在合成孔徑雷達(dá)的研究和研制工作中，合成孔徑雷達(dá)模擬技術(shù)具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調(diào)頻信號(hào)，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達(dá)視頻模擬器為研究對(duì)象。首先對(duì)模擬器的幾項(xiàng)主要技術(shù)進(jìn)行分析，在對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)模型分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬并做了成像驗(yàn)證，從而為硬件實(shí)現(xiàn)提供了正確的信號(hào)模型；針對(duì)傳統(tǒng)的“波形存儲(chǔ)直讀法”方案，即在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上用模擬軟件產(chǎn)生原始回波數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，最后完成數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生視頻信號(hào)這一過(guò)程，分析指出該方案在實(shí)現(xiàn)高分辨率時(shí)的速度和容量瓶頸。 針對(duì)具體的設(shè)計(jì)要求，圍繞速度和容量問(wèn)題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實(shí)現(xiàn)研究，指出FPGA實(shí)時(shí)生成點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)是其實(shí)現(xiàn)的核心；針對(duì)這一核心問(wèn)題，充分利用現(xiàn)代VLSI設(shè)計(jì)中的流水線技術(shù)與并行陣列技術(shù)以及FPGA的優(yōu)良性能和豐富資源，在時(shí)間上采用同步流水結(jié)構(gòu)、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問(wèn)題統(tǒng)一為數(shù)據(jù)的高速生成問(wèn)題；給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想，該方案不需要大容量存儲(chǔ)器單元，大大減少模擬器復(fù)雜度；對(duì)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成模塊的各主要單元給出了結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明FPGA可以滿足課題設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，對(duì)該模擬器片上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、增強(qiáng)人機(jī)交互性，給出了人機(jī)界面的設(shè)計(jì)思路。 分析指出了點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成模塊通過(guò)并行擴(kuò)展即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)目標(biāo)的原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成；最后對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)模擬器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了構(gòu)思，指出了傳統(tǒng)方案在改進(jìn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實(shí)現(xiàn)高分辨率合成孔徑雷達(dá)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成的思想，為國(guó)內(nèi)業(yè)界在此方向做了一些理論和實(shí)踐上的有益探索，對(duì)于國(guó)內(nèi)高分辨率合成孔徑雷達(dá)的研制具有一定的實(shí)際意義。
標(biāo)簽： FPGA 高分辨率 合成孔徑 雷達(dá)視頻
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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在合成孔徑雷達(dá)的研究和研制工作中，合成孔徑雷達(dá)模擬技術(shù)具有十分重要的作用。本文以440MHz帶寬線性調(diào)頻信號(hào)，采樣頻率500MHz高分辨合成孔徑雷達(dá)視頻模擬器為研究對(duì)象。首先對(duì)模擬器的幾項(xiàng)主要技術(shù)進(jìn)行分析，在對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)模型分析研究的基礎(chǔ)上，對(duì)點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬并做了成像驗(yàn)證，從而為硬件實(shí)現(xiàn)提供了正確的信號(hào)模型；針對(duì)傳統(tǒng)的“波形存儲(chǔ)直讀法”方案，即在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上用模擬軟件產(chǎn)生原始回波數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，最后完成數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生視頻信號(hào)這一過(guò)程，分析指出該方案在實(shí)現(xiàn)高分辨率時(shí)的速度和容量瓶頸。 