LDPC碼以其接近Shannon極限的優(yōu)異性能在編碼界引起了轟動，成為研究的熱點。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的發(fā)展，目前，LDPC碼已經(jīng)被多個通信系統(tǒng)定為信道編碼方案，并被應(yīng)用到第二代數(shù)字視頻廣播衛(wèi)星(DVB—S2)通信系統(tǒng)中。由于LDPC碼譯碼過程中所涉及的數(shù)據(jù)量龐大，譯碼時序控制復(fù)雜，如何實現(xiàn)LDPC碼譯碼器成為了人們研究的重點。 論文以基于FPGA實現(xiàn)LDPC碼譯碼器為研究目標，主要對譯碼算法選擇、譯碼數(shù)據(jù)量化、定點數(shù)據(jù)表示方式、譯碼算法關(guān)鍵運算單元的FPGA設(shè)計和譯碼的時序控制進行了深入研究。首先分析了LDPC碼的基本譯碼原理和常用譯碼算法。然后重點分析了BP算法、Log-BP算法、最小和算法和歸一化最小和算法，并對四種譯碼算法的糾錯性能和譯碼復(fù)雜度進行比較論證，選出適合硬件實現(xiàn)的譯碼方案。結(jié)合通信系統(tǒng)，對譯碼算法進行仿真分析，確定了譯碼算法的各個參數(shù)值和譯碼量化方案。 在系統(tǒng)仿真分析論證的基礎(chǔ)之上，以歸一化最小和譯碼算法為理論方案，利用硬件描述語言編寫譯碼功能模塊，并基于FPGA實現(xiàn)了固定譯碼長度的LDPC碼譯碼器，利用MATLAB和Modelsim分別對譯碼器進行了功能驗證和時序驗證，最后模擬通信系統(tǒng)完成了譯碼器的硬件測試。
標簽： LDPC FPGA 譯碼器 實現(xiàn)研究
上傳時間： 2013-04-24
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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(shù)之一。 當今LDPC碼構(gòu)造的主流方向有兩個，分別是結(jié)合準循環(huán)（QC，Quasi Cyclic）移位結(jié)構(gòu)的單次擴展構(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。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構(gòu)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(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展和循環(huán)移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構(gòu)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(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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H.264/AVC是ITU與ISO/IEC(International Standard Organization/Intemational Electrotechnical Commission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。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。基于上下文的自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼(Conrext-based Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC)是H.264/AVC的兩個熵編碼方案之一，相對于另一熵編碼方案-CAVLC(基于上下文的自適應(yīng)可變長編碼)，CABAC具有更高的數(shù)據(jù)壓縮率：在同等編碼質(zhì)量下要比CAVLC提高10％～15％的壓縮率。CABAC能實現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)壓縮率，但這是以增加實現(xiàn)的復(fù)雜性為代價的。在已有的硬件實現(xiàn)方法上，CABAC的解碼效率并不高。 論文在深入研究CABAC解碼算法及其實現(xiàn)流程，并在仔細分析了H.264/AVC碼流結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了影響CABAC解碼效率的各個環(huán)節(jié)，并以此為出發(fā)點，對CABAC解碼所需中的各個功能模塊進行了優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計出一種新的CABAC解碼器結(jié)構(gòu)，相對于一般的CABAC解碼器，它的解碼效率得到了顯著提高。論文針對影響CABAC解碼過程的"瓶頸"問題一多次訪問存儲部件影響解碼速率，提出了新的存儲組織方式，并根據(jù)CABAC的碼流結(jié)構(gòu)特性，采用4個子解碼器級聯(lián)的方式來進一步提高解碼速率。 最后，用Verilog語言對所設(shè)計的CABAC解碼器進行了描述，用EDA軟件對其進行了仿真，并在FPGA上驗證了其功能，結(jié)果顯示，該CABAC解碼器結(jié)構(gòu)顯著提高了解碼效率，能夠滿足高檔次實時通訊的要求。
上傳時間： 2013-07-03
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對弓網(wǎng)故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數(shù)據(jù)量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復(fù)雜度、高壓縮比的圖像壓縮標準在多媒體、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。和相同圖像質(zhì)量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態(tài)圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設(shè)計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應(yīng)用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計進程。 