在數字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數譯碼和概率譯碼。代數譯碼是基于碼的代數結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數結構，還利用了信道的統計特性，能充分發揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數傳系統，尤其是在衛星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發環境Quartus Ⅱ，包括數字系統的設計方法和設計規則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現、優化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明，系統的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的場合。
上傳時間： 2013-04-24
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利用集成UGN—3501M 霍爾傳感器和集成AD522 型雙端差動輸入測量放大器設計出了直流電流檢測電路，該電路具有良好的線性度(絕對線性度為1.4﹪)和高精度(最大相對誤差為0.53﹪)；電
上傳時間： 2013-07-07
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正交頻分復用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術通過將整個信道分為多個帶寬相等并行傳輸的子信道，通過將信息經過子信道獨立傳輸來實現通信，子信道的正交性可以保證最大限度的利用頻譜資源。OFDM系統通過循環前綴來消除符號間干擾(ISI)，通過IDFT/DFT調制解調降低了系統實現的復雜度。由于其頻譜利用率高，抗多徑能力強，在多種通信場合中都得到了應用。雖然有著上述優點，但為了準確的恢復信號，信道估計是OFDM系統中必須實現的一環。 本文正是針對OFDM接收機中的信道估計模塊的運算部件的實現進行了研究。首先，研究了OFDM信道估計的LS算法，一階線性插值算法，二次多項式插值算法，建立了適用于寬帶通信系統的信道估計模塊模型。其次研究了加法器電路和乘法器電路的實現，包括進位行波加法器，曼徹斯特進位鏈，超前進位加法器和乘法原理，陣列乘法器，wallace樹乘法器及BOOTH編碼算法，并分析了各種電路的特性及優缺點。接著研究了幾種主要的除法器設計算法，包括數字循環算法，基于函數迭代的算法，以及CORDIC算法，結合信道估計的特點選擇了函數迭代和CORDIC算法作為具體實現的方法。最后，在前面的設計的基礎上在FPGA芯片上實現了前面的設計方案。
上傳時間： 2013-06-06
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JPEG2000是新一代的靜態圖像壓縮標準，它相比JPEG有很多新的特性，如漸進傳輸和感興趣區域編碼等，因而它具有廣闊的應用前景，特別是在數碼相機、PDA等便攜式設備中。 JPEG2000的核心主要包括小波變換和基于最優化截斷點的嵌入式塊編碼(EBCOT)算法，其計算復雜度遠遠高于JPEG，完全采用軟件方案實現將會占用大量的處理器時間和內存開銷，而且速度較慢，實時處理的能力較差。為了推廣JPEG2000在便攜式產品、消費類電子產品中的應用，打開巨大的潛在市場，研究硬件實現的算法實時處理方案具有重要的應用價值。 EBCOT算法是一個兩層的編碼引擎，其中的上下文編碼的運算量約占到總運算量的50％，是提高編碼速度的關鍵算法之一。由于上下文編碼大部分都是邏輯運算，沒有復雜的數學運算，但邏輯控制流程復雜繁瑣，對存儲器訪問頻繁，采用DSP或者其他的通用處理器通過指令控制實現該算法，未能顯著提高編碼速度。