正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它具有頻譜利用率高、抗多徑能力強(qiáng)等特點，在寬帶無線多媒體通信領(lǐng)域中受到了廣泛的關(guān)注。 OFDM系統(tǒng)可分為連續(xù)工作模式和突發(fā)工作模式。在IEEE802.11a、HiperLANType2等無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中采用了OFDM的突發(fā)工作模式，該模式下的接收機(jī)首先對符合某種特定格式的幀做出檢測。本文介紹了一種基于最小錯誤概率準(zhǔn)則的幀檢測算法，提出了該算法的FPGA實現(xiàn)方案。 同步技術(shù)是OFDM最關(guān)鍵的技術(shù)之一，它包括載波頻率同步和符號同步。載波頻率同步是為了糾正接收端相對于發(fā)送端的載波頻率偏移，以保證子載波間的正交性；符號同步確定OFDM符號有用數(shù)據(jù)信息的開始時刻，也就是確定FFT窗的開始時刻。本文首先介紹了一種基于自相關(guān)的載波頻率同步算法，給出了它的FPGA實現(xiàn)方案，重點講述了其中用到的Cordic算法及其實現(xiàn)；然后介紹了分別基于互相關(guān)和自相關(guān)的兩種符號同步算法，給出了各自的FPGA實現(xiàn)方案，從實現(xiàn)的角度比較了兩種算法的優(yōu)缺點，并且在FPGA設(shè)計中體現(xiàn)了面積復(fù)用和流水線操作的設(shè)計思想。 文章最后介紹了系統(tǒng)調(diào)試的情況，總結(jié)出一種ChipScopePro與Matlab相結(jié)合的調(diào)試方法，該方法在FPGA調(diào)試方面具有一定的通用性。
上傳時間： 2013-07-16
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本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)著手，研究了AES算法的設(shè)計原則、數(shù)學(xué)知識、整體結(jié)構(gòu)、算法描述以及AES存住的優(yōu)點利局限性。 針對ARM核的體系結(jié)構(gòu)及特點，對AES算法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，提出了從AES算法本身和其結(jié)構(gòu)兩個方面進(jìn)行優(yōu)化的方法，在算法本身優(yōu)化方面是把加密模塊中的字節(jié)替換運(yùn)算、列混合運(yùn)算和解密模塊中的逆列混合運(yùn)算中原來的復(fù)雜的運(yùn)算分別轉(zhuǎn)換為簡單的循環(huán)移位、乘和異或運(yùn)算。在算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面是在輸入輸山接口上采用了4個32位的寄存器對128bits數(shù)據(jù)進(jìn)行了并行輸入并行輸出的優(yōu)化設(shè)計；在密鑰擴(kuò)展上的優(yōu)化設(shè)計是采用內(nèi)部擴(kuò)展，即在進(jìn)行每一輪的運(yùn)算過程的同時算出下一輪的密鑰，并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里，使得密鑰擴(kuò)展與加/解密運(yùn)算并行執(zhí)行；加密和解密優(yōu)化設(shè)計是將輪函數(shù)查表操作中的四個操作表查詢工作合并成一個操作表查詢工作，同時為了使加密代碼在解密代碼中可重用，節(jié)省硬件資源，在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。 根據(jù)上述的優(yōu)化設(shè)計，基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的ADS開發(fā)環(huán)境，提出了AES實現(xiàn)的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實現(xiàn)方案以及測試方案，總結(jié)了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規(guī)則，在集成開發(fā)環(huán)境下對算法進(jìn)行了實現(xiàn)，分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結(jié)果，并得劍了正確驗證。在性能測試的過程中應(yīng)用編譯器的優(yōu)化選項和其它優(yōu)化技巧優(yōu)化了算法，使算法具有較高的加密速度。
標(biāo)簽： ARM AES 嵌入式系統(tǒng) 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-04-24
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GPS技術(shù)在導(dǎo)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(yīng)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(dá)地球表面的信號極其微弱(-160dBW)，在現(xiàn)在復(fù)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(dǎo)航戰(zhàn)的發(fā)展對GPS的抗干擾已成為爭取導(dǎo)航資源的有效措施。因此，研究干擾環(huán)境下的GPS接收機(jī)設(shè)計具有重要意義。 本文首先簡要介紹了GPS信號的結(jié)構(gòu)及構(gòu)成，通過對GPS信號特征以及接收機(jī)抗干擾能力的分析，結(jié)合干擾對接收機(jī)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(shù)-----自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)。接下來，著重研究了GPS接收機(jī)在此抗干擾技術(shù)前提下的若干抗干擾方法，并對其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。 研究過程中，通過對最佳化準(zhǔn)則和空域自適應(yīng)濾波的理解，首先對不同天線陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)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(chǔ)上對空域自適應(yīng)算法進(jìn)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(xì)討論，在7元對稱圓形陣列的基礎(chǔ)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(yīng)算法進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，使得其抗干擾性能獲得了一定程度的改善。 最后，詳細(xì)說明了該接收機(jī)抗干擾模塊的FPGA實現(xiàn)原理。詳細(xì)給出了頂層及各子模塊的設(shè)計流程與RTL視圖，實驗結(jié)果驗證了該算法的有效性。
標(biāo)簽： FPGA GPS 接收機(jī) 天線陣列
