擴頻通信，即擴展頻譜通信技術(Spread Spectrum Communication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。 擴頻通信是將待傳送的信息數據用偽隨機編碼序列，也即擴頻序列(SpreadSequence)調制，實現頻譜擴展后再進行傳輸。接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理，恢復出原始信息數據。 擴頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強的抗人為干擾，抗窄帶干擾，抗多徑干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等特點。 現場可編輯門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)提供了極強的靈活性，可讓設計者開發(fā)出滿足多種標準的產品。FPGA所固有的靈活性和性能也可讓設計者緊跟新標準的變化，并能提供可行的方法來滿足不斷變化的標準要求。 EDA 工具的出現使用戶在對FPGA設計的輸入、綜合、仿真時非常方便。EDA打破了軟硬件之間最后的屏障，使軟硬件工程師們有了真正的共同語言，使目前一切仍處于計算機輔助設計(CAD)和規(guī)劃的電子設計活動產生了實在的設計實體論文對擴頻通信系統(tǒng)和FPGA設計方法進行了相關研究，并且用Altera公司的最新的FPGA開發(fā)平臺QuartusII實現了一個基帶擴頻通信系統(tǒng)的發(fā)送端部分，最后用軟件Protel99SE設計了相應的硬件電路。 該系統(tǒng)的設計主要分為兩個部分。第一部分是用QuartusII軟件設計了系統(tǒng)的VHDL語言描述代碼，并對系統(tǒng)中每個模塊和整個系統(tǒng)進行相應的功能仿真和時序時延仿真；第二部分是設計了以FPGA芯片EP1C3T144C8N為核心的系統(tǒng)硬件電路，并進行了相關測試，完成了預定的功能。
上傳時間： 2013-07-26
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LDPC(Low Density Parity Check)碼是一類可以用非常稀疏的校驗矩陣或二分圖定義的線性分組糾錯碼，最初由Gallager發(fā)現，故亦稱Gallager碼.它和著名Turbo碼相似，具有逼近香農限的性能，幾乎適用于所有信道，因此成為近年來信道編碼界研究的熱點。 LDPC碼的奇偶校驗矩陣呈現稀疏性，其譯碼復雜度與碼長成線性關系，克服了分組碼在長碼長時所面臨的巨大譯碼計算復雜度問題，使長編碼分組的應用成為可能。而且由于校驗矩陣的稀疏特性，在長的編碼分組時，相距很遠的信息比特參與統(tǒng)一校驗，這使得連續(xù)的突發(fā)差錯對譯碼的影響不大，編碼本身就具有抗突發(fā)差錯的特性。 本文首先介紹了LDPC碼的基本概念和基本原理，其次，具體介紹了LDPC碼的構造和各種編碼算法及其生成矩陣的產生方法，特別是準循環(huán)LDPC碼的構造以及RU算法、貪婪算法，并在此基礎上采用貪婪算法對RU算法進行了改進。 最后，選用Altera公司的Stratix系列FPGA器件EPls25F67217，實現了碼長為504的基于RU算法的LDPC編碼器。在設計過程中，為節(jié)省資源、提高速度，在向量存儲時采用稀疏矩陣技術，在向量相加時采用通過奇校驗直接判定結果的方法，在向量乘法中，采用了前向迭代方法，避開了復雜的矩陣求逆運算。結果表明，該編碼器只占用約10％的邏輯單元，約5％的存儲單元，時鐘頻率達到120MHz，數據吞吐率達到33Mb/s，功能上也滿足編碼器的要求。
上傳時間： 2013-06-09
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衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)可以為公路、鐵路、空中和海上的交通運輸工具提供導航定位服務。它能夠軍民兩用，戰(zhàn)略作用與商業(yè)利益并舉。只要持有便攜式接收機，則無論身處陸地、海上還是空中，都能收到衛(wèi)星發(fā)出的特定信號。接收機選取至少四顆衛(wèi)星發(fā)出的信號進行分析，就能確定接收機持有者的位置。 GPS導航定位接收機的理論基礎即是擴頻通信理論，擴頻通信技術與常規(guī)的通信技術相比，具有低截獲率，強抗噪聲，抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前己從軍事領域向民用領域迅速發(fā)展，成為進入信息時代的高新技術通信傳輸方式之一。擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統(tǒng)，本文所研究的就是這一類系統(tǒng)。 目前在衛(wèi)星信號的捕獲上一般使用兩種方法：順序捕獲方法(時域法，基于大規(guī)模并行相關器)和并行捕獲方法(頻域法，基于FFT)。本文在第二章分別分析了現有順序捕獲和并行捕獲技術的原理，并給出了它們的優(yōu)缺點。 