GPS技術在導航、定位及精確打擊等方面產(chǎn)生了重要影響，已經(jīng)廣泛地應用在各種武器平臺上。但是，在干擾環(huán)境下也顯現(xiàn)出許多問題。由于其到達地球表面的信號極其微弱(-160dBW)，在現(xiàn)在復雜的電磁環(huán)境中容易受到干擾，尤其是C/A碼信號更易受到干擾，并且隨著導航戰(zhàn)的發(fā)展對GPS的抗干擾已成為爭取導航資源的有效措施。因此，研究干擾環(huán)境下的GPS接收機設計具有重要意義。 本文首先簡要介紹了GPS信號的結構及構成，通過對GPS信號特征以及接收機抗干擾能力的分析，結合干擾對接收機的作用方式及效果，確定GPS最易受的干擾類型為阻塞式干擾，然后針對這種干擾類型提出了一種有效的抗干擾技術-----自適應調(diào)零天線技術。接下來，著重研究了GPS接收機在此抗干擾技術前提下的若干抗干擾方法，并對其進行了詳細的分析和討論。 研究過程中，通過對最佳化準則和空域自適應濾波的理解，首先對不同天線陣列結構進行了性能仿真和比較分析，然后在對稱圓形天線陣列的基礎上對空域自適應算法進行了仿真分析，針對其自由度有限的問題接著對空時濾波方法做了詳細討論，在7元對稱圓形陣列的基礎上仿真說明了二者各自的優(yōu)缺點。考慮到實際的干擾環(huán)境和本課題研究的初期階段，因此選用了適合本課題干擾環(huán)境的空域濾波方法，并對其自適應算法進行了適當?shù)母倪M，使得其抗干擾性能獲得了一定程度的改善。 最后，詳細說明了該接收機抗干擾模塊的FPGA實現(xiàn)原理。詳細給出了頂層及各子模塊的設計流程與RTL視圖，實驗結果驗證了該算法的有效性。
上傳時間： 2013-06-03
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H.264/AVC是國際電信聯(lián)盟與國際標準化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動圖像編碼標準，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標準，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標準相比，性能有了很大的提高，并已在流媒體、數(shù)字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標準的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應可變長編碼)編碼算法研究及FPGA實現(xiàn)。對于變換后的熵編碼，H.264/AVC支持兩種編碼模式：基于上下文的可變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應算術編碼(CABAC，Context-based Adaptive BinaryArithmetic Coding)。在H.264/AVC中，盡管CAVLC算法也是采用了VLC編碼，但是同以往標準不同，它所有的編碼都是基于上下文進行。這種方法比傳統(tǒng)的查單一表的方法提高了編碼效率，但也增加了設計上的困難。 作者在全面學習H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結構框圖，并總結出了影響CAVLC編碼器實現(xiàn)的瓶頸。針對這些瓶頸，對CAVLC編碼器中的各個功能模塊進行了優(yōu)化設計，這些優(yōu)化設計包括多參考塊的表格預測法、快速查找表法、算術消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設計的CAVLC編碼器進行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結果表明，該CAVLC編碼器各編碼單元的編碼速度得到了顯著提高且均能滿足實時通信要求，為整個CAVLC編碼器的實時通信提供了良好的基礎。
上傳時間： 2013-06-04
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LDPC(低密度奇偶校驗碼)編碼是提高通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率的關鍵技術。LDPC碼應用于實際通信系統(tǒng)是本課題的研究重點。實際通信要求在LDPC碼長盡量短、碼率盡量高及硬件可實現(xiàn)的前提下，結合連續(xù)相位MSK調(diào)制，滿足歸一化信噪比SNR=2dB時，系統(tǒng)誤碼率低于10-4。根據(jù)課題背景，本文主要研究基于FPGA的LDPC編碼器設計與實現(xiàn)。 LDPC碼的編碼復雜度往往與其幀長的平方成正比，編碼復雜度大，成為編碼硬件實現(xiàn)的一個障礙；論文針對實際系統(tǒng)的預期指標，通過對多種矩陣構造算法的預選方案及影響LDPC碼性能參數(shù)仿真分析，基于1/2碼率，1024和2048兩種幀長，設計了三種編碼器的備選方案，分別為直接下三角編碼器，串行準循環(huán)編碼器和二階準循環(huán)編碼器。 對于每種編碼器，分別設計了其整體結構，并對每種編碼器的功能模塊進行深入研究，設計完成后利用第3方軟件MODELSIM對編碼器進行了時序仿真；根據(jù)時序仿真結果和綜合報告對三種編碼方案進行比較，最終選擇串行準循環(huán)編碼器作為硬件實現(xiàn)的編碼方案。 最后，在FPGA中硬件實現(xiàn)了串行準循環(huán)編碼器并對其進行測試，利用MATLAB仿真程序和串口通信工具最終驗證了這種編碼器的正確性和硬件可實現(xiàn)性。