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(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會聯(lián)合推出的活動圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)，簡稱H.264。作為最新的國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 本論文的研究課題是基于H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding，基于上下文的自適應(yīng)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(yīng)算術(shù)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(biāo)準(zhǔn)不同，它所有的編碼都是基于上下文進(jìn)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(shè)計上的困難。 作者在全面學(xué)習(xí)H.264/AVC協(xié)議和深入研究CAVLC編碼算法的基礎(chǔ)上，確定了并行編碼的CAVLC編碼器結(jié)構(gòu)框圖，并總結(jié)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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，這些優(yōu)化設(shè)計包括多參考塊的表格預(yù)測法、快速查找表法、算術(shù)消除法等。最后，用Verilog硬件描述語言對所設(shè)計的CAVLC編碼器進(jìn)行了描述，用EDA軟件對其主要功能模塊進(jìn)行了仿真，并在Cyclone II系列EP2C20F484的FPGA上驗證了它們的功能。結(jié)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(chǔ)。
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(guān)鍵技術(shù)。LDPC碼應(yīng)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(jié)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(shè)計與實現(xiàn)。 LDPC碼的編碼復(fù)雜度往往與其幀長的平方成正比，編碼復(fù)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(yù)期指標(biāo)，通過對多種矩陣構(gòu)造算法的預(yù)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(shè)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(zhǔn)循環(huán)編碼器和二階準(zhǔn)循環(huán)編碼器。 對于每種編碼器，分別設(shè)計了其整體結(jié)構(gòu)，并對每種編碼器的功能模塊進(jìn)行深入研究，設(shè)計完成后利用第3方軟件MODELSIM對編碼器進(jìn)行了時序仿真；根據(jù)時序仿真結(jié)果和綜合報告對三種編碼方案進(jìn)行比較，最終選擇串行準(zhǔn)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(zhǔn)循環(huán)編碼器并對其進(jìn)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(biāo)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(chǔ)，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(xué)模型，并且以8位二進(jìn)制序列(即一個字節(jié))為例，介紹了利用此數(shù)學(xué)模型計算校驗碼的方法，最后給出了與此算法相對應(yīng)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(guān)鍵路徑延遲和硬件面積都得到了優(yōu)化，以Top-Down設(shè)計方法給出了一種HDLC協(xié)議控制器的設(shè)計方案，用VHDL語言進(jìn)行了行為級描述，采用Xilinx公司的FPGA產(chǎn)品進(jìn)行實現(xiàn)。
標(biāo)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(wù)、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(shù)WiMAX(World interoperability for Microwave Access,即全球微波接入互操作性技術(shù))應(yīng)運(yùn)而生、迅猛發(fā)展,成為這兩年業(yè)界關(guān)注的焦點。除了通常的互聯(lián)網(wǎng)接入應(yīng)用外,它還將在提供IPTV和VOIP等寬帶業(yè)務(wù)方面取得成功,它還有可能成為一種先進(jìn)的4G蜂窩電話技術(shù)。WiMAX未來將進(jìn)入蜂窩電話、筆記本電腦和機(jī)頂盒等應(yīng)用中。 本文在介紹WiMAX傳輸標(biāo)準(zhǔn)802.16d基礎(chǔ)上,詳細(xì)闡述了WiMAX接收機(jī)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(biāo),通過對一個步進(jìn)式AGC的分析,得到AGC模型的輸出公式。然后針對WiMAX接收機(jī)內(nèi)AGC系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及AGC電路進(jìn)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(jié)構(gòu)的算法分析,并結(jié)合仿真結(jié)果對AGC電路做了詳盡解說并對參數(shù)進(jìn)行了解釋說明。 最后給出了基于SPW和FPGA(Field Programmable Gate Array)驗證的結(jié)果。通過SPW對AGC進(jìn)行了單獨的性能測試,并結(jié)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(dǎo)頻的步進(jìn)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(jié)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(guān)鍵參數(shù)設(shè)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(yīng)用于常模信號的常模算法[1]具有復(fù)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(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來，常模算法在多用戶檢測領(lǐng)域[2]的研究越來越受到諸多學(xué)者的關(guān)注。