線結(jié)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，以CSD數(shù)優(yōu)化濾波器系數(shù)，并運(yùn)用簡化加法器圖（Reduced Adder Graph，RAG）算法進(jìn)行改進(jìn)，最后采用并行處理的轉(zhuǎn)置型流水線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 @@ 接著研究數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)采用的傳輸技術(shù)-OFDM的基本概念和技術(shù)特點(diǎn)，并研究了清華大學(xué)提出的DMB-T方案中TDS-OFDM信號幀的組成結(jié)構(gòu)以及相關(guān)原理。 @@ 最后，本文針對OFDM調(diào)制所需要的3780點(diǎn)FFT處理器進(jìn)行研究。為了保證OFDM信號的采樣率和時域?qū)ьl的采樣率相同，以達(dá)到較好的同步性能，采用了3780個正交子載波的設(shè)計(jì)方案。在實(shí)現(xiàn)過程中，分析比較了多種算法的計(jì)算復(fù)雜性，設(shè)計(jì)出在硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度上進(jìn)行優(yōu)化的3780點(diǎn)FFT處理器的數(shù)據(jù)流流水線算法。之后，通過定點(diǎn)仿真比較各模塊輸出的動態(tài)范圍和概率分布，設(shè)計(jì)出定點(diǎn)字長的優(yōu)化方案，并分析計(jì)算了這一處理器的輸出信噪比與內(nèi)部各模塊字長的關(guān)系，進(jìn)一步降低了硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。 @@關(guān)鍵字：數(shù)字電視地面廣播傳輸（DTTB）；平方根升余弦濾波器（SRRC）；正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）；快速傅立葉變換（FFT）； 3780
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字D類音頻放大器，也叫數(shù)字脈沖調(diào)制放大器，具有效率高，低電壓，低失真的特點(diǎn)，在低成本，高性能的消費(fèi)類產(chǎn)品特別是便攜式設(shè)備中得到越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字D類放大器包括數(shù)字脈沖寬度調(diào)制（PWM）和輸出級（含低通濾波器）兩個部分，數(shù)字PWM又包括兩個部分，采樣處理和脈沖產(chǎn)生。傳統(tǒng)的采樣處理算法運(yùn)算復(fù)雜，硬件實(shí)現(xiàn)成本高，面積大，從而導(dǎo)致功耗也大，不適合當(dāng)今向低功耗發(fā)展的趨勢。 本文在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上提出了一種新的算法，該算法不包括乘法或者除法這些計(jì)算復(fù)雜和非常消耗硬件資源的單元，只含加法和減法運(yùn)算。在推導(dǎo)出該算法的傅立葉表達(dá)式后，在MATLAB的simulink中建立系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真以驗(yàn)證算法的可行性，在輸入信號頻率為1kHZ，采樣頻率為48kHZ，電源電壓為10V，輸出負(fù)載為4Ω的條件下，得到的總諧波失真為0．12％，符合D類放大器的性能要求。本文還在基于Xilinx公司的Spartan-3系列FPGA的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了該算法的電路結(jié)構(gòu)，綜合結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)基于本文算法的數(shù)字D類音頻系統(tǒng)所需要的硬件資源大大減少，從而減少了功耗。 關(guān)鍵詞：D類放大器；脈沖寬度調(diào)制；采樣算法；數(shù)字音頻放大器；FPGA
上傳時間： 2013-07-19
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本文主要研究了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的關(guān)鍵技術(shù)以及硬件實(shí)現(xiàn)方法。首先，提出了認(rèn)知無線電頻譜感知功能的硬件實(shí)現(xiàn)框圖，包括射頻前端部分和數(shù)字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點(diǎn)介紹了數(shù)字信號處理部分的FPGA實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證過程。 數(shù)字處理部分主要實(shí)現(xiàn)寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數(shù)字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實(shí)現(xiàn)并行多通道的數(shù)字下變頻，然后對每個信道進(jìn)行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關(guān)系。整個系統(tǒng)主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點(diǎn)開關(guān)式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區(qū)、256點(diǎn)流水線FFT模塊等。 本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統(tǒng)采用全同步設(shè)計(jì)，可穩(wěn)定工作于200MHz，其分析帶寬高達(dá)65MHz，具有很高的使用價值。
標(biāo)簽： FPGA 認(rèn)知無線電 感知功能
上傳時間： 2013-07-09