標簽： LDPC FPGA 編碼器 實現(xiàn)研究
上傳時間： 2013-08-02
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本文以符號多項式理論為基礎，從理論上論證了任意長度比特組合的CRC校驗碼的并行算法，提出了并行CRC計算的數(shù)學模型，并且以8位二進制序列(即一個字節(jié))為例，介紹了利用此數(shù)學模型計算校驗碼的方法，最后給出了與此算法相對應的VHDL模型。經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的對比分析，表明文中所提并行CRC算法的關鍵路徑延遲和硬件面積都得到了優(yōu)化，以Top-Down設計方法給出了一種HDLC協(xié)議控制器的設計方案，用VHDL語言進行了行為級描述，采用Xilinx公司的FPGA產(chǎn)品進行實現(xiàn)。
標簽： FPGA HDLC 協(xié)議控制器
上傳時間： 2013-06-09
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用戶對寬帶無線接入業(yè)務、尤其是對于寬帶無線化以及移動化的需求日益增加,使無線寬帶接入技術WiMAX(World interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作性技術)應運而生、迅猛發(fā)展,成為這兩年業(yè)界關注的焦點。除了通常的互聯(lián)網(wǎng)接入應用外,它還將在提供IPTV和VOIP等寬帶業(yè)務方面取得成功,它還有可能成為一種先進的4G蜂窩電話技術。WiMAX未來將進入蜂窩電話、筆記本電腦和機頂盒等應用中。 本文在介紹WiMAX傳輸標準802.16d基礎上,詳細闡述了WiMAX接收機中信道解調(diào)芯片中的自動增益控制(Automatic Gain Control,AGC)部分。首先介紹了自動增益控制系統(tǒng)的基本組成和其主要特性指標,通過對一個步進式AGC的分析,得到AGC模型的輸出公式。然后針對WiMAX接收機內(nèi)AGC系統(tǒng)中的模數(shù)轉換器以及AGC電路進行介紹和理論分析。本文采用SPW(Signal Processing WorkSystem)模型對AGC電路基本結構的算法分析,并結合仿真結果對AGC電路做了詳盡解說并對參數(shù)進行了解釋說明。 最后給出了基于SPW和FPGA(Field Programmable Gate Array)驗證的結果。通過SPW對AGC進行了單獨的性能測試,并結合整個系統(tǒng)的性能測試來說明AGC可以和系統(tǒng)的其他模塊協(xié)同工作。在FPGA測試中,可以證明用Verilog實現(xiàn)后AGC也同樣能較好的工作。 本文實現(xiàn)的基于導頻的步進式的數(shù)字AGC是針對WiMAX系統(tǒng)的自動增益控制電路提出的解決方案。此算法結合WiMAX系統(tǒng)的傳輸方式,提出的算法具有迅速鎖定信號的特點,能夠滿足WiMAX系統(tǒng)的要求。同時,由于各種關鍵參數(shù)設計為寄存器可配的方式,具有很好的靈活性,也就具有了更高的移植性,可以作為一種通用的數(shù)字AGC算法。
上傳時間： 2013-04-24
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常模信號是一類非常重要的信號，而專門應用于常模信號的常模算法[1]具有復雜度較低、實現(xiàn)起來比較簡單、對陣列模型的偏差不敏感等顯著的優(yōu)點。因此，常模算法引起了眾多學者的廣泛關注。近年來，常模算法在多用戶檢測領域[2]的研究越來越受到諸多學者的關注。不僅如此，常模算法在其他領域也是備受矚目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等領域的應用也是目前研究的熱點。除此之外，常模算法已經(jīng)不僅僅局限在應用于常模信號，也可應用于多模信號[3]等。 本文對常模算法在多用戶檢測領域的應用以及FPGA[4]實現(xiàn)作了較多的研究工作，共分六章進行闡述。第一章為緒論，介紹了論文相關背景和本文的結構；第二章首先對常模算法作了理論分析，并改進了傳統(tǒng)的2-2型常模算法，我們稱之為M2-2CMA，它在誤碼率性能上有一些改善；之后在MATLAB平臺上搭建了仿真平臺，分析了常模算法在多用戶檢測中的應用；第三章研究了相關文獻，簡單介紹了FPGA概念及其設計流程和設計方法，并對VerilogHDL以及Quartus軟件做了簡要介紹；第四章則詳細介紹了常模算法的FPGA實現(xiàn)，用一種基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的方法確定了數(shù)據(jù)位長及精度，提出了其實現(xiàn)的系統(tǒng)框圖，并詳細闡述了各主要模塊的設計與實現(xiàn)，同時給出了最后的報告文件以及最高數(shù)據(jù)處理速度；第五章則在MATLAB平臺和QuartuslI的基礎上搭建了一個仿真平臺，借助于平臺分析了2-2型常模算法移植到FPGA平臺后的性能，對不同的精度對系統(tǒng)性能的影響做了討論，也統(tǒng)計了不同信噪比、多址干擾下的誤碼率性能。最后一章是對全文的總結和對未來的展望。