本文采用FPGA芯片，以電路邏輯的方式來實現該算法并進行優化，在研究和分析了上下文編碼算法運算特點的基礎上，設計了列判斷和交錯存儲相結合的硬件實現方案，并采用硬件描述語言Verilog在寄存器傳輸級描述了相應的硬件電路。通過功能仿真和邏輯綜合后，所獲得的上下文編碼模塊最大時鐘頻率為101MHz，且能在130ms內完成對一幅512×512灰度圖像的編碼，性能比Jasper軟件中的實現方案提高了75％。 JPEG2000的一個重要特性是其具有漸進傳輸的能力，而碼流組織是獲得漸進傳輸特性的技術關鍵。碼流組織通過在輸出碼流中安排數據包的先后順序來實現漸進傳輸的目的。本文對JPEG2000中實現漸進傳輸的機制進行了分析，并研究了碼流組織的算法實現。 為了對JPEG2000算法實現進行驗證，本文設計了基于FPGA和ARM的驗證實驗平臺，其中FPGA主要完成算法中運算量較大的小波變換、上下文編碼和算術編碼，而ARM處理器則完成碼流組織、數據打包以及和PC機的通信。本文在該平臺上對所設計的上下文編碼算法和碼流組織模塊的設計進行了驗證，實驗結果表明本文設計的算法模塊功能正確，并在一定程度上提高了編碼速度。
上傳時間： 2013-04-24
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卷積碼是無線通信系統中廣泛使用的一種信道編碼方式。Viterbi譯碼算法是一種卷積碼的最大似然譯碼算法，它具有譯碼效率高、速度快等特點，被認為是卷積碼的最佳譯碼算法。本文的主要內容是在FPGA上實現約束長度為9，碼率為1/2，采用軟判決方式的Viterbi譯碼器。 本文首先介紹了卷積碼的基本概念，闡述了Viterbi算法的原理，重點討論了決定Viterbi算法復雜度和譯碼性能的關鍵因素，在此基礎上設計了采用“串-并”結合運算方式的Viterbi譯碼器，并在Altera EP1C20 FPGA芯片上測試通過。本文的主要工作如下： 1.對輸入數據采用了二比特四電平量化的軟判決方式，對歐氏距離的計算方法進行了簡化，以便于用硬件電路方式實現。 2.對ACS運算單元采用了“串-并”結合的運算方式，和全并行的設計相比，在滿足譯碼速度的同時，節約了芯片資源。本文中提出了一種路徑度量值存儲器的組織方式，簡化了控制模塊的邏輯電路，優化了系統的時序。 3.在幸存路徑的選擇輸出上采用了回溯譯碼方法，與傳統的寄存器交換法相比，減少了寄存器的使用，大大降低了功耗和設計的復雜度。 4.本文中設計了一個仿真平臺，采用Modelsim仿真器對設計進行了功能仿真，結果完全正確。同時提出了一種在被測設計內部插入監視器的調試方法，巧妙地利用了Matlab算法仿真程序的輸出結果，提高了追蹤錯誤的效率。 5.該設計在Altera EP1C20 FPGA芯片上通過測試，最大運行時鐘頻率110MHz，最大譯碼輸出速率10.3Mbps。 本文對譯碼器的綜合結果和Altera設計的Viterbi譯碼器IP核進行了性能比較，比較結果證明本文中設計的Viterbi譯碼器具有很高的工程實用價值。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著通信技術和計算機技術的發展，多媒體的應用與服務越來越廣泛，視頻壓縮編碼技術也隨之成為非常重要的研究領域。運動估計是視頻壓縮編碼中的一項關鍵技術。由于視頻編碼系統的復雜性主要取決于運動估計算法，因此如何找到一種可靠、快速、性能優良的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼的研究熱點。運動估計在視頻編碼器中承擔的運算量最大、控制最為復雜，由于對視頻編碼的實時性要求，因此運動估計模塊一般都采用硬件來設計。 本文的目的是在FPGA芯片上設計實現一種更優的易于硬件實現的塊匹配運動估計算法——二步搜索算法。全文首先討論了塊匹配運動估計理論及其主要技術指標，介紹了運動估計技術在MPEG-4中的應用，然后在對典型的運動估計算法進行分析比較的基礎上討論了一種性能和硬件實現難易度綜合指數較高的二步搜索算法。