針對(duì)具體的設(shè)計(jì)要求，圍繞速度和容量問(wèn)題，本文著眼于高分辨率SAR模擬器的FPGA實(shí)現(xiàn)研究，指出FPGA實(shí)時(shí)生成點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)是其實(shí)現(xiàn)的核心；針對(duì)這一核心問(wèn)題，充分利用現(xiàn)代VLSI設(shè)計(jì)中的流水線技術(shù)與并行陣列技術(shù)以及FPGA的優(yōu)良性能和豐富資源，在時(shí)間上采用同步流水結(jié)構(gòu)、空間上采用并行陣列形式，將速度和容量問(wèn)題統(tǒng)一為數(shù)據(jù)的高速生成問(wèn)題；給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想，該方案不需要大容量存儲(chǔ)器單元，大大減少模擬器復(fù)雜度；對(duì)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成模塊的各主要單元給出了結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明FPGA可以滿足課題設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，對(duì)該模擬器片上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、增強(qiáng)人機(jī)交互性，給出了人機(jī)界面的設(shè)計(jì)思路。 分析指出了點(diǎn)目標(biāo)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成模塊通過(guò)并行擴(kuò)展即可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)目標(biāo)的原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成；最后對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)模擬器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了構(gòu)思，指出了傳統(tǒng)方案在改進(jìn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高分辨率視頻模擬器的可行性。本文首次提出以FPGA實(shí)現(xiàn)高分辨率合成孔徑雷達(dá)原始回波數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成的思想，為國(guó)內(nèi)業(yè)界在此方向做了一些理論和實(shí)踐上的有益探索，對(duì)于國(guó)內(nèi)高分辨率合成孔徑雷達(dá)的研制具有一定的實(shí)際意義。
標(biāo)簽： FPGA USB 性能 數(shù)據(jù)采集模塊
上傳時(shí)間： 2013-05-26
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域。目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接式頻率合成，鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)。本次設(shè)計(jì)是利用FPGA完成一個(gè)DDS系統(tǒng)并利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化調(diào)頻。 DDS是把一系列數(shù)字量形式的信號(hào)通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號(hào)的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲(chǔ)器作查尋表，然后通過(guò)高速D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個(gè)典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括：相位累加器，可在時(shí)鐘的控制下完成相位的累加；相位碼—幅度碼轉(zhuǎn)換電路，一般由ROM實(shí)現(xiàn)；DA轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。DDS系統(tǒng)可以很方便地獲得頻率分辨率很精細(xì)且相位連續(xù)的信號(hào)，也可以通過(guò)改變相位字改變信號(hào)的相位，因此也廣泛用于數(shù)字調(diào)頻和調(diào)相。本次數(shù)字化調(diào)頻的基本思想是利用AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，同時(shí)用該數(shù)字信號(hào)與一個(gè)固定的頻率字累加，形成一個(gè)受模擬信號(hào)幅度控制的頻率字，從而獲得一個(gè)頻率受模擬信號(hào)的幅度控制的正弦波，即實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。該DDS數(shù)字化調(diào)頻方案的硬件系統(tǒng)是以FPGA為核心實(shí)現(xiàn)的。使用Altera公司的ACEX1K系列FPGA，整個(gè)系統(tǒng)由VHDL語(yǔ)言編程，開(kāi)發(fā)軟件為MAX+PLUSⅡ。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，該系統(tǒng)在頻率較低時(shí)與理論值完全符合，但在高頻時(shí)，受器件速度的限制，波形有較大的失真。
標(biāo)簽： FPGA DDS 數(shù)字化 調(diào)頻