上傳時間： 2013-06-23
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低密度校驗碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農(nóng)極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領域標準中，包括我國的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴省W洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統(tǒng)中的核心技術之一。 當今LDPC碼構造的主流方向有兩個，分別是結合準循環(huán)（QC，Quasi Cyclic）移位結構的單次擴展構造和類似重復累積（RA，Repeat Accumulate）碼構造。相應地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實現(xiàn)簡單，但是吞吐量不高，且不容易構造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構造和編碼算法之后，結合編譯碼器綜合實現(xiàn)的復雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構造方法，以實現(xiàn)高吞吐量的LDPC碼收發(fā)端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環(huán)移位結構的特點，結合RU算法，提出了一種新編碼器的設計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環(huán)移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現(xiàn)的。在此基礎上，為了實現(xiàn)可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環(huán)移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構造方法的特點在于，固定循環(huán)移位擴展的擴展因子大小不變，支持多個亂序擴展的擴展因子，使得譯碼器結構得以精簡；構造得到的碼字具有近似規(guī)則碼的結構，便于硬件實現(xiàn)；（偽）隨機生成的循環(huán)移位系數(shù)能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現(xiàn)和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復用，使得實現(xiàn)復雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結構完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，F(xiàn)orward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結構，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數(shù)大致相同。 這種碼字構造和編碼聯(lián)合設計方案具有以下優(yōu)勢：相比RU算法，新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節(jié)省了50％以上的寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復累積碼結構的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構造更為方便。以上結果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗證。 通過在實驗板上實測表明，上述基于二次擴展的QC-LDPC碼構造和相應的編碼方案能夠實現(xiàn)高吞吐量LDPC碼收發(fā)端，在實際應用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規(guī)則、自適應、信源信道及調(diào)制聯(lián)合編碼方向發(fā)展。跨層聯(lián)合編碼的構造方法，及其對應的編碼算法，也必將成為信道編碼理論未來的研究重點。
上傳時間： 2013-07-26