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JPEG 2000是為適應(yīng)不斷發(fā)展的圖像壓縮應(yīng)用而出現(xiàn)的新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達(dá)到時(空)域或頻率域局部化的時頻域或空頻域分析方法，其多尺度分解特性符合人類的視覺機(jī)制，更加適用于圖像信息的處理。提升小波變換是一類不采用傅立葉變換做為主要分析工具的小波變換新方法，提升小波變換的提出大大簡化了小波變換的計(jì)算，使其在實(shí)時信號處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通過提升的方法很容易構(gòu)造一般的整數(shù)小波變換，由于圖像一般用位數(shù)較低的整數(shù)表示，整數(shù)小波變換可以將為整數(shù)序列的圖像矩陣映射成整數(shù)小波系數(shù)矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設(shè)計(jì)。在當(dāng)今數(shù)字化和信息化時代背景下，研究具有高速硬件處理功能的可變程邏輯器件在圖像壓縮算法領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。 本文旨在探討和研制基于FPGA的小波變換模塊的可能性和方法。本文采用Xilinx公司的Spartan-Ⅲ系列芯片，根據(jù)JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法，設(shè)計(jì)圖像壓縮系統(tǒng)的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統(tǒng)小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續(xù)小波時頻局域性的特征，離散小波變換系數(shù)的意義，多分辨分析引出的構(gòu)造小波基的系統(tǒng)方法和計(jì)算離散小波的快速算法等。重點(diǎn)放在介紹正交小波和雙正交小波的構(gòu)造方法，并介紹了數(shù)字圖像在小波域的特點(diǎn)。討論了提升小波變換的基本思想，討論了用提升方法構(gòu)造小波基以及傳統(tǒng)小波變換的提升實(shí)現(xiàn)，討論了整數(shù)小波變換。 第二部分介紹了FPGA結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發(fā)展趨勢及FPGA/CPLD基本結(jié)構(gòu)，然后重點(diǎn)介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及Xilinx的FPGA開發(fā)軟件ISE，最后介紹了硬件描述語言VHDL語言的特點(diǎn)。 最后一部分是本論文研究的主要內(nèi)容，即JPEG 2000中最核心的算法-提升格式小波變換的一維變換模塊設(shè)計(jì)和二維變換模塊設(shè)計(jì)。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)-低速低功耗的串行流水線結(jié)構(gòu)和高速高功耗的并行陣列結(jié)構(gòu)。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)-低速低功耗的折疊結(jié)構(gòu)和高速高功耗的串行結(jié)構(gòu)。 文章對提升小波變換的FPGA實(shí)現(xiàn)中的大量細(xì)節(jié)問題進(jìn)行了討論，給出了每種結(jié)構(gòu)提升小波變換模塊的電路原理圖，并對原理圖進(jìn)行了仿真測試，仿真測試結(jié)果不僅表明了模塊功能的正確性，而且表明不同小波模塊可以滿足相應(yīng)領(lǐng)域的實(shí)際要求。
上傳時間： 2013-06-08
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，適合無線通信的高速化、寬帶化及移動化的需求，將成為下一代無線通信系統(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計(jì)技術(shù)，深入分析了基于FFT級聯(lián)的信道估計(jì)理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計(jì)理論，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計(jì)算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗(yàn)證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進(jìn)行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評價OFDM系統(tǒng)在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了各個模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點(diǎn)運(yùn)算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)并自定義了24位的浮點(diǎn)運(yùn)算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運(yùn)算，在系統(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)運(yùn)算精度；然后重點(diǎn)描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進(jìn)、優(yōu)化和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實(shí)現(xiàn)算法運(yùn)算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計(jì)方案，使之運(yùn)用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當(dāng)中并加以實(shí)現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個OFDM的基帶處理系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)計(jì)的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)為OFDM通信系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標(biāo)簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-07-25
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