IIR數字濾波器是沖激響應為無限長的一類數字濾波器，是電子、通信及信號處理領域的重要研究內容，國內外學者對IIR數字濾波器的優化設計進行了大量研究。其中，進化算法優化設計IIR數字濾波器雖然取得了一定的效果，但是其也有自身的一些不足；另外，基于粒子群算法以及人工魚群算法的IIR數字濾波器優化設計也取得了較好的效果。但這些方法都是將多目標優化問題轉化為單目標優化問題，這種方法是將每個目標賦一個權值，然后將這些賦了權值的目標相加，把相加的結果作為目標函數，在此基礎上尋找目標函數的最小值，這樣做造成的問題是可能將其中的任何一種滿足目標函數值最小的情況作為最優解，但實際上得到的不一定是最優解。也就是說，單目標的方法難以區分哪一種情況為最優解，這樣的尋優模型從理論上來說是難以得到最優解的。另外，在將多目標轉化為單目標時，各個目標的權值難以確定，而且最終只能得到唯一解。針對這些問題，本文在研究傳統遺傳算法、進化規劃算法以及量子遺傳算法的IIR數字濾波器優化設計的基礎上，將重點研究IIR數字濾波器的粒子進化規劃優化、遺傳多目標優化以及量子多目標優化。另外，由于在通信系統中IIR數字濾波器有廣泛應用，并且大量采用FPGA實現，多目標優化方法得到的濾波器性能也值得驗證，因此，對多目標優化方法得到的IIR數字濾波器系數進行FPGA仿真驗證有重要的現實意義。 @@ 論文的主要工作及研究成果具體如下： @@ 1.分析IIR數字濾波器的數學模型及其優化設計的參數；針對低通IIR數字濾波器，采用遺傳算法及量子遺傳算法對其進行優化設計，并給出相應的仿真結果及分析。 @@ 2.針對使用進化規劃算法優化設計IIR數字濾波器時容易陷入局部極值的問題，研究粒子進化規劃算法，并將其應用于IIR數字濾波器的優化設計，該算法將粒子群優化算法與進化規劃算法相結合，繼承了粒子群算法局部搜索能力強和進化規劃算法遺傳父代優良基因能力強的優點。將這種新的粒子進化規劃算法應用于IIR低通、高通、帶通、帶阻數字濾波器的優化設計，顯示了較好的效果。 @@ 3.優化設計IIR數字濾波器時，通常將多目標轉化為單目標的優化問題，這種方法雖然設計簡單，但是在將多目標轉化為單目標時，各個目標的權值難以確定，而且最終只能得到唯一解，不能提供更多的有效解給決策者。針對常 用基于單目標優化算法的不足，在分析IIR數字濾波器優化模型和待優化參數的基礎上，本文研究遺傳算法的IIR數字濾波器多目標優化設計方法，該方法將多個目標值直接映射到適應度函數中，通過比較函數值的占優關系來搜索問題的有效解集，使用這種方法可以求得一組有效解，并且將多目標轉化為單目標的優化方法得到的唯一解也能被包括在這一組有效解中。@@ 4.將量子遺傳算法應用于IIR數字濾波器多目標優化設計，研究量子遺傳算法的IIR數字濾波器多目標優化設計方法，并將優化結果與傳統遺傳算法的多目標優化方法進行了比較。仿真結果表明，在對同一種濾波器進行優化設計時，使用該方法得到的結果通帶波動更小，過渡帶更窄，阻帶衰減也更大。 @@ 5.針對IIR數字濾波器的硬件實現問題，在對IIR數字濾波器的結構特征進行分析的基礎上，分別采用遺傳多目標優化方法量子多目標方法優化設計IIR數字濾波器的系數，然后針對兩組系數進行了FPGA( Field-Programmable GateArray，現場可編程門陣列)仿真驗證，并對兩種結果進行了對比分析。 @@關鍵詞：IIR數字濾波器；優化設計
上傳時間： 2013-06-09
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工業生產過程往往具有非線性、不確定性，難以建立精確的數學模型。應用常規的PID控制器難以達到理想的控制效果。作為的重要分支，人工神經網絡具有良好的非線性映射能力和高度的并行信息處理能力，已成為非線性系統建模、辨識和控制中常用的理論和方法。其中，神經元具有很強的信息綜合、學習記憶、自學習和自適應能力，可以處理那些難以用模型和規則描述的過程，將神經元與PID結合，應用到實際的控制中，可以在線調整PID的參數，使系統具有較強的抗干擾能力、自適應能力和較好的魯棒性。 目前，人工神經網絡的研究主要是神經網絡的理論研究、神經網絡的應用研究和神經網絡的實現技術研究，這三方面是相互依賴和相互促進的關系。本文主要側重的是神經網絡的實現技術研究方面，創新性地利用FPGA嵌入式系統開發技術實現單神經元PID智能控制器的研究與設計，并將其封裝成為一個專用的IP核供其他的控制系統使用。 首先，對單神經元PID智能控制器的設計原理和設計算法進行了深入的研究與分析；其次，利用MATLAB設計單神經元PID智能控制器，針對特定的被控對象，對其進行仿真實驗，獲得比較理想的系統輸出；然后，研究基于FPGA的單神經元智能控制算法的實現，對控制器進行VHDL語言分層設計，使用Altera公司的軟件QuartusⅡ6.1進行仿真實驗。兩個仿真實驗結果表明，基于FPGA的單神經元智能控制器比MATLAB設計的單神經元PID智能控制器性能優良。 本文的設計模塊主要包括權值修改模塊、誤差計算模塊、權值產生模塊和輸出模塊。在各個模塊的設計中進行了優化處理，使本文的設計不僅利用的硬件資源少，而且也有很快的運行速度，同時也改善了傳統控制器的控制性能。