上傳時(shí)間： 2013-06-14
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逆變控制器的發(fā)展經(jīng)歷從分立元件的模擬電路到以專(zhuān)用微處理芯片（DSP/MCU）為核心的電路系統(tǒng)，并從數(shù)模混合電路過(guò)渡到純數(shù)字控制的歷程。但是，通用微處理芯片是為一般目的而設(shè)計(jì)，存在一定局限。為此，近幾年來(lái)逆變器專(zhuān)用控制芯片（ASIC）實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究越來(lái)越受到關(guān)注，已成為逆變控制器發(fā)展的新方向之一。本文利用一個(gè)成熟的單相電壓型PWM逆變器控制模型，圍繞逆變器專(zhuān)用控制芯片ASIC的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，依次對(duì)專(zhuān)用芯片的系統(tǒng)功能劃分，硬件算法，全系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及優(yōu)化，流水線操作和并行化，芯片運(yùn)行穩(wěn)定性等問(wèn)題進(jìn)行了初步研究。首先引述了單相電壓型PWM逆變器連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，以及基于極點(diǎn)配置的單相電壓型PWM逆變器電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)給出了仿真結(jié)果，仿真表明此系統(tǒng)具有很好的動(dòng)、靜態(tài)性能，并且具有自動(dòng)限流功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。緊接著分析了FPGA器件的特征和結(jié)構(gòu)。在給出本芯片應(yīng)用目標(biāo)的基礎(chǔ)上，制定了FPGA目標(biāo)器件的選擇原則和芯片的技術(shù)規(guī)格，完成了器件選型及相關(guān)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具的選取。然后系統(tǒng)闡述了復(fù)雜FPGA設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法學(xué)，詳細(xì)介紹了基于FPGA的ASIC設(shè)計(jì)流程，概要介紹了僅使用QuartusII的開(kāi)發(fā)流程，以及Modelsim、SynplifyPro、QuartusII結(jié)合使用的開(kāi)發(fā)流程。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了芯片系統(tǒng)功能劃分，針對(duì)：DDS標(biāo)準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，電壓電流雙環(huán)控制算法單元，硬件PI算法單元，SPWM產(chǎn)生器，三角波發(fā)生器，死區(qū)控制器，數(shù)據(jù)流/控制流模塊等逆變器控制硬件算法/控制單元，研究了它們的硬件算法，完成了模塊化設(shè)計(jì)。分析了全數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)和模型，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于逆變器的，用比例積分方法替代傳統(tǒng)鎖相系統(tǒng)中的環(huán)路濾波，用相位累加器實(shí)現(xiàn)數(shù)控振蕩器（DCO）功能的高精度二階全數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）。分析了“流水線操作”等設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題，并針對(duì)逆變器控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)算法呈多層結(jié)構(gòu)，且層與層之間還有數(shù)據(jù)流聯(lián)系，其執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)流的走向較為復(fù)雜，不利于直接采用流水線技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提出一種全新的“分層多級(jí)流水線”設(shè)計(jì)技術(shù)，有效地解決了復(fù)雜控制系統(tǒng)的流水線優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。本文最后對(duì)芯片運(yùn)行穩(wěn)定性等問(wèn)題進(jìn)行了初步研究。指出了設(shè)計(jì)中的“競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)”和飽受困擾之苦的“亞穩(wěn)態(tài)”問(wèn)題，分析了產(chǎn)生機(jī)理，并給出了常用的解決措施。
上傳時(shí)間： 2013-05-28
