隨著科技的發展，電子電路的設計正逐漸擺脫傳統的設計模式。可編程邏輯器件及硬件描述語言的出現與發展從根本上改變了數字系統設計與實現的技術與方法，越來越多的數字信號處理系統采用可編程邏輯器件來實現。 數字濾波技術作為數字信號處理的基本分支之一，在各種數字信號處理中起著重要作用，被廣泛應用于很多領域。其中有限長沖激響應（FIR）濾波器，只有零點、系統穩定、運算速度快、具有線性相位的特性，設計靈活，在工程實際中獲得廣泛應用。 本文以數字濾波器的基本理論為依據，通過對現場可編程門陣列（FPGA）內部結構的研究，結合軟件工程學中結構化設計思想和硬件描述語言的特點，以9階FIR低通數字濾波器為例，采用Altera公司的EPIK30TC144-3器件完成了FIR數字濾波器的軟硬件設計。我們在設計中采用了層次化、模塊化的設計思想，將整個濾波器劃分為多個功能模塊，利用VHDL語言進行了各個功能模塊的設計。 為了使設計的過程和結果更為直觀，文中詳細介紹了核心及外圍硬件電路的設計過程，最終達到了基于FPGA硬件實現參數化FIR數字濾波器的目的。實驗測試表明，本論文所設計的基于FPGA的9階FIR低通數字濾波器基本達到了設計指標。依照此方法，只要修改參數，升級相關硬件，便可以更改濾波器性能，實現高通、帶通FIR數字濾波器，說明本設計具有普遍指導意義。
上傳時間： 2013-05-24
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GPS全球定位系統是美國國防部為軍事目的而建立的衛星導航系統，其主要目的是解決海上、陸地和空中運載工具的導航定位問題。GPS作為新一代衛星導航系統，不僅具有全球、全天候、連續、高精度導航與定位能力，而且具有優良的抗干擾性和保密性。因此，發展全球定位系統是當今導航技術現代化的一個重要標志。在GPS接收機中，為了得到導航電文并對其進行解算，要完成復雜的信號處理過程。其中，怎樣捕獲到衛星信號，并對C/A碼進行跟蹤是研制GPS接收機的重要問題之一。本文在對GPS信號的結構進行深入的分析后，結合FPGA的特點，對算法進行設計及優化后，給出了相應的仿真。內容主要包括以下幾個方面： 1.對GPS信號結構的產生原理進行了深入地分析，并對GPS信號的調制機理進行詳細地闡述。 2.在GPS信號的捕獲方面，采用了基于FFT頻域的快速捕獲的方法，即將接收到的GPS信號先利用快速傅立葉變換(FFT)變換到頻域，在頻域完成相應的運算后，再利用傅立葉反變換(IFFT)變換到時域。從而大大減少了計算量，加快了信號捕獲的速度，提高了捕獲性能。 3.在C/A碼跟蹤部分，本文采用了非相干延遲鎖定環對C/A碼進行跟蹤。來自載波跟蹤環路的本地載波將輸入的信號變成基帶信號，然后分別和本地碼的三個不同相位序列進行相乘，將相乘結果進行累加，經過處理將得到碼相位和當前的載波頻率送到載波跟蹤環路。 4.載波跟蹤環，本文采用的是科斯塔斯環。載波跟蹤環和碼跟蹤環在結構上相似，故本文只對關鍵的載波NCO進行了仿真。 本文的創新點主要是使用FPGA對整個GPS信號的捕獲及C/A碼的跟蹤進行設計。此外，根據FPGA的特點，在不改變外部硬件設計的前提下，改變相應的IP核或相關的VHDL程序就可對系統進行各種優化設計，以適應不同類型的GPS接收機的不同功能。
上傳時間： 2013-06-27