本文對已有的用于全搜索算法實現的VLSI結構進行了改進，設計了符合二步搜索算法要求的FPGA實現結構，并在對其理論分析之后，對實現該算法的運動估計模塊進行了功能模塊的劃分，并運用VerilogHDL硬件描述語言、ISE及Modelsim開發工具在Spartan-IIEXC2S300eFPGA芯片上完成了對各功能模塊的設計、實現與時序仿真。最后，對整個運動估計模塊進行了仿真測試，給出了其在FPGA上搭建實現后的時序仿真波形圖與占用硬件資源情況，通過對時序仿真結果可知本文設計的各功能模塊工作正常，并且能夠協同工作，整個運動估計模塊能夠正確的實現二步搜索運動估計算法，并輸出正確的運動估計結果；通過對占用硬件資源及時鐘頻率情況的分析驗證了本文設計的二步搜索運動估計算法的FPGA實現結構具備先進性和實時可實現性。
上傳時間： 2013-05-27
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可靠通信要求消息從信源到信宿盡量無誤傳輸，這就要求通信系統具有很好的糾錯能力，如使用差錯控制編碼。自仙農定理提出以來，先后有許多糾錯編碼被相繼提出，例如漢明碼，BCH碼和RS碼等，而C。Berrou等人于1993年提出的Turbo碼以其優異的糾錯性能成為通信界的一個里程碑。 然而，Turbo碼迭代譯碼復雜度大，導致其譯碼延時大，故而在工程中的應用受到一定限制，而并行Turbo譯碼可以很好地解決上述問題。本論文的主要工作是通過硬件實現一種基于幀分裂和歸零處理的新型并行Turbo編譯碼算法。論文提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器解決方法，很好地解決了并行訪問存儲器沖突的問題。 本論文在現場可編程門陣列(FPGA)平臺上實現了一種基于幀分裂和籬笆圖歸零處理的并行Turbo編譯碼器。所實現的并行Turbo編譯碼器在時鐘頻率為33MHz，幀長為1024比特，并行子譯碼器數和最大迭代次數均為4時，可支持8.2Mbps的編譯碼數掘吞吐量，而譯碼時延小于124us。本文還使用EP2C35FPGA芯片設計了系統開發板。該開發板可提供高速以太網MAC／PHY和PCI接口，很好地滿足了通信系統需求。系統測試結果表明，本文所實現的并行Turbo編譯碼器及其開發板運行正確、有效且可靠。 本論文主要分為五章，第一章為緒論，介紹Turbo碼背景和硬件實現相關技術。第二章為基于幀分裂和歸零的并行Turbo編碼的設計與實現，分別介紹了編碼器和譯碼器的RTL設計，還提出了一種基于多端口存儲器的并行子交織器和解交織器設計。第三章討論了使用NIOS處理器的SOC架構，使用SOC架構處理系統和基于NIOSII處理器和uC／0S一2操作系統的架構。第四章介紹了FPGA系統開發板設計與調試的一些工作。最后一章為本文總結及其展望。
上傳時間： 2013-04-24
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在數字通信中，采用差錯控制技術(糾錯碼)是提高信號傳輸可靠性的有效手段，并發揮著越來越重要的作用。糾錯碼主要有分組碼和卷積碼兩種。在碼率和編碼器復雜程度相同的情況下，卷積碼的性能優于分組碼。 卷積碼的譯碼方法主要有代數譯碼和概率譯碼。代數譯碼是基于碼的代數結構；而概率譯碼不僅基于碼的代數結構，還利用了信道的統計特性，能充分發揮卷積碼的特點，使譯碼錯誤概率達到很小。 卷積碼譯碼器的設計是由高性能的復雜譯碼器開始的，對于概率譯碼最初的序列譯碼，隨著譯碼約束長度的增加，其譯碼錯誤概率可達到非常小。后來慢慢地向低性能的簡單譯碼器演化，對不太長的約束長度，維特比(Viterbi)算法是非常實用的。維特比算法是一種最大似然的譯碼方法。當編碼約束度不太大(小于等于10)或者誤碼率要求不太高(約10-5)時，Viterbi譯碼算法效率很高，速度很快，譯碼器也較簡單。 目前，卷積碼在數傳系統，尤其是在衛星通信、移動通信等領域已被廣泛應用。 本論文對卷積碼編碼和Viterbi譯碼的設計原理及其FPGA實現方案進行了研究。