正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，具有頻譜利用率高、抗多徑干擾能力強、成本低等特點，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(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了24位的浮點運算格式，參與傅立葉反變換和傅立葉變換的運算，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現算法運算空閑時間過多，資源占用較大的問題，提出了帶有流水作業功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著技術的飛速發展，電力電子裝置如變頻設備、變流設備等容量日益擴大，數量日益增多。由于非線性器件的廣泛使用，使得電網中的諧波污染日益嚴重，給電力系統和各類用電設備帶來危害，輕則增加能耗，縮短設備使用壽命，重則造成用電事故，影響安全生產，電力諧波已經成為電力系統的公害。除了傳統的濾波方法，例如，無源濾波、改變系統的拓補結構來抑制諧波外，人們已廣泛應用有源濾波器(APF)來消除注入電網的諧波，而實現有源濾波策略的前提就是能夠實時、精確地檢測出諧波電流。諧波檢測是諧波研究中的一個重要的分支，是解決其他相關諧波問題的基礎，因此進行諧波檢測的研究具有重要的理論意義和實用價值。設計一種精度高、實時性好且適用范圍寬的諧波電流檢測方法是國內外眾多學者致力研究的目標。 本文主要從諧波檢測理論和實現方法上探討了高精度、高實時性諧波檢測數字系統的相關問題。論文中闡述了電力系統諧波的相關概念和產生原理，并分析了電力諧波的特點，對國內外各種諧波檢測方法進行了分析和研究。在檢測理論上，本文采用FFT理論來計算諧波含量，研究了Radix-2 FFT在諧波檢測中的應用，綜述了可編程元器件的發展過程、工藝發展及目前的應用情況，并介紹了一種主流硬件描述語言VHDL。最后以FPGA芯片XC2S200為硬件平臺，以ISE6.0為軟件平臺，利用VHDL語言描述的方式實現了512點16Bit的快速傅立葉變換系統，并進行了仿真、綜合等工作。仿真結果表明其計算結果達到了一定的精度，運行速度可以滿足一般實時信號處理的要求。
上傳時間： 2013-06-02
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軟件無線電已成為無線通信非常關鍵的技術之一。其基本思想是將寬帶A/D、D/A盡可能靠近天線，在一個開放式、模塊化的通用硬件平臺上用盡可能多的軟件來實現無線電臺的各種功能。 本文所討論的多相濾波器組信道化接收機(PPCR)及信道非均勻劃分，即是應用了軟件無線電理念的一種新技術。該技術針對傳統無線電接收機存在的結構不靈活、系統升級困難、同時處理多信號能力弱及系統規模過大等問題，應用現代多速率信號處理理論對之進行了改進。改進后的軟件無線電PPCR．具有全概率接收能力，能對信號進行下變頻并降低其采樣率處理，實現后資源耗費較低，而且依托現場可編程門陣列(FPGA)建立的平臺是開放式的，在需要時可在不改變硬件系統的情況下通過軟件更改系統的功能，極大地提高了系統的靈活性。諸多的優點使其具有十分廣泛的應用前景，也成為當前研究熱點之一。 本文首先介紹了課題的應用背景，并深入討論了軟件無線電的基本理論：信號采樣理論及多速率信號處理理論，介紹了應用PPCR的采樣處理過程，給出了推導PPCR的數學模型，并在此基礎上分析闡述了信道非均勻劃分的原理。 在本文的系統仿真及實現部分，首先介紹了應用現代DSP開發工具DSPBuilder進行開發的設計流程，然后對應用DSP Builder來設計PPCR中的主要模塊一多相濾波器組及快速傅立葉變換模塊做了詳細闡述，最后對系統仿真及實現過程的實驗結果圖進行了分析。 本文主要是在實驗室階段對算法在硬件實現上進行研究。成果可以作為后續應用研究的基礎，對各種應用軟件無線電理念的通信系統都具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-06-17
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隨著電子技術和集成電路技術的飛速發展，數字信號處理已經廣泛地應用于通信、信號處理、生物醫學以及自動控制等領域中。離散傅立葉變換(DFT)及其快速算法FFT作為數字信號處理中的基本變換，有著廣泛的應用。特別是近年來，基于FFT的ODFM技術的興起，進一步推動了對高速FFT處理器的研究。 FFT 算法從出現到現在已有四十多年代歷史，算法理論已經趨于成熟，但是其具體實現方法卻值得研究。面向高速、大容量數據流的FFT實時處理，可以通過數據并行處理或者采用多級流水線結構來實現。特別是流水線結構使得FFT處理器在進行不同點數的FFT計算時可以通過對模塊級數的控制很容易的實現。 本文在分析和比較了各種FFT算法后，選擇了基2和基4混合頻域抽取算法作為FFr處理器的實現算法，并提出了一種高速、處理點數可變的流水線結構FFT處理器的實現方法。利用這種方法實現的FFT處理器成功的應用到DAB接收機中，RTL級仿真結果表明FFT輸出結果與C模型輸出一致，在FPGA環境下仿真波形正確，用Ouaaus Ⅱ軟件綜合的最高工作頻率達到133MHz，滿足了高速處理的設計要求。