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數(shù)字超聲診斷設(shè)備在臨床診斷中應(yīng)用十分廣泛，研制全數(shù)字化的醫(yī)療儀器已成為趨勢(shì)。盡管很多超聲成像儀器設(shè)計(jì)制造中使用了數(shù)字化技術(shù)，但是我們可以說(shuō)現(xiàn)代VLSI 和EDA 技術(shù)在其中并沒(méi)有得到充分有效的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，PLD 在很多與B 型超聲成像或多普勒超聲成像有關(guān)的領(lǐng)域都得到了較好的應(yīng)用，例如數(shù)字通信和相控雷達(dá)領(lǐng)域。 在研究現(xiàn)代超聲成像原理的基礎(chǔ)上，我們首先介紹了常見(jiàn)的數(shù)字超聲成像儀器的基本結(jié)構(gòu)和模塊功能，同時(shí)也介紹了現(xiàn)代FPGA 和EDA 技術(shù)。隨后我們?cè)敿?xì)分析討論了B 超中，全數(shù)字化波束合成器的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)手段。我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了片內(nèi)高速異步FIFO 以降低采樣率，仿真結(jié)果表明資源使用合理且訪問(wèn)時(shí)間很小。正交檢波方法既能給出灰度超聲成像所需要的回波的幅值信息，也能給出多普勒超聲成像所需要的回波的相移信息。我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于直接數(shù)字頻率合成原理的數(shù)控振蕩器，能夠給出一對(duì)幅值和相位較平衡的正交信號(hào)，且在FPGA 片內(nèi)實(shí)現(xiàn)方案簡(jiǎn)單廉價(jià)。數(shù)控振蕩器輸出波形的頻率可動(dòng)態(tài)控制且精度較高，對(duì)于隨著超聲在人體組織深度上的穿透衰減，導(dǎo)致回波中心頻率下移的聲學(xué)物理現(xiàn)象，可視作將回波接收機(jī)的中心頻率同步動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行補(bǔ)償。 還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了B 型數(shù)字超聲診斷儀前端發(fā)射波束聚焦和掃描控制子系統(tǒng)。在單片F(xiàn)PGA 芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了聚焦延時(shí)、脈寬和重復(fù)頻率可動(dòng)態(tài)控制的發(fā)射驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生器、線掃控制、探頭激勵(lì)控制、功能碼存儲(chǔ)等功能模塊，功能仿真和時(shí)序分析結(jié)果表明該子系統(tǒng)為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高速度、高精度、高集成度的全數(shù)字化超聲診斷設(shè)備打下了良好的基礎(chǔ)，將加快其研發(fā)和制造進(jìn)程，為生物醫(yī)學(xué)電子、醫(yī)療設(shè)備和超聲診斷等方面帶來(lái)新思路。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 中的應(yīng)用 超聲診斷儀
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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本文簡(jiǎn)單介紹了脈沖式激光測(cè)距原理、相位式激光測(cè)距的原理及相位測(cè)量技術(shù)。根據(jù)課題的要求，給出了電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，選擇了合適測(cè)相系統(tǒng)電路參數(shù)，分析了調(diào)制波的噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，計(jì)算出能滿足系統(tǒng)精度要求的最低信噪比，對(duì)偶然誤差、信號(hào)變化幅度大小、零點(diǎn)漂移和電路的相位延遲等原因引起的測(cè)量誤差，提出了具體的解決措施，這些措施提高了數(shù)字檢相電路的測(cè)相精度和穩(wěn)定性。 根據(jù)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，著重對(duì)混頻電路、整形電路和自動(dòng)數(shù)字檢相電路進(jìn)行了較為深入的分析與討論，其中自動(dòng)數(shù)字檢相電路采用大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA實(shí)現(xiàn)。 文中述敘了利用FPGA實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)字檢相的原理及方法步驟，分析了FPGA實(shí)現(xiàn)鑒相功能的可靠性。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的FPGA邏輯器件和配置器件，使用QuartusⅡ軟件開(kāi)發(fā)可編程邏輯器件及VHDL編程，給出了用QuartusⅡ軟件進(jìn)行數(shù)字檢相測(cè)量的系統(tǒng)仿真結(jié)果和混頻電路、比較電路、數(shù)字檢相電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)在沒(méi)有零角度位置標(biāo)志信號(hào)和沒(méi)有允許計(jì)數(shù)標(biāo)志信號(hào)條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度進(jìn)行了分析。根據(jù)誤差結(jié)果分析，提出了下一步研究改進(jìn)的措施和思路。
標(biāo)簽： FPGA 相位 激光測(cè)距 信號(hào)處理技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-07-25
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文章介紹了一種在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）上實(shí)現(xiàn)UART 的方法。UART 的波特率可設(shè)置調(diào)整，工作狀態(tài)可讀取。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模塊化分解，使之適應(yīng)自頂向下（Top-Down）的設(shè)計(jì)方