不僅如此，常模算法在其他領(lǐng)域也是備受矚目，如常模算法在盲均衡以及波束形成等領(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)用于常模信號，也可應(yīng)用于多模信號[3]等。 本文對常模算法在多用戶檢測領(lǐng)域的應(yīng)用以及FPGA[4]實現(xiàn)作了較多的研究工作，共分六章進(jìn)行闡述。第一章為緒論，介紹了論文相關(guān)背景和本文的結(jié)構(gòu)；第二章首先對常模算法作了理論分析，并改進(jìn)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(yīng)用；第三章研究了相關(guān)文獻(xiàn)，簡單介紹了FPGA概念及其設(shè)計流程和設(shè)計方法，并對VerilogHDL以及Quartus軟件做了簡要介紹；第四章則詳細(xì)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(xì)闡述了各主要模塊的設(shè)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(chǔ)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(jié)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(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)中，包括我國的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)、歐洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)（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(shù)之一。 當(dāng)今LDPC碼構(gòu)造的主流方向有兩個，分別是結(jié)合準(zhǔn)循環(huán)（QC，Quasi Cyclic）移位結(jié)構(gòu)的單次擴(kuò)展構(gòu)造和類似重復(fù)累積（RA，Repeat Accumulate）碼構(gòu)造。相應(yīng)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(gòu)造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構(gòu)造和編碼算法之后，結(jié)合編譯碼器綜合實現(xiàn)的復(fù)雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴(kuò)展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構(gòu)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(zhǔn)循環(huán)移位結(jié)構(gòu)的特點，結(jié)合RU算法，提出了一種新編碼器的設(shè)計方案。 基于二次擴(kuò)展的QC-LDPC碼構(gòu)造方法，是通過對母矩陣先后進(jìn)行亂序擴(kuò)展（Pex，Permutation Expansion）和循環(huán)移位擴(kuò)展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)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(kuò)展和循環(huán)移位擴(kuò)展的擴(kuò)展因子。本文所述二次擴(kuò)展構(gòu)造方法的特點在于，固定循環(huán)移位擴(kuò)展的擴(kuò)展因子大小不變，支持多個亂序擴(kuò)展的擴(kuò)展因子，使得譯碼器結(jié)構(gòu)得以精簡；構(gòu)造得到的碼字具有近似規(guī)則碼的結(jié)構(gòu)，便于硬件實現(xiàn)；（偽）隨機(jī)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(fù)用，使得實現(xiàn)復(fù)雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設(shè)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(gòu)造和編碼聯(lián)合設(shè)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(fù)累積碼結(jié)構(gòu)的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構(gòu)造更為方便。以上結(jié)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(kuò)展的QC-LDPC碼構(gòu)造和相應(yīng)的編碼方案能夠?qū)崿F(xiàn)高吞吐量LDPC碼收發(fā)端，在實際應(yīng)用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規(guī)則、自適應(yīng)、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(gòu)造方法，及其對應(yīng)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(yīng)用動態(tài)地調(diào)整結(jié)構(gòu)以獲得更好的性能，這類芯片稱為動態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片(Dynamically ReconfigurableFPGA，DRFPGA)。然而，使用這類芯片構(gòu)建的可重構(gòu)系統(tǒng)在實際應(yīng)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(gòu)FPGA芯片中的可重構(gòu)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(jié)構(gòu)和CAD算法談起，介紹了可重構(gòu)計算的概念，建立了可重構(gòu)計算系統(tǒng)模型和動態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片模型，在此模型上提出一個基于劃分和時延驅(qū)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(gòu)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(guān)鍵路徑的時延最小。實驗結(jié)果表明，布局算法與傳統(tǒng)的布局算法(或者文獻(xiàn)[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(yùn)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?qū)⒕€長降低26％，將水平通道寬度降低27％，顯示出較高的性能。
標(biāo)簽： FPGA 動態(tài)可重構(gòu) 布局布線 算法研究
上傳時間： 2013-05-24
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