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基于FPGA的光接收機(jī)數(shù)據(jù)恢復(fù)電路

隨著信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,人們對數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高,從而對數(shù)據(jù)發(fā)送端和接收端的性能都提出了更高的要求。接收機(jī)的一個重要任務(wù)就是在于克服各種非理想因素的干擾下,從接收到的被噪聲污染的數(shù)據(jù)信號中提取同步信息,并進(jìn)而將數(shù)據(jù)正確的恢復(fù)出來。而數(shù)據(jù)恢復(fù)電路是光纖通信和其他許多類似數(shù)字通信領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵電路,其性能決定了接收端的總體性能。目前,數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的結(jié)構(gòu)主要有“時鐘提取”和“過采樣”兩種結(jié)構(gòu)。基于“過采樣”的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法的關(guān)鍵是過采樣,即通過引入?yún)⒖紩r鐘,并增加時鐘源個數(shù)的方式來代替第一種方法中的“時鐘提取”。與“時鐘提取”的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法相比,基于“過采樣”的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法在性能上還有較大的差距,但是后者擁有高帶寬、立即鎖存能力、較低的等待時間和更高的抖動容限,更易于通過數(shù)字的方法實現(xiàn),實現(xiàn)更簡單,成本更低,并且這是一種數(shù)字化的模擬技術(shù)。如果能通過“過采樣”方法在普通的邏輯電路上實現(xiàn)622.08Mb/s甚至更高速率的數(shù)據(jù)恢復(fù),并將它作為一個IP模塊來代替專用的時鐘恢復(fù)芯片,這無疑將是性能和成本的較好結(jié)合。本文主要研究“過采樣”數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的基本原理,通過全數(shù)字的設(shè)計方法,給出了在低成本可編程器件FPGA上實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)電路兩種不同的過采樣的實現(xiàn)方案,即基于時鐘延遲的過采樣和基于數(shù)據(jù)延遲的過采樣。基于時鐘延遲的過采樣數(shù)據(jù)恢復(fù)電路方案,通過測試驗證,其最高恢復(fù)的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到640Mb/s。測試結(jié)果表明,采用該方案實現(xiàn)的時鐘恢復(fù)電路可工作在光纖通信系統(tǒng)STM-4速率級,即622.08MHz頻率上,各方面指標(biāo)基本符合要求。

標(biāo)簽： FPGA 光接收機(jī) 數(shù)據(jù)恢復(fù) 電路

上傳時間： 2013-04-24

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基于FPGA的雷達(dá)信號數(shù)字接收機(jī)的實現(xiàn)

在雷達(dá)信號偵察中運用寬帶數(shù)字接收技術(shù)是電子偵察的一個重要發(fā)展方向。數(shù)字信號處理由于其精度高、靈活性強、以及易于集成等特點而應(yīng)用廣泛。電子系統(tǒng)數(shù)字化的最大障礙是寬帶高速A/D變換器的高速數(shù)據(jù)流與通用DSP處理能力的不匹配。而FPGA的廣泛應(yīng)用，為解決上述矛盾提供了一種有效的方法。本文利用FPGA技術(shù)，設(shè)計了具備高速信號處理能力的寬帶數(shù)字接收機(jī)平臺，并提出了數(shù)字接收機(jī)實現(xiàn)的可行性方法，以及對這些方法的驗證。具體來說就是如何利用單片的FPGA實現(xiàn)對雷達(dá)信號并行地實時檢測和參數(shù)估計。所做工作主要分為兩大部分： 1、適合于FPGA硬件實現(xiàn)的算法的確定及仿真：對A/D采樣信號采用自相關(guān)累加算法進(jìn)行信號檢測，利用信號的相關(guān)性和噪聲的獨立性提高信噪比，通過給出檢測門限來估計信號的起止點。對于常規(guī)信號的頻率估計，采用Rife算法。通過Matlab仿真，表明上述算法在運算量和精度方面均有良好性能，適合用作FPGA硬件實現(xiàn)。 2、算法的FPGA硬件實現(xiàn)：針對原算法中極大消耗運算量的相關(guān)運算，考慮到FPGA并行處理的特點，將原算法修改為并行相關(guān)算法，并加入流水線，這樣處理極大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率。采用Xilinx公司的Virtex-4系列中的XC4VSX55芯片作為開發(fā)平臺完成設(shè)計，系統(tǒng)測試結(jié)果表明，本設(shè)計能正常工作，滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。文章的最后，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計給出幾種VHDL優(yōu)化方法，主要圍繞系統(tǒng)的速度、結(jié)構(gòu)和面積等問題展開討論。