上傳時間： 2013-04-24
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本項目完成的是基于中國“數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制”國家標準的發射端系統FPGA設計與實現。在本設計中，系統采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA為基礎構建的主硬件處理平臺。對于發射端系統，數據處理部分的擾碼器(隨機化)、前向糾錯編碼(FEC)、符號星座映射、符號交織、系統信息復用、頻域交織、幀體數據處理(OFDM調制)、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器(SRRC)等各模塊都是基于FPGA硬件設計實現的。其中關鍵技術：TDS-OFDM技術及其和絕對時間同步的復幀結構、信號幀的頭和幀體保護技術、低密度校驗糾錯碼(LDPC)等，體現了國標的自主創新特點，為數字電視領域首次采用。其硬件實現，亦尚未有具體產品參考。 本文首先介紹了當今國內外數字電視的發展現狀，中國數字電視地面廣播傳輸國家標準的頒布背景。并對國標系統技術原理框架，發端系統的整體結構以及FPGA設計的相關知識進行了簡要介紹。在此基礎上，第三章重點、詳細地介紹了基于FPGA實現的發射端系統各主要功能模塊的具體結構設計，論述了系統中各功能模塊的FPGA設計和實現，包括設計方案、算法和結構的選取、FPGA實現、仿真分析等。第四章介紹了對整個系統的級連調試過程中，對系統結構進行的優化調整，并對級連后的整個系統的性能進行了仿真、分析和驗證。作者在項目中完成的工作主要有： 1.閱讀相關資料，了解并分析國標系統的技術結構和原理，分解其功能模塊。 2.制定了基于國標的發端系統FPGA實現的框架及各模塊的接口定義。 3.調整和改進了3780點IFFT OFDM調制模塊及滾降濾波器模塊的FPGA設計并驗證。 4.完成了擾碼器、前向糾錯編碼、符號星座映射、符號交織、系統信息復用、頻域交織、幀體數據處理、同步PN頭插入、以及信號成形4倍插值滾降濾波器等功能模塊的FPGA設計和驗證。 5.在系統級連調試中，利用各模塊數據結構特點，優化系統模塊結構。 6.完成了整個發射端系統FPGA部分的調試、分析和驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數字時代的到來，信息化程度的不斷提高，人們相互之間的信息和數據交換日益增加。正交幅度調制器(QAM Modulator)作為一種高頻譜利用率的數字調制方式，在數字電視廣播、固定寬帶無線接入、衛星通信、數字微波傳輸等寬帶通信領域得到了廣泛應用。 近年來，集成電路和數字通信技術飛速發展，FPGA作為集成度高、使用方便、代碼可移植性等優點的通用邏輯開發芯片，在電子設計行業深受歡迎，市場占有率不斷攀升。本文研究基于FPGA與AD9857實現四路QAM調制的全過程。FPGA實現信源處理、信道編碼輸出四路基帶I/Q信號，AD9857實現對四路I/Q信號的調制，輸出中頻信號。本文具體內容總結如下: 1.介紹國內數字電視發展狀況、國內國際的數字電視標準，并詳細介紹國內有線電視的系統組成及QAM調制器的發展過程。 2.研究了QAM調制原理，其中包括信源編碼、TS流標準格式轉換、信道編碼的原理及AD9857的工作原理等。并著重研究了信道編碼過程，包括能量擴散、RS編碼、數據交織、星座映射與差分編碼等。 3.深入研究了基于FPAG與AD9857電路設計，其中包括詳細研究了FPGA與AD9857的電路設計、在allegro下的PCB設計及光繪文件的制作，并做成成品。 4.簡單介紹了FPGA的開發流程。 5.深入研究了基于FPAG代碼開發，其中主要包括I2C接口實現，ASI到SPI的轉換，信道編碼中的TS流包處理、能量擴散、RS編碼、數據交織、星座映射與差分編碼的實現及AD9857的FPGA控制使其實現四路QAM的調制。 6.介紹代碼測試、電路測試及系統指標測試。 最終系統指標測試表明基于FPGA與AD9857的四路DVB-C調制器基本達到了國標的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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本文將高效數字調制方式QAM和軟件無線電技術相結合，在大規模可編程邏輯器件FPGA上對16QAM算法實現。