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現代通信系統要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調制解調技術一直是人們研究的一個重要方向。用FPGA實現調制解調器具有體積小、功耗低、集成度高、可軟件升級、抗干擾能力強的特點，符合未來通信技術發展的方向。論文從以下幾個方面討論和實現了基于FPGA的調制解調系統。 論文首先介紹了調制解調系統的發展現狀及FPGA的相關知識。然后介紹了幾種常見的相位調制解調方式，重點是QDPSK調制解調系統的理論算法。 論文重點介紹了QDPSK解調調制系統的具體實現。首先，在在MATLAB環境下對系統里的每個子模塊完成了功能仿真，并取得滿意的仿真結果；其次，在QDPSK調制解調系統功能仿真正確的基礎上，對每個模塊的功能編寫C++算法，并且驗證了算法的正確性和可實現性；最后，在altera公司的FPGA開發平臺Quartus Ⅱ 6.0上，采用Verilog硬件描述語言對QDPSK調制解調系統實現了時序仿真和綜合仿真。
上傳時間： 2013-07-21
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頻率是電子技術領域內的一個基本參數，同時也是一個非常重要的參數。穩定的時鐘在高性能電子系統中有著舉足輕重的作用，直接決定系統性能的優劣。隨著電子技術的發展，測頻系統使用時鐘的提高，測頻技術有了相當大的發展，但不管是何種測頻方法，±1個計數誤差始終是限制測頻精度進一步提高的一個重要因素。 本設計闡述了各種數字測頻方法的優缺點。通過分析±1個計數誤差的來源得出了一種新的測頻方法：檢測被測信號，時基信號的相位，當相位同步時開始計數，相位再次同步時停止計數，通過相位同步來消除計數誤差，然后再通過運算得到實際頻率的大小。根據M/T法的測頻原理，已經出現了等精度的測頻方法，但是還存在±1的計數誤差。因此，本文根據等精度測頻原理中閘門時間只與被測信號同步，而不與標準信號同步的缺點，通過分析已有等精度澳孽頻方法所存在±1個計數誤差的來源，采用了全同步的測頻原理在FPGA器件上實現了全同步數字頻率計。根據全同步數字頻率計的測頻原理方框圖，采用VHDL語言，成功的編寫出了設計程序，并在MAX+PLUS Ⅱ軟件環境中，對編寫的VHDL程序進行了仿真，得到了很好的效果。最后，又討論了全同步頻率計的硬件設計并給出了電路原理圖和PCB圖。對構成全同步數字頻率計的每一個模塊，給出了較詳細的設計方法和完整的程序設計以及仿真結果。
上傳時間： 2013-04-24
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直接數字頻率合成(DDS)技術采用全數字的合成方法，所產生的信號具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、頻率切換時相位連續、輸出相位噪聲低和可以產生任意波形等諸多優點。 在理論上對DDS的原理及其輸出信號的性能進行了分析，采用FPGA實現了任意波形發生器，能夠產生三角波、鋸齒波、調頻波、調相波、調幅波和碎發等十幾種波形，并能通過串行口下載任意波形。在設計頻率調制電路時采用了頻率字運算單元和相位累加器相結合的結構，該方法既可實現寬帶線性調頻，又可實現非線性調頻。完成了軟件和硬件的設計和調試。對實驗樣機進行了測試，結果表明性能指標達到了設計要求。
上傳時間： 2013-05-26
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在過去的十幾年間，FPGA取得了驚人的發展：集成度已達到1000萬等效門、速度可達到400～500MHz。隨著FPGA的集成度不斷增大，在高密度FPGA中，芯片上時鐘的分布質量就變得越來越重要。時鐘延時和時鐘相位偏移已成為影響系統性能的重要因素。現在，解決時鐘延時問題主要使用時鐘延時補償電路。 