標(biāo)簽： FPGA 雷達(dá)信號數(shù)字接收機(jī)

上傳時間： 2013-06-25

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基于FPGA的GPS中頻數(shù)字接收機(jī)

本文進(jìn)行了基于FPGA的GPS直序偽碼擴(kuò)頻接收機(jī)的設(shè)計和數(shù)字化硬件實現(xiàn)。論文首先對GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并對與數(shù)字化接收機(jī)直接相關(guān)聯(lián)的GPS信號中頻部分結(jié)合實際系統(tǒng)要求進(jìn)行了設(shè)計和分析，由此確定了數(shù)字化偽碼捕獲跟蹤接收機(jī)研制的具體要求，之后完成了接收機(jī)中頻數(shù)字化方案設(shè)計。同時對偽碼捕獲跟蹤后端的載波捕獲跟蹤的實現(xiàn)方案進(jìn)行了描述和分析。最后利用EDA工具在FPGA芯片上實現(xiàn)了GPS數(shù)字化接收機(jī)的偽碼捕獲跟蹤。受工作環(huán)境的制約，GPS衛(wèi)星接收機(jī)系統(tǒng)首先表現(xiàn)為功率受限系統(tǒng)，接收機(jī)必須滿足在低信噪比條件下工作。同時接收機(jī)與衛(wèi)星間高動態(tài)產(chǎn)生的多普勒頻率，給接收機(jī)實現(xiàn)快速捕獲帶來了難度。通過仿真分析，綜合了實現(xiàn)難度和性能兩方面因素，針對小信噪比工作條件提出了改進(jìn)型的序貫偽碼捕獲實施方案。同時按照捕獲概率和時間的要求，對接收機(jī)偏壓、上、下門限、NCO增益等進(jìn)行了設(shè)計和仿真分析，確定了捕獲的數(shù)字化實現(xiàn)方案，偽碼跟蹤采用超前滯后環(huán)方案。捕獲完成后可使本地偽碼與接收偽碼的相對誤差保持在±1/4碼元范圍內(nèi)，而跟蹤環(huán)路的跟蹤范圍為±4/3碼元，保證了捕獲到跟蹤的可靠銜接，同時采用可變環(huán)路帶寬措施解決了跟蹤速度和精度的矛盾。在數(shù)字化實現(xiàn)設(shè)計中，給出了詳細(xì)的數(shù)字化實現(xiàn)方案和分析，這樣在保證工作精度的同時盡量減少硬件資源的開銷，利用EDA工具，采用Veilog設(shè)計語言在Xilinx的VirtexII系列的XC2V500fg256的FPGA上完成數(shù)字化接收機(jī)偽碼捕獲跟蹤的實現(xiàn)，并在其開發(fā)平臺上對數(shù)字化接收機(jī)進(jìn)行了仿真驗證，在給定的工作條件下達(dá)到了設(shè)計性能和指標(biāo)要求。

標(biāo)簽： FPGA GPS 中頻數(shù)字接收機(jī)

上傳時間： 2013-04-24

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OFDM系統(tǒng)的定時和頻率同步的實現(xiàn)

