作為一項正在興起的無線應用服務,無線局域網已在機場、校園、會議室、甚至在家庭都有所應用.它正叩開高速無線數據業務市場的大門.目前,無線局域網仍處于眾多標準共存時期.每一標準的背后都有大公司或者大集團的支持.在眾多無線局域網協議中IEEE802.11a協議是很有特色的一個,它的優勢在于采用了正交頻分復用(OFDM)方式來傳輸數據,該技術可幫助提高速度和改進信號質量,并可克服干擾,因此得到眾多關注.為了讓這種高速的局域網真正應用到實際中,我們的項目就是要在硬件上實現基于IEEE802.11a協議的OFDM系統的發射機和接收機,而本文的主要工作就是用FPGA實現這個系統的內接收機.內接收機主要包括同步估計和信道估計.但是目前OFDM系統中包括同步、信道編碼、信道估計、用戶檢測、降低峰均比等一些關鍵技術在具體實現上還存在著一些困難.許多文獻對這些關鍵技術基本停留在理論上的討論,與具體的實現還存在很大的差距.因此本文通過研究同步和信道估計的多種算法的性能和其實現的復雜度,提出一種適合在IEEE802.11a協議環境下的同步算法和信道估計,用FPGA加以實現.首先本文總結了目前OFDM系統信道估計的算法.在此基礎上詳細的討論了基于IEEE802.11a協議的OFDM系統可以采用的信道估計方法:(1)提出了借助訓練序列的LS估計法和LS-average估計法,分別在AWGN信道和多徑信道對這兩種方法進行了比較,證明無論在哪種信道環境下后者性能都要好于前者.為了能夠進一步提高信道估計器的性能,在LS-average算法的基礎上提出了消噪算法(NRA).(2)提出了借助導頻的DFT插值算法.其次本文總結了目前OFDM系統同步的算法.OFDM系統同步包括定時同步和載波同步,其中定時同步又分為符號同步和抽樣同步.本文主要是研究定時同步,而載波同步只是簡單的討論,因為在這項目中這是另有負責人.本文針對基于IEEE802.11a協議的OFDM系統把定時同步分為粗定時同步和細定時同步.然后分別對粗定時同步和細定時同步進行了詳細的討論.其中對粗定時同步的方法有:利用短訓練序列和利用循環前綴,并對這兩種方法進行了比較.對細定時同步是利用導頻來跟蹤.最后根據前面兩章提出的算法所分析的結果,以及突發OFDM系統的信號和信道特征,選取了其中一種信道估計算法和定時同步算法,結合合作伙伴所提出的載波同步算法一起用FPGA實現整個基于IEEE802.11a協議的OFDM系統的內接收機,并分別測試了各個模塊的性能以及綜合模塊的性能.