為了消除FPGA芯片內的時鐘延時，減小時鐘偏差，本文設計了內置于FPGA芯片中的延遲鎖相環，采用一種全數字的電路結構，將傳統DLL中的用模擬方式實現的環路濾波器和壓控延遲鏈改進為數字方式實現的時鐘延遲測量電路，和延時補償調整電路，配合特定的控制邏輯電路，完成時鐘延時補償。在輸入時鐘頻率不變的情況下，只需一次調節過程即可完成輸入輸出時鐘的同步，鎖定時間較短，噪聲不會積累，抗干擾性好。 在Smic0.18um工藝下，設計出的時鐘延時補償電路工作頻率范圍從25MHz到300MHz，最大抖動時間為35ps，鎖定時間為13個輸入時鐘周期。另外，完成了時鐘相移電路的設計，實現可編程相移，為用戶提供與輸入時鐘同頻的相位差為90度，180度，270度的相移時鐘；時鐘占空比調節電路的設計，實現可編程占空比，可以提供占空比為50/50的時鐘信號；時鐘分頻電路的設計，實現頻率分頻，提供1.5，2，2.5，3，4，5，8，16分頻時鐘。
上傳時間： 2013-07-06
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隨著人們對無線通信需求和質量的要求越來越高，無線通信設備的研發也變得越來越復雜，系統測試在整個設備研發過程中所占的比重也越來越大。為了能夠盡快縮短研發周期，測試人員需要在實驗室模擬出無線信道的各種傳播特性，以便對所設計的系統進行調試與測試。無線信道仿真器是進行無線通信系統硬件調試與測試不可或缺的儀器之一。 本文設計的無線信道仿真器是以Clarke信道模型為參考，采用基于Jakes模型的改進算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模擬實現了頻率選擇性衰落信道。信道仿真器實現了四根天線數據的上行接收，每根天線由八條可分辨路徑，每條可分辨路徑由64個反射體構成，每根天線可分辨路徑和反射體的數目可以獨立配置。通過對每個反射體初始角度和初始相位的設置，并且保證反射體的角度和相位是均勻分布的隨機數，可以使得同一條路徑不同反射體之間的非相關特性，得到的多徑傳播信道是一個離散的廣義平穩非相關散射模型(WSSUS)。無線信道仿真器模擬了上行數據傳輸環境，上行數據由后臺產生后儲存在單板上的SDRAM中。啟動測試之后，上行數據在CPU的控制下通過信道仿真器，然后送達基帶處理板解調，最后測試數據的誤碼率和誤塊率，從而分析基站的上行接收性能。 首先，本文研究了3GPP TS 25.141協議中對通信設備測試的要求和無線信道自身的特點，完成了對無線信道仿真器系統設計方案的吸收和修改。 其次，針對FPGA內部資源結構，研究了信道仿真器FPGA實現過程中的困難和資源的消耗，進行了模塊劃分。主要完成了時延模塊、瑞利衰落模塊、背板接口模塊等的RTL級代碼的開發、仿真、綜合和板上調試；完成了FPGA和后臺軟件的聯合調試；完成了兩天線到四天線的改版工作，使FPGA內部的工作頻率翻了一倍，大幅降低了FPGA資源的消耗。 最后，在完成無線信道仿真器的硬件設計之后，對無線信道仿真器的測試根據3GPP TS 25.141 V6.13.0協議中的要求進行，即在數據誤塊率(BLER)一定的情況下，對不同信道傳播環境和不同傳輸業務下的信噪比(Eb/No)進行測試，單天線和多天線的測試結果符合協議中規定的信噪比(Eb/No)的要求。
上傳時間： 2013-04-24
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傳統的頻率調制和相位調制兩種數字調制方式都存在頻譜利用率低、抗多徑衰落能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴重等不足。正交振幅調制(QAM)是一種相位和振幅聯合控制的數字調制技術，它不僅可以得到更高的頻譜效率，而且可...