正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)是未來寬帶無線通信中的關(guān)鍵技術(shù)。隨著用戶對實時多媒體業(yè)務(wù)，高速移動業(yè)務(wù)需求的迅速增加，OFDM由于其頻譜效率高，抗多徑效應(yīng)能力強，抗干擾性能好等特點，該技術(shù)正得到了廣泛的應(yīng)用。 OFDM系統(tǒng)的子載波之間必須保持嚴(yán)格的正交性，因此對符號定時和載波頻偏非常敏感。本課題的主要任務(wù)是分析各種算法的性能的優(yōu)劣，選取合適的算法進(jìn)行FPGA的實現(xiàn)。本文首先簡要介紹了無線信道的傳輸特性和OFDM系統(tǒng)的基本原理，進(jìn)而對符號同步和載波同步對接收信號的影響做了分析。然后對比了非數(shù)據(jù)輔助式同步算法和數(shù)據(jù)輔助式同步算法的不同特點，決定采用數(shù)據(jù)輔助式同步算法來解決基于IEEE 802.16-2004協(xié)議的突發(fā)傳輸系統(tǒng)的同步問題。最后部分進(jìn)行了算法的實現(xiàn)和仿真，所有實現(xiàn)的仿真均在QuartusⅡ下按照IEEE 802.16-2004協(xié)議的符號和前導(dǎo)字的結(jié)構(gòu)進(jìn)行。本文的主要工作：(1)采用自相關(guān)和互相關(guān)聯(lián)合檢測算法同時完成幀到達(dá)檢測和符號同步估計，只用接收數(shù)據(jù)的符號位做相關(guān)運算，有效地解決了判決門限需要變化的問題，同時也減少了資源的消耗；(2)在時域分?jǐn)?shù)倍頻偏估計時，利用基于流水線結(jié)構(gòu)的Cordic模塊計算長前導(dǎo)字共軛相乘后的相角，求出分?jǐn)?shù)倍頻偏的估計值；(3)采用滑動窗口相關(guān)求和的方法估計整數(shù)倍頻偏值，在此只用頻域數(shù)據(jù)的符號位做相關(guān)運算，有效地解決了傳統(tǒng)算法估計速度慢的缺點，同時也減少了資源的消耗。

標(biāo)簽： OFDM 定時同步的

上傳時間： 2013-05-23

上傳用戶：宋桃子
多種高效編碼和調(diào)制技術(shù)

本論文介紹了幾種編碼和調(diào)制技術(shù)的基本原理和課題的總體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，重點分析和討論了滾降系數(shù)可調(diào)的成形濾波、內(nèi)插技術(shù)以及濾波器中乘法器、加法器的實現(xiàn)方法。通過外部控制器可對FPGA內(nèi)部設(shè)計的多項參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可支持32.000kbps～4.096Mbps范圍內(nèi)的多速率數(shù)據(jù)傳輸，適用于各種信道限帶性能要求的傳輸系統(tǒng)。本論文使用一片F(xiàn)PGA芯片實現(xiàn)了信道編碼(包括數(shù)據(jù)加擾、差分編碼、卷積碼、RS碼、交織等)、多種調(diào)制方式(BPSK、QPSK、π/4-QPSK、TC8PSK、16QAM)、成形濾波器、多級內(nèi)插、上變頻器、具有連續(xù)/突發(fā)信號模式的數(shù)據(jù)源。將本論文的成果移植到某單位的信號源研制平臺，基本上可以滿足現(xiàn)階段研制和維修解調(diào)設(shè)備對信號源的需求，因此具有較高的使用價值。

標(biāo)簽： 編碼調(diào)制技術(shù)

上傳時間： 2013-07-27

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基于FPGA的雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)