上傳時間： 2013-05-26
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本文研究基于ARM與FPGA的高速數據采集系統技術。論文完成了ARM+FPGA結構的共享存儲器結構設計，實現了ARMLinux系統的軟件設計，包括觸摸屏控制、LCD顯示、正弦插值算法設計以及各種顯示算法設計等。同時進行了信號的高速采集和處理的實際測試，對實驗測試數據進行了分析。 論文分別從軟件和硬件兩方面入手，闡述了基于ARM處理器和FPGA芯片的高速數據采集的硬件系統設計方法，以及基于ARMLinux操作系統的設備驅動程序設計和應用程序設計。 硬件方面，在FPGA平臺上，我們首先利用乒乓操作的方式將一路高速數據信號轉換成頻率為原來頻率1/4的4路低速數據信號，再將這四路數據分別存儲到4個FIFO中，然后再對這4個FIFO中的數據拼接并存儲在FPGA片上的雙端口雙時鐘RAM中，最后將FPGA的雙端口雙時鐘RAM掛載到ARM系統的總線上，實現了ARM和FPGA共享存儲器的系統結構，使ARM處理器可以直接讀取這個雙端口雙時鐘的RAM中的數據，從而大大提高了數據采集與處理的效率。在采樣頻率控制電路設計方面，我們通過使FIFO的數據存儲時鐘降低為標準狀態下的1/n實現數據采集頻率降為標準狀態的1/n，從而實現了由FPGA控制的可變頻率的數據采集系統。 軟件方面，為了更有效地管理和拓展系統功能，我們移植了ARMLinux操作系統，并在S3C2410平臺上設計實現了基于Linux操作系統的觸摸屏驅動程序設計、LCD驅動程序移植、自定義的FPGA模塊驅動程序設計、LCD顯示程序設計、多線程的應用程序設計。應用程序能夠控制FPGA數據采集系統工作。 在前端采樣頻率為125MHz情況下，系統可以正常工作。能夠實現對頻率在5MHz以下的信號波形的直接顯示；對5MHz至40MHz的信號，使用正弦插值算法進行處理，顯示效果良好。同時這種硬件結構可擴展性強，可以在此基礎上實現8路甚至16路緩沖的系統結構，可以使系統支持更高的采樣頻率。
上傳時間： 2013-07-04
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本文主要研究Turbo碼的編碼和譯碼算法及其FPGA硬件實現.在概述信道編碼理論及其發展歷程之后,簡要地論述了Turbo碼的原理.然后分別對Turbo碼的MAP譯碼算法,LOG-MAP算法進行推導,在給出LOG-MAP的推導之后,提出了對于LOG-MAP譯碼算法的兩點改進,采用三階牛頓插值函數對校驗函數進行擬合,采用雙滑動窗口技術取代傳統的單滑動窗口技術.Turb碼還有一種譯碼復雜度相對較低的算法——SOVA算法,本文也給出了SOVA算法的詳細推導過程.在對LOG-MAP和SOVA算法的詳細推導之后,本文給出Turbo碼的軟件仿真,采用Matlab語言編寫Turbo碼仿真系統程序,仿真系統比較了單滑動窗口技術和雙滑動窗口技術在不同的信噪比下的譯碼性能.在軟件仿真的基礎上,本文給出了Turbo碼編碼器和采用LOG-MAP譯碼算法譯碼器的FPGA硬件實現方法.
上傳時間： 2013-06-19
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隨著TD—SCDMA技術的不斷發展，TD—SCDMA系統產品也逐步成熟并隨之完善。產品家族日益豐富，室內型宏基站、室外型宏基站、分布式基站(BBU+RRU)、微基站等系列化基站產品逐步問世，可以滿足不同場景的建網需求。而分布式基站(BBU+RRU)越來越多地受到業界的關注和重視。 本文主要從TD—SCDMA頻點拉遠系統(RRU)和軟件無線電技術的發展入手，重點研究TD—SCDMA頻點拉遠系統的FPGA設計與實現。TD—SCDMA通信系統通過靈活分配不同的上下行時隙，實現業務的不對稱性，但是多路數字中頻所構成的系統成本高和控制的復雜性，以及TDD雙工模式下，系統的峰均比隨時隙數增加而增加，對整個頻點拉遠系統的前端放大器線性輸入提出了很高的要求。TD—SCDMA系統使用軟件無線電平臺，一方面軟件算法可以有效保證時隙分配的準確性，保證對前端控制器的開關控制，以及對上下行功率讀取計算和子幀的靈活提取，另一方面靈活的DUC/CFR算法可以有效的提高頻帶利用率和抗干擾能力，有效的控制TDD系統的峰均比，有效降低系統對前端放大器線性輸出能力的要求。 