本文旨在研究并實現(xiàn)一種實時采集并對特定幀進行壓縮傳輸?shù)姆椒āＭㄟ^采用可編程邏輯器件FPGA來實現(xiàn)整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統(tǒng)具有可定制、高速度等優(yōu)點。 本文首先介紹了開發(fā)硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發(fā)語言Veridlog，并介紹了FPGA的設(shè)計方法及開發(fā)流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關(guān)知識及設(shè)計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數(shù)字化ITU-R BT.601標準介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設(shè)計；隨后介紹了JPEG標準，并根據(jù)故障檢測的特點，設(shè)計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設(shè)計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數(shù)的差分脈沖編碼模塊、交流系數(shù)的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進行了測試；最后設(shè)計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設(shè)計的JPEG編碼器進行壓縮，再設(shè)計一個僅包含發(fā)送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸?shù)絇C機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現(xiàn)了整個采集壓縮系統(tǒng)，同時也進一步驗證了本文設(shè)計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網(wǎng)故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設(shè)計都有一定的參考價值。
標簽： FPGA JPEG 壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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本 論文 對 功率因數(shù)的定義、有源功率因數(shù)校正(APFC)技術(shù)做了分析，在比較三 種工作模式的基礎(chǔ)上選擇了臨界導(dǎo)電模式作為本文的研究對象。論文詳細分析了臨界導(dǎo) 電模式功率因數(shù)校正Bost開關(guān)變換器的工作原理，穩(wěn)態(tài)特性，得出了開關(guān)頻率與輸入 電壓、輸入功率的關(guān)系，對器件的應(yīng)力和輸出電壓紋波進行了詳細的分析，為電路的設(shè) 計提供了依據(jù)。
標簽： 有源功率因數(shù) 校正技術(shù)
上傳時間： 2013-06-13
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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)，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(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計技術(shù)，深入分析了基于FFT級聯(lián)的信道估計理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計理論，在此基礎(chǔ)上詳細研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評價OFDM系統(tǒng)在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設(shè)計，詳細介紹了各個模塊的設(shè)計和實現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)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(yōu)化和設(shè)計實現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現(xiàn)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(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當中并加以實現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個OFDM的基帶處理系統(tǒng)進行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)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(tǒng)的設(shè)計、仿真和實現(xiàn)。本設(shè)計為OFDM通信系統(tǒng)的進一步改進提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-04-24
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偏移正交相移鍵控(OQPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying)調(diào)制技術(shù)是一種恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信和移動通信領(lǐng)域。 論文以某型偵收設(shè)備中OQPSK解調(diào)器的全數(shù)字化為研究背景，設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的全數(shù)字OQPSK調(diào)制解調(diào)器，其中調(diào)制器主要用于仿真未知信號，作為測試信號源。論文研究了全數(shù)字OQPSK調(diào)制解調(diào)的基本算法，包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復(fù)、定時恢復(fù)等；完成了整個調(diào)制解調(diào)算法的MATLAB仿真。在此基礎(chǔ)上，采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發(fā)環(huán)境下設(shè)計并實現(xiàn)了各個算法模塊，并在硬件平臺上加以實現(xiàn)。通過實際現(xiàn)場測試，實現(xiàn)了對所偵收信號的正確解調(diào)。論文還實現(xiàn)了解調(diào)器的百兆以太網(wǎng)接口，使得系統(tǒng)可以方便地將解調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機進行后續(xù)處理。