隨著信號處理技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)信號偵察接收機(jī)逐漸從模擬體制向數(shù)字體制轉(zhuǎn)變。軟件無線電概念的提出，促使雷達(dá)偵察接收機(jī)朝大帶寬、全截獲方向發(fā)展，現(xiàn)有的串行信號處理體制已經(jīng)很難滿足系統(tǒng)要求。FPGA器件的出現(xiàn)，為實現(xiàn)寬帶雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)提供了硬件支持。本文結(jié)合FPGA芯片特點，在前人研究基礎(chǔ)上，從算法和硬件實現(xiàn)兩方面，對雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和創(chuàng)新，主要研究內(nèi)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(shè)計聯(lián)合仿真技術(shù)。這種聯(lián)合仿真技術(shù)，大大提高了基于FPGA的雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)的設(shè)計效率。 2)給出了一種基于FFT/IFFT的寬帶數(shù)字正交變換算法，并將該算法在FPGA中進(jìn)行了硬件實現(xiàn)，設(shè)計可對600MHz帶寬內(nèi)的輸入信號進(jìn)行實時正交變換。 3)提出了一種全并行結(jié)構(gòu)FFT的FPGA實現(xiàn)方案，并將其在FPGA芯片中進(jìn)行了硬件實現(xiàn)，設(shè)計能夠在一個時鐘周期內(nèi)完成32點并行FFT運算，滿足了數(shù)字信道化接收機(jī)對數(shù)據(jù)處理速度的要求。 4)提出了一種自相關(guān)信號檢測FPGA實現(xiàn)方案，通過改變FIFO長度改變自相關(guān)運算點數(shù)，實現(xiàn)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(jié)果的可靠性。 5)在單通道自相關(guān)信號檢測算法基礎(chǔ)上，提出采用三路并行檢測，每路采用不同的相關(guān)點數(shù)和檢測門限，再綜合考慮三路檢測結(jié)果，得到最終檢測結(jié)果。給出了算法FPGA實現(xiàn)過程，并對設(shè)計進(jìn)行了聯(lián)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(jìn)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(jìn)行了實現(xiàn)。通過利用FFT運算后的實/虛部最大值進(jìn)行插值，降低了硬件資源消耗、縮短了運算延遲。 7)結(jié)合4)、5)、6)中的研究成果，完成了對雷達(dá)脈沖信號到達(dá)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(nèi)實現(xiàn)了一個精簡的雷達(dá)信號偵察數(shù)字接收機(jī)，并在微波暗室中進(jìn)行了測試。

標(biāo)簽： FPGA 雷達(dá)信號數(shù)字接收機(jī)

上傳時間： 2013-06-13

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基于FPGA的直擴(kuò)調(diào)制解調(diào)器

擴(kuò)頻通信系統(tǒng)與常規(guī)的通信系統(tǒng)相比，具有很強的抗窄帶干擾，抗多徑干擾，抗人為干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等優(yōu)點。在近年來得到了迅速的發(fā)展。本論文主要討論和實現(xiàn)了基于FPGA的直接序列擴(kuò)頻信號的解擴(kuò)解調(diào)處理。論文對該直擴(kuò)通信系統(tǒng)和FPGA設(shè)計方法進(jìn)行了相關(guān)研究，最后用Altera公司的最新的FPGA開發(fā)平臺Quarus Ⅱ5.0實現(xiàn)了相關(guān)設(shè)計。整個系統(tǒng)分為兩個部分，發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送部分主要有串并轉(zhuǎn)換、差分卷積編碼、PN碼擴(kuò)頻、QPSK調(diào)制、成型濾波等模塊。接收部分主要有前端抗干擾、數(shù)字下變頻、解擴(kuò)解調(diào)等模塊。論文首先介紹了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點以及相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了本論文的研究思路和內(nèi)容。然后，論文分析了幾種常用的窄帶干擾抑制、載波同步及PN碼同步算法，結(jié)合實際需要，設(shè)計了一種零中頻DSSS解調(diào)解擴(kuò)方案。給出了抗窄帶干擾、PN碼捕獲及跟蹤以及載波同步的算法分析，采用了基于數(shù)字外差調(diào)制的自適應(yīng)陷波器來進(jìn)行前端窄帶干擾抑制處理，用基于自適應(yīng)門限技術(shù)的滑動相關(guān)捕獲和分時復(fù)用單相關(guān)器跟蹤來改善PN碼同步的性能，用基于硬判決的COSTAS(科斯塔斯)環(huán)來減少載波提取的算法復(fù)雜度，用改進(jìn)型CORDIC算法實現(xiàn)NCO來方便的進(jìn)行擴(kuò)展。接著，論文給出了系統(tǒng)總體設(shè)計和發(fā)送及接受子系統(tǒng)的各個功能模塊的實現(xiàn)分析以及在Quartus Ⅱ5.0上的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，給出了仿真結(jié)果。然后論文介紹了整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和它在真實系統(tǒng)中連機(jī)調(diào)試所得到的測試結(jié)果，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定，靈活性好，生產(chǎn)調(diào)試容易，體積小，便于升級等特點并且達(dá)到課題各項指標(biāo)的要求。最后是對論文工作的一些總結(jié)和對今后工作的展望。