本文主要研究軟件無線電中DUC和CFR的關鍵技術以及FPGA實現，DUC主要由3倍FIR內插成型濾波器、2倍插值補償濾波器以及5級CIC濾波器級聯組成；而CFR主要采用類似基帶削峰的加窗濾波的中頻削峰算法，可以降低相鄰信道的溢出，更有效的降低CF值。將DUC/CFR以單片FPGA實現，能很好提高RRU性能，減少其硬件結構，降低成本，降低功耗，增加外部環境的穩定性。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264/AVC是ITU-T和ISO聯合推出的新標準，采用了近幾年視頻編碼方面的先進技術，以較高編碼效率和網絡友好性成為新一代國際視頻編碼標準。 本文以實現D1格式的H.264/AVC實時編碼器為目標，作者負責系統架構設計，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設計與實現。通過對H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復雜度的評估，算法特點的分析，同時考慮到編碼器系統的可伸縮性，可擴展性，本文采用了DSP+FPGA的系統架構。DSP充當核心處理器，而FPGA作為協處理器，針對編碼器中最復雜耗時的模塊一運動估計模塊，設計相應的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實時性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標準的運動補償混合編碼方案，其中一個主要的不同在于幀間預測采用了可變塊尺寸的運動估計，同時運動向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預測，可以改善運動補償精度，提高圖像質量和編碼效率，但同時也大大增加了編碼器的復雜度，因此需要設計專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運動估計基于FPGA的硬件算法設計與實現，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設計中，將多處理器技術和流水線技術相結合，提供高性能的并行計算能力，同時，采用合理的存儲器組織結構以提供高數據吞吐量，滿足運算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環境下建立測試平臺，完成了對整個設計的RTL級的仿真驗證，并針對Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進行優化，從而使工作頻率最終達到134MHz，分析數據表明該模塊能夠滿足編碼器的實時性要求。
上傳時間： 2013-07-24
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隨著科技的發展和社會的進步，數字電視已逐漸成為現代電視的主流。利用今年是奧運年的契機，研究和推廣數字電視廣播具有重大的意義。2006年8月底我國出臺的數字多媒體/電視廣播(DMB-T)標準，確立了中國自己的技術標準。以此來發展擁有自主知識產權的數字電視事業，不僅可以滿足廣大人民群眾日益增長的物質、文化要求，還可以帶動相關產業快速發展。 本課題在深入研究DMB-T國家標準的基礎上，首先對系統的調制系統進行了設計規劃，然后對信道調制的星座映射、系統信息插入、幀體數據處理、PN序列插入的幀形成模塊和成形濾波模塊進行了設計和仿真，并驗證了其正確性。 3780個子載波的時域同步正交多載波技術(TDS-OFDM)是DMB-T調制系統的關鍵技術之一。由于載波數不是2的整數次冪，考慮到實現的有效性，不能采用現已成熟的基-2或基-4的快速傅立葉變換(FFT)算法。針對調制系統中特有的3780點IFFT，課題深入分析和比較了Cooley-Tukey、Winograd和素因子三種離散快速傅立葉變換算法的特點和性能，綜合利用了三種算法優勢，考慮了算法的復雜度、運算的速度、資源的消耗，設計出一種新的算法，進行了Matlab驗證和基于FPGA(現場可編程門陣列)的仿真。分析表明，該算法所需的加法、乘法次數已很逼近4096點FFT算法。 DMB-T發射端的基帶成形濾波采用了平方根升余弦滾降濾波，由于其0.05的滾降系數在實現中比較苛刻，所以是設計的難點之一。本課題利用Matlab工具采用了等紋波最優濾波的方法設計了169階數字濾波器，其阻帶衰減達到了46.9dB，完全符合標準的要求；利用四倍插值的方法實現了I、Q合路的該濾波器的FPGA設計，并進行了設計優化，顯著降低了濾波器的運算量，大大節約了實現該濾波器所需的乘法器資源。