上傳時間： 2013-05-29
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擴展頻譜通信技術,它的突出優點是保密性好,抗干擾性強.隨著通信系統與現代計算機軟、硬件技術與微電子技術發展,越來越多的通信系統構建于這種技術之上.在實際擴頻通信系統工程中,用得比較普遍的是直擴方式和跳頻方式,它們的不同在于直擴是采取隱藏的方式對抗干擾,而跳頻采取躲避的方式. 西方國家早在20世紀50年代就開始對跳頻通信進行研究,在上個世紀末的幾次局部戰爭中,跳頻電臺得到了普遍的應用.跳頻通信的發展促進了其對抗技術的發展,目前,世界主要幾個軍事先進的國家,已經研究出高性能的跳頻通信對抗設備,國內這方面的發展相對國外差距比較大. 未來戰爭是科學技術的斗爭,研究跳頻通信對抗勢在必行.基于這種目的,本文研究和設計了跳頻檢測的FPGA實現,利用基于時頻分析的處理方法,完成了跳頻信號檢測的FPGA實現,通過測試,表明系統達到了設計要求,可以滿足實際的需要.主要內容包括: 1.概述了跳頻檢測接收研究的發展動態,闡述了擴展頻譜通信及短時傅立葉變換的原理. 2.分析了基于快速傅立葉變換(FFT)處理跳頻信號,檢測跳頻的可行性,利用FFT檢測頻譜的原理,合理使用頻譜采樣策略,做到了增加頻譜利用率,提高了檢測概率和分析信噪比；利用抽取內插技術完成數據速率的轉換,使其滿足后續信號的處理要求；利用同相和正交的DDC實現結構,完成對跳頻信號的解跳. 3.設計完成了跳頻信號檢測與接收系統的FPGA實現,其主要包括:數據速率變換的實現,FIR低通濾波器的實現,快速傅立葉變換(FFT)的實現,下變頻的實現等.在濾波器的實現中,提出了兩種設計方法:基于常系數乘法器和分布式算法濾波器,分析了上述兩種方法的優缺點,選擇用分布式算法實現設計中的低通濾波器；在快速傅立葉變換實現中,分析了基2和基4的算法結構,并分別實現了基2和基4的算法,滿足了不同場合對處理器的要求.在下變頻的設計中,使用濾波器的多相結構完成抽取的實現,并使用低通濾波器使信號帶寬滿足指標的要求.此外,設計中還包括雙端口RAM的實現,比較模塊的實現、數據緩存模塊和串并轉換模塊的實現. 4.介紹了實現系統的硬件平臺.
上傳時間： 2013-04-24
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GPS全球定位系統是美國國防部為軍事目的而建立的衛星導航系統，其主要目的是解決海上、陸地和空中運載工具的導航定位問題。GPS作為新一代衛星導航系統，不僅具有全球、全天候、連續、高精度導航與定位能力，而且具有優良的抗干擾性和保密性。因此，發展全球定位系統是當今導航技術現代化的一個重要標志。在GPS接收機中，為了得到導航電文并對其進行解算，要完成復雜的信號處理過程。其中，怎樣捕獲到衛星信號，并對C/A碼進行跟蹤是研制GPS接收機的重要問題之一。本文在對GPS信號的結構進行深入的分析后，結合FPGA的特點，對算法進行設計及優化后，給出了相應的仿真。內容主要包括以下幾個方面： 1.對GPS信號結構的產生原理進行了深入地分析，并對GPS信號的調制機理進行詳細地闡述。 2.在GPS信號的捕獲方面，采用了基于FFT頻域的快速捕獲的方法，即將接收到的GPS信號先利用快速傅立葉變換(FFT)變換到頻域，在頻域完成相應的運算后，再利用傅立葉反變換(IFFT)變換到時域。從而大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度，提高了捕獲性能。 3.在C/A碼跟蹤部分，本文采用了非相干延遲鎖定環對C/A碼進行跟蹤。來自載波跟蹤環路的本地載波將輸入的信號變成基帶信號，然后分別和本地碼的三個不同相位序列進行相乘，將相乘結果進行累加，經過處理將得到碼相位和當前的載波頻率送到載波跟蹤環路。 4.載波跟蹤環，本文采用的是科斯塔斯環。載波跟蹤環和碼跟蹤環在結構上相似，故本文只對關鍵的載波NCO進行了仿真。 本文的創新點主要是使用FPGA對整個GPS信號的捕獲及C/A碼的跟蹤進行設計。此外，根據FPGA的特點，在不改變外部硬件設計的前提下，改變相應的IP核或相關的VHDL程序就可對系統進行各種優化設計，以適應不同類型的GPS接收機的不同功能。
上傳時間： 2013-06-27
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基于布里淵散射的分布式光纖傳感器是當前國內外研究的熱點。本文介紹了基于布里淵散射的分布式光纖傳感器的的原理、應用；布里淵時域反射技術(BOTDR)和布里淵時域分析技術(BOTDA)的原理。 受激布里淵散射(SBS)的過程中，入射光和散射光滿足耦合振幅方程組。我們對該方程組采用有限差分法進行數值計算，并用Matlab模擬計算過程，對布里淵散射信號進行分析。 根據布里淵散射信號的特點，我們采用基于Morlet小波變換的DSP信號算法來處理 BOTDR傳感信號。通過對該算法的核心單元——快速傅立葉變換(FFT)的硬件實現，我們在Stratix FPGA上實現了基于Morlet小波變換的DSP算法的硬件電路設計。 最后，在此基礎上，我們對電路功能進行實際的仿真和驗證，并和Matlab得到結果進行比較和分析。