本文第三章對長碼的直接捕獲進行了深入的研究，基于對國內外相關文獻中長碼直捕方法的分析與對比，并且結合在實際過程中硬件資源需求的考慮，應用了基于分段補零循環(huán)相關和FFT搜索頻偏的直捕方法。此方法大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度。本方法利用FFT實現接收信號與本地長碼的并行相關，同時完成頻偏的搜索，將傳統(tǒng)的二維搜索轉換為并行的一維搜索，從而能快速實現長碼捕獲。 GPS信號十分微弱，靈敏度低，在戰(zhàn)場環(huán)境下，GPS接收機會面臨各種人為的干擾。如何從復雜的干擾信號中實現對GPS信號的捕獲，即抗干擾技術的研究，是GPS也是本文研究一個的方面。第四章即研究了GPS接收機干擾抑制算法，在強干擾環(huán)境下，需要借助信號處理技術在不增加信號帶寬的條件下提高系統(tǒng)的抗干擾能力，以保證后續(xù)捕獲跟蹤模塊有充足的處理增益。 本文在第五章給出了GPS接收機長碼捕獲以及干擾抑制的FPGA實現方案，并對各主要子模塊進行了詳細地分析。基本型接收機中長碼捕獲采用頻域方法，選用Altera StratixⅡ EP2S180芯片實現；抗干擾型接收機中選用Xilinx xc4vlx100芯片。實現了各模塊的單獨測試和整個系統(tǒng)的聯調，通過聯調驗證，本文提出的長碼直接捕獲方法正確、可行。 本文提出的長碼直捕方法可以在不需要C/A碼輔助捕獲下完成對長碼的直接捕獲，可以應用于GPS接收機，監(jiān)測站接收機的同步等，對我國自主研發(fā)導航定位接收機也有重大的現實及經濟意義。
上傳時間： 2013-06-18
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寬帶無線通信的持續(xù)高速的需求增長刺激了新的通信技術的不斷產生，而這些技術的發(fā)展，很大程度上都來自于不同技術的互相補充與融合，這也成為新標準的源泉。正交頻分復用(OFDM)技術在提供高效的頻譜利用率以及良好的抗多徑性能的同時，通過多輸入輸出(MIMO)技術來進一步增加信道容量，在不增加信號帶寬的基礎上取得更高的傳輸速率和更好的傳輸質量。因此MIMO-OFDM技術近年來在成為研究熱點的同時，已被認為是下一帶移動通信和網絡接入標準中的核心技術。 本文主要對MIMO-OFDM系統(tǒng)物理層的關鍵技術進行了研究，并主要對系統(tǒng)的同步和信道估計算法進行了深入的分析，并提出了一些改進。最后進行了MIMO-OFDM基帶系統(tǒng)基于FPGA的物理層設計，對其中一些關鍵模塊的設計，比如信道估計和空時譯碼模塊進行了詳細的討論。 第一章緒論部分首先結合寬帶無線通信技術發(fā)展的歷史就MIMO-OFDM技術產生發(fā)展的背景進行了分析，指出了MIMO-OFDM研究與發(fā)展方向，最后總結了本文的工作目標和基本要求。 第二章主要是推導分析了MIMO-OFDM系統(tǒng)的基本原理，先分別從OFDM技術和MIMO技術兩方面概括性的介紹了其理論以及技術特點，最后對MIMO與OFDM結合的關鍵技術進行了討論。 第三章是對MIMO-OFDM同步算法的研究，主要針對基于訓練序列的同步算法進行了深入討論，關注點是訓練序列的設計。針對原有的一些算法進行了總結與比較，并主要對基于頻域設計的訓練序列符號同步算法做出了改進。 第四章首先從基于導頻的信道估計算法推導開始，關注點放在MIMO-OFDM系統(tǒng)下的自適應信道估計算法研究。文章將原有的一些OFDM自適應信道估計算法擴展到MIMO領域，結合基于共軛梯度的自適應算法并做出了一些改進。 第五章節(jié)是本文的硬件設計部分，文章基于一個2發(fā)2收MIMO-OFDM系統(tǒng)進行了基帶數字處理部分的FPGA設計工作，根據設計要求實現了發(fā)送端和接收端數據處理的基本功能，為完善的和更高性能的MIMO-OFDM系統(tǒng)實現奠定了基礎。
上傳時間： 2013-06-26
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基于∑-△噪聲整形技術和過采樣技術的數模轉換器(DAC)可以可靠地把數字信號轉換成為高精度的模擬信號。采用這一結構進行數模轉換具有諸多優(yōu)點,例如極低的失配噪聲和高的可靠性,便于作為IP模塊嵌入到其他芯片系統(tǒng)中等,更重要的是可以得到其他DAC結構所無法達到的精度和動態(tài)范圍。在高精度測量、音頻轉換、汽車電子等領域有著廣泛的應用價值。 由于非線性和不穩(wěn)定性的存在,高階∑-△調制器的設計與實現存在較大的難度。本設計綜合大量文獻中的經驗原則和方法,首先闡述了∑-△調制器的一般原理,并討論了一般結構調制器的設計過程,然后描述了穩(wěn)定的高階高精度調制器的設計流程。根據市場需求,設定了整個設計方案的性能指標,并據此設計了達到16bit精度和滿量程輸入范圍的三階128倍過采樣調制器。 本設計采用∑-△結構,根據系統(tǒng)要求設計了量化器位數、調制器過采樣比和階數。在分析高階單環(huán)路調制器穩(wěn)定性的基礎上,成功設計了六位量化三階單環(huán)路調制器結構。在16比特的輸入信號下,達到了90dB左右的信噪比。該設計已經在Cyclone系列FPGA器件下得到硬件實現和驗證,并實現了實時音頻驗證。測試表明,該DAC模塊輸出信號的信噪比能滿足16比特數據轉換應用的分辨率要求,并具備良好的兼容性和通用性。 本設計可作為IP核廣泛地在其他系統(tǒng)中進行復用,具有很強的應用性和一定的創(chuàng)新性。