在當今頻譜資源日趨緊缺的情況下有很大現實意義。 論文對16QAM軟件實現的基礎理論，帶通采樣理論、變速率數字信號處理相關抽取內插技術做了推導和分析；深入研究了軟件無線電核心技術數字下變頻原理和其實現結構；對CIC、半帶等高效數字濾波器原理結構和性能作了研究；16QAM調制和解調系統設計采用自項向下設計思想；采用硬件描述語言VerilogHDL在EDA工具QuartusII環境下實現代碼輸入；對系統調試采用了算法仿真和在系統實測調試相結合方法。 論文首先對16QAM調制解調算法進行系統級仿真，并對實現的各模塊的可行性仿真驗證，在此基礎上，完成了調制端16QAM信號的時鐘分頻模塊、串并轉換模塊、星座映射、8倍零值內插、低通濾波以及FPGA和AD9857接口等模塊；解調器主要完成帶通采樣、16倍CIC抽取濾波，升余弦滾降濾波，以及16QAM解碼等模塊，實現了16QAM調制器；給出了中頻信號時域測試波形和頻譜圖。本系統在200KHz帶寬下實現了512Kbps的高速數據數率傳輸。論文還對增強型數字鎖相環EPLL的實現結構進行了研究和性能分析。
上傳時間： 2013-07-10
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在數字電視系統中，MPEG-2編碼復用器是系統傳輸的核心環節，所有的節目、數據以及各種增值服務都是通過復用打包成傳輸流傳輸出去。目前，只有少數公司掌握復用器的核心算法技術，能夠采用MPEG-2可變碼率統計復用方法提高帶寬利用率，保證高質量圖像傳輸。由于目前正處廣播電視全面向數字化過渡期間，市場潛力巨大，因此對復用器的研究開發非常重要。本文針對復用器及其接口技術進行研究并設計出成形產品。 文中首先對MPEG-2標準及NIOS Ⅱ軟核進行分析。重點研究了復用器中的部分關鍵技術：PSI信息提取及重構算法、PID映射方法、PCR校正及CRC校驗算法，給出了實現方法，并通過了硬件驗證。然后對復用器中主要用到的AsI接口和DS3接口進行了分析與研究，給出了設計方法，并通過了硬件驗證。 本文的主要工作如下： ●首先對復用器整體功能進行詳細分析，并劃分軟硬件各自需要完成的功能。給出復用器的整體方案以及ASI接口和DS3接口設計方案。 ●在FPGA上采用c語言實現了PSI信息提取與重構算法。 ●給出了實現快速的PID映射方法，并根據FPGA特點給出一種新的PID映射方法，減少了邏輯資源的使用，提高了穩定性。 ●采用Verilog設計了SI信息提取與重構的硬件平臺，并用c語言實現了SDT表的提取與重構算法，在FPGA中成功實現了動態分配內存空間。 ●在FPGA上實現了．ASI接口，主要分析了位同步的實現過程，實現了一種新的快速實現字節同步的設計。 ●在FPGA上實現了DS3接口，提出并實現了一種兼容式DS3接口設計。并對幀同步設計進行改進。 ●完成部分PCB版圖設計，并進行調試監測。 本復用器設計最大特點是將軟件設計和硬件設計進行合理劃分，硬件平臺及接口采用Verilog語言實現，PSI信息算法主要采用c語言實現。這種軟硬件的劃分使系統設計更加靈活，且軟件設計與硬件設計可同時進行，極大的提高了工作效率。 整個項目設計采用verilog和c兩種語言完成，采用Altera公司的FPGA芯片EP1C20，在Quartus和NIOS IDE兩種設計平臺下設計實現。根據此方案已經開發出兩臺帶有ASI和DS3接口的數字電視TS流復用器，經測試達到了預期的性能和技術指標。
上傳時間： 2013-08-03
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隨著數字電子技術的發展，數字信號處理的理論和技術廣泛的應用于通訊、語音處理、計算機和多媒體等領域。快速傅立葉變換(FFT)使離散傅立葉變換的運算時間縮短了幾個數量級，在數字信號處理領域被廣泛應用。FFT已經成為現代信號處理的重要手段之一。 現場可編程門陣列(FPGA)是近年來迅速發展起來的新型可編程器件。隨著它的不斷應用和發展，也使電子設計的規模和集成度不斷提高。同時基于FPGA實現FFT的設計方法和思想被提出。本次設計的目的是快速傅立葉變換(FFT)的FPGA實現。 此文在分析了快速傅立葉算法的基礎上，提出了一種頻率抽取基4 FFT的FPGA設計方案，針對現有FFT的FPGA實現過程中蝶形運算需要頻繁乘以多個旋轉因子提出了改進方法，減少了旋轉因子的乘法次數和存儲空間，加快了蝶形運算的速度，設計的地址映射方法，無需運算即可得到所需數據的存放地址，并結合采用乒乓結構和流水線方式，來提高快速傅立葉變換(FFT)FPGA實現的速度。描述了一片FPGA芯片內完成了整個FFT處理器的電路設計，經過模塊時序仿真和數據的驗證及測試，達到工作在50MHz時鐘頻率的設計要求。