上傳時間： 2013-06-28
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在圖像的實時處理中，消除圖像旋轉是一項實用的圖像處理技術，無論在軍事還是民用設施中都得以廣泛的應用。目前，消除圖像旋轉的技術有機械式、光學式、電子式。其中電子消旋發展最快，也是圖像消旋技術未來發展的趨勢。 本次課題是應海軍某部的要求，為海軍測量船的圖像觀測系統消除圖像旋轉。本文詳細研究了視頻信號的特點，提出了利用FPGA和DSPs為主架構的視頻圖像處理平臺，以EP20K600EBC652—2X為核心處理器的實時圖像消旋系統。該平臺利用旋轉算法將原圖像反向旋轉相應的角度，再用雙線性插值方法進行重采樣，從而得到消旋后的圖像。因為這次圖像旋轉角度是通過機械設備測得的，所以是一種機械加電子的圖像消旋系統。 本文論述了圖像消旋算法及其優化，詳細說明整個系統的設計思路，及其軟硬件實現，包括PCB設計，DSPs的軟硬件開發以及FPGA的相關設計。目前，系統已正常工作，實現了圖像的實時消旋的目標。
上傳時間： 2013-08-05
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碼元定時恢復(位同步)技術是數字通信中的關鍵技術。位同步信號本身的抖動、錯位會直接降低通信設備的抗干擾性能，使誤碼率上升，甚至會使傳輸遭到完全破壞。尤其對于突發傳輸系統，快速、精確的定時同步算法是近年來研究的一個焦點。本文就是以Inmarsat GES/AES數據接收系統為背景，研究了突發通信傳輸模式下的全數字接收機中位同步方法，并予以實現。 本文系統地論述了位同步原理，在此基礎上著重研究了位同步的系統結構、碼元定時恢復算法以及衡量系統性能的各項指標，為后續工作奠定了基礎。 首先根據衛星系統突發信道傳輸的特點分析了傳統位同步方法在突發系統中的不足，接下來對Inmarsat系統的短突發R信道和長突發T信道的調制方式和幀結構做了細致的分析，并在Agilent ADS中進行了仿真。 在此基礎上提出了一種充分利用報頭前導比特信息的，由滑動平均、閾值判斷和累加求極值組成的快速報頭時鐘捕獲方法，此方法可快速精準地完成短突發形式下的位同步，并在FPGA上予以實現，效果良好。 在長突發形式下的報頭時鐘捕獲后還需要對后續數據進行位同步跟蹤，在跟蹤過程中本論文首先用DSP Builder實現了插值環路的位同步算法，進行了Matlab仿真和FPGA實現。并在插值環路的基礎上做出改進，提出了一種新的高效的基于移位算法的位同步方案并予以FPGA實現。最后將移位算法與插值算法進行了性能比較，證明該算法更適合于本項目中Inmarsat的長突發信道位同步跟蹤。 論文對兩個突發信道的位同步系統進行了理論研究、算法設計以及硬件實現的全過程，滿足系統要求。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信號處理技術的進步和電子技術的發展，雷達信號偵察接收機逐漸從模擬體制向數字體制轉變。軟件無線電概念的提出，促使雷達偵察接收機朝大帶寬、全截獲方向發展，現有的串行信號處理體制已經很難滿足系統要求。FPGA器件的出現，為實現寬帶雷達信號偵察數字接收機提供了硬件支持。 本文結合FPGA芯片特點，在前人研究基礎上，從算法和硬件實現兩方面，對雷達信號偵察數字接收機若干關鍵技術進行了研究和創新，主要研究內容包括以下幾個方面。 1)給出了基于QuartusII/Matlab和ISE/ModelSim/Matlab的兩種FPGA設計聯合仿真技術。這種聯合仿真技術，大大提高了基于FPGA的雷達信號偵察數字接收機的設計效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數字正交變換算法，并將該算法在FPGA中進行了硬件實現，設計可對600MHz帶寬內的輸入信號進行實時正交變換。 