標簽： OQPSK FPGA 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-05-19
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本文以Turbo碼編譯碼器的FPGA實現(xiàn)為目標，對Turbo碼的編譯碼算法和用硬件語言將其實現(xiàn)進行了深入的研究。 首先，在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了介紹，確定了Max-log-MAF算法的譯碼算法，結(jié)合CCSDS標準，在實現(xiàn)編碼器時，針對標準中給定的幀長、碼率與交織算法，以及偽隨機序列模塊與幀同步模塊，提出了相應(yīng)解決方案；而在相應(yīng)的譯碼器設(shè)計中，采用了FPGA設(shè)計中“自上而下”的設(shè)計方法，權(quán)衡硬件實現(xiàn)復(fù)雜度與處理時延等因素，優(yōu)先考慮面積因素，提高元件的重復(fù)利用率和降低電路復(fù)雜度，來實現(xiàn)Turbo碼的Max-log-MAP算法譯碼。把整個系統(tǒng)分割成不同的功能模塊，分別闡述了實現(xiàn)過程。 然后，基于Verilog HDL 設(shè)計出12位固點數(shù)據(jù)的Turbo編譯碼器以及仿真驗證平臺，與用Matlab語言設(shè)計的相同指標的浮點數(shù)據(jù)譯碼器進行性能比較，得到該設(shè)計的功能驗證。 最后，研究了Tuxbo碼譯碼器幾項最新技術(shù)，如滑動窗譯碼，歸一化處理，停止迭代技術(shù)結(jié)合流水線電路設(shè)計，將改進后的譯碼器與先前設(shè)計的譯碼器分別在ISE開發(fā)環(huán)境中針對目標器件xilinx Virtex-Ⅱ500進行電路綜合，證實了這些改進技術(shù)能有效地提高譯碼器的吞吐量，減少譯碼時延和存儲器面積從而降低功耗。
上傳時間： 2013-04-24
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遙感圖像在人類生活和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，適合各種要求的遙感圖像編碼技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。基于小波變換的內(nèi)嵌編碼技術(shù)已成為當前靜止圖像編碼領(lǐng)域的主流，其中就包括基于分層樹集合分割排序(Set Partitioning inHierarchical Trees，SPIHT)的內(nèi)嵌編碼算法。這種算法具有碼流可隨機獲取以及良好的恢復(fù)圖像質(zhì)量等特性，因此成為實際應(yīng)用中首選算法。隨著對圖像編碼技術(shù)需求的不斷增長，尤其是在軍事應(yīng)用領(lǐng)域如衛(wèi)星偵察等方面，這種編碼算法亟待轉(zhuǎn)換為可應(yīng)用的硬件編碼器。 在靜止圖像編碼領(lǐng)域，高性能的圖像編碼器設(shè)計一直是相關(guān)研究人員不懈追求的目標。本文針對靜止圖像編碼器的設(shè)計作了深入研究，并致力于高性能的圖像編碼算法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的研究，提出了具有創(chuàng)新性的降低計算量、存儲量，提高壓縮性能的算法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，并成功應(yīng)用于圖像編碼硬件系統(tǒng)中。這個方案還支持壓縮比在線可調(diào)，即在不改變硬件框架的條件下可按用戶要求實現(xiàn)16倍到2倍的壓縮，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。本文所做的工作包括了兩個部分。 1．一種基于行的實時提升小波變換實現(xiàn)結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)同時處理行變換和列變換，并且在圖像邊界采用對稱擴展輸出邊界數(shù)據(jù)，使得圖像小波變換時間與傳統(tǒng)的小波變換相比提高了將近2.6倍，提高了硬件系統(tǒng)的實時性。該結(jié)構(gòu)還合理地利用和調(diào)度內(nèi)部緩沖器，不需要外部緩沖器，大大降低了硬件系統(tǒng)對存儲器的要求。 2．一種采用左遍歷的比特平面并行SPIHT編碼結(jié)構(gòu)：在該編碼結(jié)構(gòu)中，空間定位生成樹采用深度優(yōu)先遍歷方式，比特平面同時處理極大地提高了編碼速度。
上傳時間： 2013-06-17
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本文設(shè)計和實現(xiàn)了基于FPGA的數(shù)字下變頻器DDC，用于寬帶數(shù)字中頻軟件無線電接收機中。采用自上向下的模塊化設(shè)計方法，將DDC的功能劃分為基本單元，實現(xiàn)這些功能模塊并組成模塊庫。在具體應(yīng)用時，優(yōu)化配置各個模塊來滿足具體無線通信系統(tǒng)性能的要求。這樣做比傳統(tǒng)ASIC數(shù)字下變頻器具有更好的可編程性和靈活性，從而滿足不同的工程設(shè)計需求。 首先闡述了軟件無線電中關(guān)鍵的數(shù)字信號處理技術(shù)，包括中頻處理中的下變頻技術(shù)、抽取技術(shù)以及帶通采樣技術(shù)。利用MATLAB的Simulink完成了對系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，驗證了設(shè)計的正確性。之后用QuartusII進行了基于FPGA抽取濾波器和NCO等關(guān)鍵模塊的設(shè)計，編譯后進行了時序仿真，最后在PCB板上實現(xiàn)了實際電路并應(yīng)用于工程項目中。
標簽： FPGA 數(shù)字下變頻
上傳時間： 2013-08-05
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