最后對后續設計做了描述，并對用FPGA實現FFT做了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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JPEG 2000是為適應不斷發展的圖像壓縮應用而出現的新的靜止圖像壓縮標準，小波變換是JEPG 2000核心算法之一。小波變換是一種可達到時(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算，使其在實時信號處理領域得到廣泛的應用。通過提升的方法很容易構造一般的整數小波變換，由于圖像一般用位數較低的整數表示，整數小波變換可以將為整數序列的圖像矩陣映射成整數小波系數矩陣，這就大大簡化了小波變換的硬件電路設計。在當今數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域的應用已經成為當今研究的熱點。 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JPEG 2000推薦無損提升小波算法和有損提升小波算法，設計圖像壓縮系統的小波變換模塊。主要工作如下： 第一部分介紹了傳統小波分析理論和提升小波分析理論。包括連續小波時頻局域性的特征，離散小波變換系數的意義，多分辨分析引出的構造小波基的系統方法和計算離散小波的快速算法等。重點放在介紹正交小波和雙正交小波的構造方法，并介紹了數字圖像在小波域的特點。討論了提升小波變換的基本思想，討論了用提升方法構造小波基以及傳統小波變換的提升實現，討論了整數小波變換。 第二部分介紹了FPGA結構及其設計流程。介紹了FPGA/CPLD器件的特征、發展趨勢及FPGA/CPLD基本結構，然后重點介紹了本文用到的Xilinx公司Spartan-Ⅲ系列芯片的結構特點，以及Xilinx的FPGA開發軟件ISE，最后介紹了硬件描述語言VHDL語言的特點。 最后一部分是本論文研究的主要內容，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計和二維變換模塊設計。一維提升小波變換模塊采用兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的串行流水線結構和高速高功耗的并行陣列結構。同樣，二維小波變換模塊也采用了兩種不同的電路結構進行設計-低速低功耗的折疊結構和高速高功耗的串行結構。 文章對提升小波變換的FPGA實現中的大量細節問題進行了討論，給出了每種結構提升小波變換模塊的電路原理圖，并對原理圖進行了仿真測試，仿真測試結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領域的實際要求。
上傳時間： 2013-06-08
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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(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： 2013-07-25
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本項目完成的是中國地面數字電視融合方案發端系統的FPGA設計與實現。采用Stratix系列的EP1S80F1020C5FPGA為基礎構建了主硬件處理平臺。系統中能量擴散、LDPC編碼、符號交織、星座映射、同步PN頭插入、3780點IFFTOFDM調制以及信號成形4倍插值滾降濾波器等都是基于FPGA硬件設計實現的。本文首先介紹了數字電視的發展現狀，融合方案發端系統的整體結構以及FPGA設計的相關知識。第三章重點、詳細地介紹了基于FPGA的融合方案發端系統除LDPC編碼部分的各個模塊的具體實現，并對級連后的整個系統的性能進行了仿真、分析和驗證。第四章簡要介紹了與融合方案發端系統結構類似的一個窄帶LDPC解碼-誤碼測試實驗平臺發端的FPGA設計，并對該測試平臺的性能進行了分析驗證。我在項目中完成的工作主要有： 1.閱讀相關文獻資料，了解中國地面數字電視融合方案的整體結構和原理。 2.制定了整個發端系統FPGA實現的框架以及各模塊的接口定義。 3.完成了3780點IFFTOFDM的FPGA設計和驗證。 4.完成了4倍插值169階滾降濾波器的算法改進和FPGA設計與驗證。 5.完成了整個融合方案系統的功能仿真、分析和驗證。 6.完成了窄帶LDPC解碼-誤碼測試實驗平臺發端的FPGA設計以及仿真、驗證。
上傳時間： 2013-07-05
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