上傳時間： 2013-07-10
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普通GPS接收機在特殊環(huán)境下，如在高樓林立的城市中心，林木遮擋的森林公路，特別是在隧道和室內環(huán)境的情況下，由于衛(wèi)星信號非常微弱，載噪比（Carrier Noise Ratio，C/No）通常都在34dB-Hz以下，很難有效捕獲到衛(wèi)星信號，導致無法正常定位。惡劣條件下的定位有廣闊的發(fā)展和應用前景，特別是在交通事故、火災和地震等極端環(huán)境下，快速準確定位當事者所處位置對于降低事態(tài)損失和營救受傷者是極為重要的。歐美和日本等發(fā)達國家也都制定了相應的提高惡劣條件下高靈敏度定位能力的發(fā)展政策。而高靈敏度GPS接收機定位的關鍵在于GPS微弱信號的處理。 本課題的主要研究內容是針對GPS微弱信號改進處理方法。針對傳統(tǒng)GPS接收機信號捕獲中的串行搜索方法提出了基于批處理的微弱信號捕獲方法,來提高低信噪比情況下微弱信號的捕獲能力，實現快速高靈敏度的準確捕獲；針對捕獲微弱信號處理大量數據導致的運算量激增，運用雙塊零拓展(Double Block Zero Padding，DBZP)處理方法減少運算量同時縮短捕獲時間。針對傳統(tǒng)GPS接收機延遲鎖相環(huán)跟蹤算法提出了基于卡爾曼濾波的新型捕獲算法，減小延遲鎖相環(huán)失鎖造成的信號跟蹤丟失概率，來提高惡劣環(huán)境下低信噪比信號的跟蹤能力，實現微弱信號的連續(xù)可靠跟蹤。通過提高GPS微弱信號的捕獲與跟蹤能力，進而使GPS接收機在惡劣環(huán)境下衛(wèi)星信號微弱時能夠實現較好的定位與導航。 通過擬合GPS接收機實際接收到的原始數據，構造出不同載噪比的數字信號，分別對提出的針對微弱信號的捕獲與跟蹤算法進行仿真比較驗證，結果表明，對接收機后端信號處理部分作出的算法改進使得GPS接收機可以更好的處理微弱信號，并且具有較高的靈敏度和精度。文章同時針對提出的數據處理特征使用FPGA技術對算法主要的數據處理部分進行了初步的構架實現并進行了板級驗證，結果表明，利用FPGA技術可以較好的實現算法的數據處理功能。文章最后給出了結論，通過提出的基于批處理和基于DBZP方法的捕獲算法以及基于卡爾曼濾波的信號跟蹤算法，可以有效地解決微弱GPS信號處理的難題，進而實現微弱信號環(huán)境下的定位與導航。
上傳時間： 2013-05-31
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軟件無線電是近年提出的新的通信體系，由于其具有靈活性和可重配置性并且符合通信的發(fā)展趨勢，已成為通信系統(tǒng)設計的研究熱點。因此對基于軟件無線電的調制解調技術進行深入細致的研究非常有意義。 本文首先從闡述軟件無線電的理論基礎入手，對多速率信號處理中的內插和抽取、帶通采樣、數字變頻等技術進行了分析與探討，為設計和實現8PSK調制解調器提供了非常重要的理論依據。然后，研究了8PSK調制解調技術，詳細論述了它們的基本概念和原理，提出了系統(tǒng)實現方案，在DSP+FPGA平臺上實現了8PSK信號的正確調制解調。文中著重研究了突發(fā)通信的同步和頻偏糾正算法，針對同步算法選取了一種基于能量檢測法的快速位同步算法，采用相關器實現，同時實現位同步和幀同步。并且對于突發(fā)通信的多普勒頻偏糾正，設計了一個基于自動頻率控制(AFC)環(huán)的頻偏檢測器，通過修改數控振蕩器(NCO)的頻率控制字方法來校正本地載波頻率，整個算法結構簡單，運算量小，頻偏校正速度快，具有較好的實用性。其次，對相干解調的初始相位進行糾正時，提出了一種簡單易行的CORDIC方法，同時對FPGA編程當中的一些關鍵問題進行了介紹。最后，設計了自適應調制解調器，根據信噪比和誤碼率來自適應的改變調制方式，以達到最佳的傳輸性能。
上傳時間： 2013-04-24
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本文以電子不停車收費系統(tǒng)課題為背景，設計并實現了基于FPGA的π/4-DOPSK全數字中頻發(fā)射機和接收機。π/4-DQPSK廣泛應用于移動通信和衛(wèi)星通信中，具有頻帶利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強的特點。 近年來現場可編程門陣列(FPGA)器件在芯片邏輯規(guī)模和處理速度等方面性能的迅速提高，用硬件編程實現無線功能的軟件無線電技術在理論和實用化上都趨于成熟和完善，因此可以把數字調制，數字上/下變頻，數字解調在同一塊FPGA上實現，即實現了中頻發(fā)射機和接收機一體化的片上可編程系統(tǒng)(SOPC，System On Programmabie Chip)。 本文首先根據指標要求對數字收發(fā)機方案進行設計，確定了適合不停車收費系統(tǒng)的全數字發(fā)射機和接收機的結構，接著根據π/4-DQPSK發(fā)射機和接收機的理論，設計并實現了基于FPGA的成形濾波器SRRC、半帶濾波器HB和定時算法并給出性能分析，最后給出硬件測試平臺上結果和測試結果分析。