上傳時間： 2013-07-22
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該論文基于NIOS Ⅱ軟核處理器和Altera的FPGA技術，設計了一種便攜式的振動頻譜分析儀，用于旋轉機械的故障監測和診斷。以SOPC技術為手段，將信號采集和信號處理電路通過可編程片上系統來實現，其特點是將對ADC的控制、數字信號的濾波、快速傅立葉變換的設計，通過FPGA芯片集成在一起，以NIOS Ⅱ來完成32位CPU的狀態控制功能。工程機械、汽車車輛中都存在諸如發動機類的旋轉機械，這類設備的異常振動往往會影響正常工作，嚴重時還會出現各種重大事故，該分析儀可以實時地或定期地對發動機、齒輪箱等旋轉機械進行振動頻譜分析和監測，運用于民用機械能產生非常好的經濟效益。 該論文從四個方面進行了研究工作。其一，利用FPGA對ADC芯片的工作進行控制，使其在規定的時間內與DSP模塊進行數據交換，并對ADC各引腳時序進行控制，使兩者協調同步工作，編制了相應的VHDL語言程序。其二，采用SOPC Builder設計開發，實現了基于NIOS Ⅱ的32位CPU軟核，創建了相應的C/C++和匯編的宏代碼，使得軟件可以訪問用戶自定義邏輯。對頂層設計產生的VHDL的RTL代碼和仿真文件進行了綜合、編譯適配以及仿真。其三，配合Matlab和DSP Builder的強大功能進行DSP模塊設計，開發出了FIR和FFT等功能模塊，并且添加到SOPC系統中，使其可以由NIOS Ⅱ很容易的調用。其四，在NIOS Ⅱ系統中添加了uC/OS Ⅱ操作系統，提高了整個系統的穩定性，并且降低了開發難度，提高了系統升級的能力。由于整個設計是基于FPGA開發的，所以該系統包括了所有FPGA系統的特點，包括并行的DSP處理、在系統可編程、升級簡單等特點，極易使設計產品化。
上傳時間： 2013-04-24
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正交頻分復用（OFDM）是一種無線環境下的高速傳輸技術，它使用一系列低速子載波并行傳輸數據，具有抗多徑干擾的能力、能以很高的頻譜利用率實現高速數據傳輸等優點。數字音頻廣播（DAB）系統中采用OFDM調制技術。 本文首先概述了OF'DM的基本原理和實現方法，分析了DAB中不同模式下OFDM調制的參數和特點。實現OFDM的核心技術是快速傅立葉變換（FFT）。本文在分析研究了多種FFT算法的基礎上選擇了最適合FPGA實現的，滿足DAB系統中OFDM調制要求的FFT算法，即將2048點FFT分解為基-4和基-2混合基算法。 本文研究重點是使用FPGA實現2048點復數FFT處理器。2048點FFT由五級基-4運算和一級基-2運算組成。針對這一算法以及FPGA特點，進行系統結構設計、各個模塊設計、FPGA實現和測試。一個基-4和基-2復用的蝶形運算模塊是整個FFT處理器的核心部分。此外系統還包括：系統控制模塊，地址產生模塊，RAM和ROM。本文特別針對2048點按頻率抽取基-4/2順序處理的FFT處理器提出了一種巧妙的數據地址和旋轉因子地址生成的方法。 仿真和驗證表明，運算的結果可以達到一定的精度要求，運算速度滿足系統要求，說明該OFDM調制器的設計是可行的，可以應用于DAB系統中
上傳時間： 2013-06-05
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本文主要研究了認知無線電頻譜感知功能的關鍵技術以及硬件實現方法。首先，提出了認知無線電頻譜感知功能的硬件實現框圖，包括射頻前端部分和數字信號處理部分，接著簡單介紹了射頻前端電路的功能與特性，最后重點介紹了數字信號處理部分的FPGA實現與驗證過程。 數字處理部分主要實現寬帶信號的短時傅立葉分析，將中頻寬帶數字信號通過基于多相濾波器組的下變頻模塊，實現并行多通道的數字下變頻，然后對每個信道進行重疊加窗處理，最后再做快速傅立葉分析(FFT)，從而得到信號的時頻關系。整個系統主要包括：延時抽取模塊、多相濾波器模塊、32點開關式流水線FFT模塊、滑動窗緩沖區、256點流水線FFT模塊等。 本設計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設計，基于Xilinx公司的Virtex-4XC4VSX35芯片。整個系統采用全同步設計，可穩定工作于200MHz，其分析帶寬高達65MHz，具有很高的使用價值。
上傳時間： 2013-06-13
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