3)提出了一種全并行結構FFT的FPGA實現方案，并將其在FPGA芯片中進行了硬件實現，設計能夠在一個時鐘周期內完成32點并行FFT運算，滿足了數字信道化接收機對數據處理速度的要求。 4)提出了一種自相關信號檢測FPGA實現方案，通過改變FIFO長度改變自相關運算點數，實現了弱信號檢測。提出通過二次門限處理來消除檢測脈沖中的毛刺和凹陷，降低了虛警概率，提高了檢測結果的可靠性。 5)在單通道自相關信號檢測算法基礎上，提出采用三路并行檢測，每路采用不同的相關點數和檢測門限，再綜合考慮三路檢測結果，得到最終檢測結果。給出了算法FPGA實現過程，并對設計進行了聯合時序仿真，提高了檢測性能。 6)給出了一種利用FFT變換后的兩根最大譜線進行插值的快速高精度頻率估計方法，并將該算法在FPGA硬件中進行了實現。通過利用FFT運算后的實/虛部最大值進行插值，降低了硬件資源消耗、縮短了運算延遲。 7)結合4)、5)、6)中的研究成果，完成了對雷達脈沖信號到達時間、終止時間、脈沖寬度和脈沖頻率的估計，最終在一塊FPGA芯片內實現了一個精簡的雷達信號偵察數字接收機，并在微波暗室中進行了測試。
上傳時間： 2013-06-13
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軟件無線電(SDR，Software Defined Radio)由于具備傳統無線電技術無可比擬的優越性，已成為業界公認的現代無線電通信技術的發展方向。理想的軟件無線電系統強調體系結構的開放性和可編程性，減少靈活性著的硬件電路，把數字化處理(ADC和DAC)盡可能靠近天線，通過軟件的更新改變硬件的配置、結構和功能。目前，直接對射頻(RF)進行采樣的技術尚未實現普及的產品化，而用數字變頻器在中頻進行數字化是普遍采用的方法，其主要思想是，數字混頻器用離散化的單頻本振信號與輸入采樣信號在乘法器中相乘，再經插值或抽取濾波，其結果是，輸入信號頻譜搬移到所需頻帶，數據速率也相應改變，以供后續模塊做進一步處理。數字變頻器在發射設備和接收設備中分別稱為數字上變頻器(DUC，Digital Upper Converter)和數字下變頻器(DDC，Digital Down Converter)，它們是軟件無線電通信設備的關鍵部什。大規模可編程邏輯器件的應用為現代通信系統的設計帶來極大的靈活性。基于FPGA的數字變頻器設計是深受廣大設計人員歡迎的設計手段。本文的重點研究是數字下變頻器(DDC)，然而將它與數字上變頻器(DUC)完全割裂后進行研究顯然是不妥的，因此，本文對數字上變頻器也作適當介紹。 第一章簡要闡述了軟件無線電及數字下變頻的基本概念，介紹了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介紹了數控振蕩器(NCO)，介紹了兩種實現方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的實現。對CORDIc算法作了重點介紹，給出了傳統算法和改進算法，并對基于傳統CORDIC算法的NCO的FPGA實現進行了EDA仿真。 第三章介紹了變速率采樣技術，重點介紹了軟件無線電中廣泛采用的級聯積分梳狀濾波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)補償法，對前者進行了基于Matlab的理論仿真和FPGA實現的EDA仿真，后者只進行了基于Matlab的理論仿真。 第四章介紹了分布式算法和軟件無線電中廣泛采用的半帶(half-band，HB)濾波器，對基于分布式算法的半帶濾波器的FPGA實現進行了EDA仿真，最后簡要介紹了FIR的多相結構。 第五章對數字下變頻器系統進行了噪聲綜合分析，給出了一個噪聲模型。 第六章介紹了數字下變頻器在短波電臺中頻數字化應用中的一個實例，給出了測試結果，重點介紹了下變頻器的：FPGA實現，其對應的VHDL程序收錄在本文最后的附錄中，希望對從事該領域設計的技術人員具有一定參考價值。
上傳時間： 2013-06-09
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