上傳時間： 2013-06-23
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擴頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優(yōu)點。在近年來得到了迅速的發(fā)展。本論文主要討論和實現了基于FPGA的直接序列擴頻信號的解擴解調處理。論文對該直擴通信系統(tǒng)和FPGA設計方法進行了相關研究，最后用Altera公司的最新的FPGA開發(fā)平臺Quarus Ⅱ5.0實現了相關設計。 整個系統(tǒng)分為兩個部分，發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送部分主要有串并轉換、差分卷積編碼、PN碼擴頻、QPSK調制、成型濾波等模塊。接收部分主要有前端抗干擾、數字下變頻、解擴解調等模塊。 論文首先介紹了擴頻通信系統(tǒng)的特點以及相關技術的國內外發(fā)展現狀，并介紹了本論文的研究思路和內容。 然后，論文分析了幾種常用的窄帶干擾抑制、載波同步及PN碼同步算法，結合實際需要，設計了一種零中頻DSSS解調解擴方案。給出了抗窄帶干擾、PN碼捕獲及跟蹤以及載波同步的算法分析，采用了基于數字外差調制的自適應陷波器來進行前端窄帶干擾抑制處理，用基于自適應門限技術的滑動相關捕獲和分時復用單相關器跟蹤來改善PN碼同步的性能，用基于硬判決的COSTAS(科斯塔斯)環(huán)來減少載波提取的算法復雜度，用改進型CORDIC算法實現NCO來方便的進行擴展。 接著，論文給出了系統(tǒng)總體設計和發(fā)送及接受子系統(tǒng)的各個功能模塊的實現分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的實現細節(jié)，給出了仿真結果。 然后論文介紹了整個系統(tǒng)的硬件電路設計和它在真實系統(tǒng)中連機調試所得到的測試結果，結果表明該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定，靈活性好，生產調試容易，體積小，便于升級等特點并且達到課題各項指標的要求。 最后是對論文工作的一些總結和對今后工作的展望。
上傳時間： 2013-05-23
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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(tǒng)(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(qū)別于其他調制技術的巨大優(yōu)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(tǒng)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(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(tǒng)在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)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(tǒng)。首先根據802.16協議和OFDM系統(tǒng)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(huán)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(tǒng)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(tǒng)參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)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(yōu)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(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當中并加以實現，結果滿足系統(tǒng)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(tǒng)進行了系統(tǒng)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(tǒng)的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統(tǒng)的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-07-25
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