同時，將交織和解交織技術應用于編碼和解碼的過程中。 首先，簡要介紹了卷積碼的基礎知識和維特比譯碼算法的基本原理，并對硬判決譯碼和軟判決譯碼方法進行了比較。其次，討論了交織和解交織技術及其在糾錯碼中的應用。然后，介紹了FPGA硬件資源和軟件開發環境Quartus Ⅱ，包括數字系統的設計方法和設計規則。再有，對基于FPGA的維特比譯碼器各個模塊和相應算法實現、優化進行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平臺上對硬判決譯碼和軟判決譯碼以及有無交織等不同情況進行了仿真，并根據仿真結果分析了維特比譯碼器的性能。 分析結果表明，系統的誤碼率達到了設計要求，從而驗證了譯碼器設計的可靠性，所設計基于FPGA的并行Viterbi譯碼器適用于高速數據傳輸的場合。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著系統芯片(SoC)設計復雜度不斷增加，使得縮短面市時間的壓力越來越大。雖然IP核復用大大減少了SoC的設計時間，但是SoC的驗證仍然非常復雜耗時。SoC和ASIC的最大不同之處在于它的規模和復雜的系統性，除了大量硬件模塊之外，SoC還需要大量的同件和軟件，如操作系統，驅動程序以及應用程序等。面對SoC數目眾多的硬件模塊，復雜的嵌入式軟件，由于軟件仿真速度和仿真模犁的局限性，驗證往往難以達到令人滿意的要求，耗費了大最的時間，將給系統芯片的上市帶來嚴重的影響。為了減少此類情況的發生，在流樣片之前，進行基于FPGA的系統原型驗證，即在FPGA上快速地實現SoC設計中的硬件模塊，讓軟件模塊在真正的硬件環境中高速運行，從而實現SoC設計的軟硬件協同驗證。這種方法已經成為SoC設計流程前期階段常用的驗證方法。 在簡要分析幾種業內常用的驗證技術的基礎上，本文重點闡述了基于FPGA的SoC驗證流程與技術。結合Mojox數碼相機系統芯片(以下簡稱為Mojox SoC)的FPGA原型驗證平臺的設計，介紹了Mojox FPGA原型驗證平臺的硬件設計過程和Mojox SoC的FPGA原型實現，并采用基于模塊的FPGA設計實現方法，加快了原型驗證的工作進程。 本文還介紹了Mojox SoC中ARM固件和PC應用軟件等原型軟件的設計實現以及原型驗證平臺的軟硬協同驗證的過程。通過軟硬協同驗證，本文實現了PC機對整個驗證平臺的摔制，達到了良好的驗證效果，且滿足了預期的設計要求。
上傳時間： 2013-07-02
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在過去的十幾年間，FPGA取得了驚人的發展：集成度已達到1000萬等效門、速度可達到400～500MHz。隨著FPGA的集成度不斷增大，在高密度FPGA中，芯片上時鐘的分布質量就變得越來越重要。時鐘延時和時鐘相位偏移已成為影響系統性能的重要因素。現在，解決時鐘延時問題主要使用時鐘延時補償電路。 為了消除FPGA芯片內的時鐘延時，減小時鐘偏差，本文設計了內置于FPGA芯片中的延遲鎖相環，采用一種全數字的電路結構，將傳統DLL中的用模擬方式實現的環路濾波器和壓控延遲鏈改進為數字方式實現的時鐘延遲測量電路，和延時補償調整電路，配合特定的控制邏輯電路，完成時鐘延時補償。在輸入時鐘頻率不變的情況下，只需一次調節過程即可完成輸入輸出時鐘的同步，鎖定時間較短，噪聲不會積累，抗干擾性好。 在Smic0.18um工藝下，設計出的時鐘延時補償電路工作頻率范圍從25MHz到300MHz，最大抖動時間為35ps，鎖定時間為13個輸入時鐘周期。另外，完成了時鐘相移電路的設計，實現可編程相移，為用戶提供與輸入時鐘同頻的相位差為90度，180度，270度的相移時鐘；時鐘占空比調節電路的設計，實現可編程占空比，可以提供占空比為50/50的時鐘信號；時鐘分頻電路的設計，實現頻率分頻，提供1.5，2，2.5，3，4，5，8，16分頻時鐘。
上傳時間： 2013-07-06
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