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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自上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，我國(guó)著名學(xué)者、現(xiàn)中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)陳難先教授等人使用無(wú)窮級(jí)數(shù)的Mobius反演公式解決了一系列重要的應(yīng)用物理中的逆問(wèn)題，例如費(fèi)米體系逆問(wèn)題、信號(hào)處理等，開(kāi)創(chuàng)了應(yīng)用、推廣數(shù)論中的Mobius變換解決物理學(xué)中各種逆問(wèn)題的巧妙方法，其工作在1990年得到了世界著名的《NATURE》雜志的整版專(zhuān)評(píng)與高度評(píng)價(jià)。華僑大學(xué)蘇武潯、張渭濱教授等則把Mobius變換的方法應(yīng)用于幾種常用波形（包括周期矩形脈沖，奇偶對(duì)稱(chēng)方波和三角波等）的傅立葉級(jí)數(shù)的逆變換運(yùn)算，得到正、余弦函數(shù)及一般周期信號(hào)的各種常用波形的信號(hào)展開(kāi)；并求得了與各種常用波形信號(hào)函數(shù)族相正交的函數(shù)族，以用于各展開(kāi)系數(shù)的計(jì)算與信息的解調(diào)；而后把它們應(yīng)用到通信系統(tǒng)中，提出了一種新的通信系統(tǒng)，即新型Chen-Mobius通信系統(tǒng)。 在新型通信系統(tǒng)中，把這種正交函數(shù)族應(yīng)用于系統(tǒng)的相干調(diào)制解調(diào)中，取代傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中調(diào)制解調(diào)所采用的三角正交函數(shù)族。正是這種正交函數(shù)族使得通信系統(tǒng)的傳輸性能大大提高，保密性加強(qiáng)，而且正交函數(shù)族產(chǎn)生很方便。 本文從軟件仿真和硬件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面對(duì)Chen-Mobius通信系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。首先，利用MATLAB軟件構(gòu)建Chen-Mobius數(shù)字通信系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，對(duì)Chen-Mobius單路、四路和八路的數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，對(duì)該系統(tǒng)在不同信噪比情況下的錯(cuò)誤概率進(jìn)行了計(jì)算，并繪出了信噪比-錯(cuò)誤概率曲線；其次，在QuartusⅡ軟件平臺(tái)上，利用VHDL語(yǔ)言文本輸入和原理圖輸入的方法構(gòu)建Chen-Mobius數(shù)字通信系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，包括設(shè)計(jì)綜合、引腳分配、仿真驗(yàn)證、時(shí)序分析等；再次，在QuartusⅡ軟件仿真的基礎(chǔ)上，在Altera公司的Stratix GX芯片上，實(shí)現(xiàn)了硬件的編程和下載，從而完成了Chen-Mobius數(shù)字通信系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)；最后，從MATLAB軟件仿真和硬件實(shí)現(xiàn)的結(jié)果出發(fā)，通過(guò)分析系統(tǒng)的性能，簡(jiǎn)單展望了Chen-Mobius數(shù)字通信系統(tǒng)的應(yīng)用前景。 本文通過(guò)軟件仿真得到了Chen-Mobius數(shù)字通信系統(tǒng)的信噪比-錯(cuò)誤概率曲線，從理論上驗(yàn)證了該系統(tǒng)的強(qiáng)的抗干擾能力；利用FPGA完成了系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，從實(shí)際上驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性。從兩方面都可以說(shuō)明，Chen-Mobius通信系統(tǒng)雖然只是一個(gè)新的起點(diǎn)，但它卻預(yù)示著光明的應(yīng)用前景。
標(biāo)簽： ChenMobius MATLAB FPGA 數(shù)字通信系統(tǒng)
上傳時(shí)間： 2013-05-19
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正交頻分復(fù)用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)通過(guò)將整個(gè)信道分為多個(gè)帶寬相等并行傳輸?shù)淖有诺溃ㄟ^(guò)將信息經(jīng)過(guò)子信道獨(dú)立傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)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(tǒng)通過(guò)循環(huán)前綴來(lái)消除符號(hào)間干擾(ISI)，通過(guò)IDFT/DFT調(diào)制解調(diào)降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。由于其頻譜利用率高，抗多徑能力強(qiáng)，在多種通信場(chǎng)合中都得到了應(yīng)用。