上傳時間： 2013-04-24
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隨著各種通信系統數量的日益增多，為了充分地利用有限的頻譜資源，高頻譜利用率的調制技術不斷被應用。偏移正交相移鍵控(OQPSK: Offset QuadraturePhase Shift Keying)是一種恒包絡調制技術，具有較高的頻譜利用率和功率利用率，廣泛應用于衛星通信系統和地面移動通信系統。因此，對于OQPSK全數字解調技術的研究具有一定的理論價值。 本文以軟件無線電和全數字解調的相關理論為指導，成功設計并實現了基于FPGA的OQPSK全數字解調。論文介紹了OQPSK全數字接收解調原理和基于軟件無線電設計思想的全數字接收機的基本結構，詳細闡述了當今OQPSK數字解調中載波頻率同步、載波相位同步、時鐘同步和數據幀同步的一些常用算法，并選擇了相應算法構建了三種系統級的實現方案。通過MATLAB對解調方案的仿真和性能分析，確定了FPGA中的系統實現方案。在此基礎上，本文采用VerilogHDL硬件描述語言在Altera公司的Quartus II開發平臺上設計了同步解調系統中的各個模塊，還對各模塊和整個系統在ModelSim中進行了時序仿真驗證，并對設計中出現的問題進行了修正。最后，經過FPGA調試工具嵌入式邏輯分析儀SignalTapⅡ的硬件實際測試，本文對系統方案進行了最終的改進與調整。 實際測試結果表明，本文的設計最終能夠達到了預期的指標和要求。本課題設計經過時序和資源優化后還可以向ASIC和系統級SOC轉化，以進一步縮小系統體積、降低成本和提高電路的可靠性，因此具有良好的實際應用價值。
上傳時間： 2013-07-14
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隨著GPS(Global Positioning System)技術的不斷發展和成熟，其全球性、全天候、低成本等特點使得GPS接收機的用戶數量大幅度增加，應用領域越來越廣。但由于定位過程中各種誤差源的存在，單機定位精度受到影響。目前常從兩個方面考慮減小誤差提高精度：①用高精度相位天線、差分技術等通過提高硬件成本獲取高精度；②針對誤差源用濾波算法從軟件方面實現精度提高。兩種方法中，后者相對于前者在滿足精度要求的前提下節約成本，而且便于系統融合，是應用于GPS定位的系統中更有前景的方法。但由于在系統中實現定位濾波算法需要時間，傳統CPU往往不能滿足實時性的要求，而FPGA以其快速并行計算越來越受到青睞。 本文在FPGA平臺上，根據“先時序后電路”的設計思想，由同步沒計方法以及自頂向下和自下而上的混合設計方法實現系統的總體設計。從GPS-OEM板輸出的定位信息的接收到定位結果的坐標變換，最終到kalman濾波遞推計算減小定位誤差，實現實時、快速、高精度的GPS定位信息采集處理系統，為GPS定位數據的處理方法做了新的嘗試，為基于FPGA的GPS嵌入式系統的開發奠定了基礎。具體工作如下： 基于FPGA設計了GPS定位數據的正確接收和顯示，以及經緯度到平面坐標的投影變換。根掘GPS輸出信息標準和格式，通過串口接收模塊實現串口數掘的接收和經緯度信息提取，并通過LCD實時顯示。在提取信息的同時將數據格式由ASCⅡ碼轉變為十進制整數型，實現利用移位和加法運算達到代替乘法運算的效果，從而減少資源的利用率。在坐標轉換過程中，利用查找表的方法查找轉化時需要的各個參數值，并將該參數先轉為雙精度浮點小數，再進行坐標轉換。根據高斯轉化公式的規律將公式簡化成只涉及加法和乘法運算，以此簡化公式運算量，達到節省資源的目的。 卡爾曼濾波器的實現。首先分析了影響定位精度的各種誤差因素，將各種誤差因素視為一階馬爾科夫過程的總誤差，建立了系統狀態方程、觀測方程和濾波方程，并基于分散濾波的思想進行卡爾曼濾波設計，并通過Matlab進行仿真。結果表明，本文設計的卡爾曼濾波器收斂性好，定位精度高、估計誤差小。在仿真基礎上，實現基于FPGA的卡爾曼濾波計算。在滿足實時性的基礎上，通過IP核、模塊的分時復用和樹狀結構節省資源，實現數據卡爾曼濾波，達到提高數據精度的效果。 設計中以Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX110-FF676為硬件平臺，采用Verilog HDL硬件描述語言實現，利用Xilinx公司的ISE10.1工具布局布線，一共使用44438個邏輯資源，時鐘頻率達到100MHZ以上，滿足實時性信號處理要求，在保證精度的前提下達到資源最優。Modelsim仿真驗證了該設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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