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可編程邏輯芯片特別是現(xiàn)場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)芯片的快速發(fā)展，使得新的芯片能夠根據(jù)具體應用動態(tài)地調(diào)整結構以獲得更好的性能，這類芯片稱為動態(tài)可重構FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用這類芯片構建的可重構系統(tǒng)在實際應用前還有許多問題需要解決。一個基本的問題就是動態(tài)可重構FPGA芯片中的可重構功能單元(Reconfigurable Functional Unit，RFU)的模塊布局問題和模塊間的布線問題。 本文從基本的FPGA芯片結構和CAD算法談起，介紹了可重構計算的概念，建立了可重構計算系統(tǒng)模型和動態(tài)可重構FPGA芯片模型，在此模型上提出一個基于劃分和時延驅動的在線布局算法，和一個基于Pathfinder協(xié)商擁塞算法的布線算法，來解決動態(tài)可重構FPGA芯片的布局和布線問題。由硬件描述語言(Hardware Description Language，HDL)描述的電路首先被劃分成有限數(shù)目的層，然后將這些電路層布局到芯片的每一層，同時確保關鍵路徑的時延最小。實驗結果表明，布局算法與傳統(tǒng)的布局算法(或者文獻[37]中的算法)相比，在時延上平均減少27％，在線長上平均減少34％(或者11％)，在運行時間上平均減少42％(或者97％)。布線算法與傳統(tǒng)的布線算法相比，能夠將線長降低26％，將水平通道寬度降低27％，顯示出較高的性能。
標簽： FPGA 動態(tài)可重構 布局布線 算法研究
上傳時間： 2013-05-24
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本文對基于FPGA的CCSDS圖像壓縮和AES加密算法的實現(xiàn)進行了研究。主要完成的工作有： (1)深入研究CCSDS圖像壓縮算法，并根據(jù)其編碼方案，設計并實現(xiàn)了相應的編解碼器。從算法性能和硬件實現(xiàn)復雜度兩個方面，將該算法與具有類似算法結構的JPEG2000和SPIHT圖像壓縮算法作比較分析； (2)利用硬件描述語言VerilogHDL實現(xiàn)CCSDS圖像壓縮算法和AES加密算法； (3)優(yōu)化算法復雜度較大的功能模塊，如小波變換模塊等。使用雙端口內(nèi)存模塊增加數(shù)據(jù)讀寫速度，利用DSP塊處理核心運算單元，從而很大程度上提高了模塊的運行速度，并降低了芯片的使用面積； (4)設計并實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊級流水線，在幾乎不增加占用芯片面積的情況下，提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量； (5)在QuartusⅡ和ModelSim仿真環(huán)境下對該系統(tǒng)進行模塊級和系統(tǒng)級的功能仿真、時序仿真和驗證。在硬件系統(tǒng)測試階段，設計并實現(xiàn)FPGA與PC機的串口通信模塊，提高了系統(tǒng)驗證的工作效率。
上傳時間： 2013-05-19
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在VTS(Vessel Tramc Services船舶交管系統(tǒng))系統(tǒng)中，雷達信號的處理器的能力己成為制約雷達目標錄取、跟蹤處理能力和可靠性以及整個VTS系統(tǒng)工作的主要因素。隨著區(qū)域性VTS的建立，要求將雷達信號以最高的質(zhì)量和最低的代價遠距離傳輸，而達到這一要求的關鍵技術環(huán)節(jié)一雷達信息的壓縮處理也將受到雷達信號預處理系統(tǒng)的影響。 因此，研究更有效的VTS雷達信號預處理系統(tǒng)是一項很有價值和實際意義的工作。本文是在前人研究成果的基礎上，面向實際應用的需求，主要研究VTS雷達信號預處理算法的設計方法和實現(xiàn)手段，設計完成了一個數(shù)字化的雷達原始信號實時采集與處理系統(tǒng)。 本設計主要包括雷達信號的采集、雜波抑制處理以及與DSP芯片的信號傳輸。在硬件結構上，本設計采用FPGA完成信號的采集、CFAR處理和雷達信號檢測器的設計，將大量的以前需要由DSP芯片來完成的算法移植到FPGA中實現(xiàn)，大大減輕了DSP芯片的工作壓力，也減小了系統(tǒng)的體積。 在算法研究中，設計中重點討論了雜波的抑制方法和目標的檢測方法。本文在研究了大量現(xiàn)有的雷達信號雜波抑制及信號檢測的算法的基礎上，比較了各種算法的優(yōu)劣，最終選擇了一種適合本次設計要求的CFAR算法和雙極點濾波雷達信號檢測器在FPGA中實現(xiàn)。 論文中對設計中所采用的方法給出了理論分析、試驗仿真結果和試驗實際調(diào)試結果。通過本文所述的設計和實驗，本文設計的雷達信號預處理系統(tǒng)對雷達視頻信號的采集與傳輸都有很好的效果，所選用的雜波處理算法對雷達雜波、雨雪雜波和陸地回波都具有較好的抑制作用，能有效地處理雷達雜波中的尖峰成分，使信噪比得到較大改善。
上傳時間： 2013-04-24
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