標(biāo)簽： FPGA 調(diào)制解調(diào)器

上傳時間： 2013-07-04

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H264視頻編碼器幀內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計

H.264視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)以其高壓縮比、高圖像質(zhì)量、良好的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性等優(yōu)點在數(shù)字電視廣播、網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體傳輸、視頻實時通信等許多方面得到了廣泛應(yīng)用。提高H.264幀內(nèi)預(yù)測的速度，對于實時性要求較高的場合具有重大的意義。為此，論文在總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對H.264幀內(nèi)預(yù)測的軟件實現(xiàn)具有運算量大、實時性差等缺點，提出了一種基于FPGA的高并行、多流水線結(jié)構(gòu)的幀內(nèi)預(yù)測算法的硬件實現(xiàn)。　　論文在詳細(xì)闡述H.264幀內(nèi)預(yù)測編碼技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了17種預(yù)測模式算法，通過Matlab仿真建模，直觀地給出了預(yù)測模式的預(yù)測效果，并在JM12.2官方驗證平臺上測試比較各種預(yù)測模式對編碼性能的影響，以此為根據(jù)對幀內(nèi)預(yù)測模式進(jìn)行裁剪。接著論文提出了基于FPGA的幀內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)的設(shè)計方案，將前段采集劍的RGB圖像通過色度轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成YCbCr圖像，存入片外SDRAM中，控制模塊負(fù)責(zé)讀寫數(shù)掘送入幀內(nèi)預(yù)測模塊進(jìn)行處理。幀內(nèi)預(yù)測模塊中，采用一種并行結(jié)構(gòu)的可配置處理單元，即先求和再移位最后限幅的電路結(jié)構(gòu)，來計算各預(yù)測模式下的預(yù)測值，極大地減小了預(yù)測電路的復(fù)雜度。針對預(yù)測模式選擇算法，論文采用多模式并行運算的方法，即多個結(jié)構(gòu)相同的殘差計算模塊，同時計算各種預(yù)測模式對應(yīng)的SATD值，充分發(fā)揮FPGA高速并行處理的能力。其中Hadamard變換使用行列分離的變換方法，采用蝶形快速變換、流水線設(shè)計提高硬件的工作效率。最后，論文設(shè)計了LCD顯示模塊直觀地顯示所得到的最佳預(yù)測模式。　　整個幀內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)被劃分成多個功能模塊，采用層次化、模塊化的設(shè)計思想，并采用流水線結(jié)構(gòu)和乒乓操作來提高系統(tǒng)的并行性、運行速度和總線利用率。所有模塊用Verilog語言設(shè)計，由Modelsim仿真和集成開發(fā)環(huán)境ISE9.1綜合。仿真與綜合結(jié)果表明，系統(tǒng)時鐘頻率最高達(dá)到106.7MHz。該設(shè)計在完成功能的基礎(chǔ)上，能夠較好地滿足實時性要求。論文對于研究基于FPGA的H.264視頻壓縮編碼系統(tǒng)進(jìn)行了有益的探索，具有一定的實用價值。

標(biāo)簽： H264 視頻編碼器幀內(nèi)預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計

上傳時間： 2013-07-21

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鉛酸蓄電池充電器電路原理圖

因為密封鉛酸蓄電池的諸多優(yōu)點，因此獲得了廣泛應(yīng)用．然而密封鉛酸蓄電池的充電技術(shù)似乎不被看重，因充電方式不合理而造成電池過早報廢的情況普遍存在．有鑒于此，筆者設(shè)計制作了一款二階段恒流限壓式鉛酸電池充電器。充電原理分析：

標(biāo)簽： 鉛酸蓄電池充電器電路原理圖

上傳時間： 2013-05-27

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MCU做簡易電壓表

設(shè)計一個簡易數(shù)字直流電壓表。（量程0V-2V、測量速度為大于等于2 次/秒、測量誤差在±0.05V以內(nèi)，有超限報警、數(shù)碼管顯示。）

標(biāo)簽： MCU 電壓表

上傳時間： 2013-06-29

上傳用戶：daguda