雖然有著上述優(yōu)點(diǎn)，但為了準(zhǔn)確的恢復(fù)信號(hào)，信道估計(jì)是OFDM系統(tǒng)中必須實(shí)現(xiàn)的一環(huán)。 本文正是針對(duì)OFDM接收機(jī)中的信道估計(jì)模塊的運(yùn)算部件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。首先，研究了OFDM信道估計(jì)的LS算法，一階線性插值算法，二次多項(xiàng)式插值算法，建立了適用于寬帶通信系統(tǒng)的信道估計(jì)模塊模型。其次研究了加法器電路和乘法器電路的實(shí)現(xiàn)，包括進(jìn)位行波加法器，曼徹斯特進(jìn)位鏈，超前進(jìn)位加法器和乘法原理，陣列乘法器，wallace樹(shù)乘法器及BOOTH編碼算法，并分析了各種電路的特性及優(yōu)缺點(diǎn)。接著研究了幾種主要的除法器設(shè)計(jì)算法，包括數(shù)字循環(huán)算法，基于函數(shù)迭代的算法，以及CORDIC算法，結(jié)合信道估計(jì)的特點(diǎn)選擇了函數(shù)迭代和CORDIC算法作為具體實(shí)現(xiàn)的方法。最后，在前面的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了前面的設(shè)計(jì)方案。
標(biāo)簽： OFDM FPGA 信道估計(jì) 模塊
上傳時(shí)間： 2013-06-06
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JPEG2000是新一代的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，它相比JPEG有很多新的特性，如漸進(jìn)傳輸和感興趣區(qū)域編碼等，因而它具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是在數(shù)碼相機(jī)、PDA等便攜式設(shè)備中。 JPEG2000的核心主要包括小波變換和基于最優(yōu)化截?cái)帱c(diǎn)的嵌入式塊編碼(EBCOT)算法，其計(jì)算復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于JPEG，完全采用軟件方案實(shí)現(xiàn)將會(huì)占用大量的處理器時(shí)間和內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)，而且速度較慢，實(shí)時(shí)處理的能力較差。為了推廣JPEG2000在便攜式產(chǎn)品、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用，打開(kāi)巨大的潛在市場(chǎng)，研究硬件實(shí)現(xiàn)的算法實(shí)時(shí)處理方案具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 EBCOT算法是一個(gè)兩層的編碼引擎，其中的上下文編碼的運(yùn)算量約占到總運(yùn)算量的50％，是提高編碼速度的關(guān)鍵算法之一。由于上下文編碼大部分都是邏輯運(yùn)算，沒(méi)有復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，但邏輯控制流程復(fù)雜繁瑣，對(duì)存儲(chǔ)器訪問(wèn)頻繁，采用DSP或者其他的通用處理器通過(guò)指令控制實(shí)現(xiàn)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(lái)實(shí)現(xiàn)該算法并進(jìn)行優(yōu)化，在研究和分析了上下文編碼算法運(yùn)算特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了列判斷和交錯(cuò)存儲(chǔ)相結(jié)合的硬件實(shí)現(xiàn)方案，并采用硬件描述語(yǔ)言Verilog在寄存器傳輸級(jí)描述了相應(yīng)的硬件電路。通過(guò)功能仿真和邏輯綜合后，所獲得的上下文編碼模塊最大時(shí)鐘頻率為101MHz，且能在130ms內(nèi)完成對(duì)一幅512×512灰度圖像的編碼，性能比Jasper軟件中的實(shí)現(xiàn)方案提高了75％。 JPEG2000的一個(gè)重要特性是其具有漸進(jìn)傳輸?shù)哪芰Γa流組織是獲得漸進(jìn)傳輸特性的技術(shù)關(guān)鍵。碼流組織通過(guò)在輸出碼流中安排數(shù)據(jù)包的先后順序來(lái)實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)傳輸?shù)哪康摹１疚膶?duì)JPEG2000中實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)傳輸?shù)臋C(jī)制進(jìn)行了分析，并研究了碼流組織的算法實(shí)現(xiàn)。 為了對(duì)JPEG2000算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)了基于FPGA和ARM的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其中FPGA主要完成算法中運(yùn)算量較大的小波變換、上下文編碼和算術(shù)編碼，而ARM處理器則完成碼流組織、數(shù)據(jù)打包以及和PC機(jī)的通信。本文在該平臺(tái)上對(duì)所設(shè)計(jì)的上下文編碼算法和碼流組織模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)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(shí)間： 2013-04-24
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