航天測(cè)控通信網(wǎng)是航天工程的重要組成部分。迄今為止，我國已建成“C頻段測(cè)控網(wǎng)”，及正在建設(shè)的“S頻段測(cè)控網(wǎng)”和“TDRSS測(cè)控網(wǎng)”。測(cè)距單元是測(cè)控系統(tǒng)基帶設(shè)備中的重要功能單元，為航天飛行器提供定位元素。目前，在航天測(cè)距系統(tǒng)中側(cè)音測(cè)距技術(shù)具有最高的測(cè)距精度。本文以中國電子科技集團(tuán)第十研究所某項(xiàng)目為背景，對(duì)側(cè)音測(cè)距系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，提出了一些改進(jìn)測(cè)距精度的方法，最后用FPGA實(shí)現(xiàn)了側(cè)音測(cè)距功能單元。 本論文主要完成以下工作： 1)完成了直接數(shù)字頻率合成的雜散分析。采用嚴(yán)格的信號(hào)分析方法，運(yùn)用離散傅立葉變換(DFT)和傅立葉變換(FT)，推導(dǎo)了理想狀態(tài)和相位截短條件下的DDS輸出頻譜的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并利用systemview仿真軟件建立了DDS相位截短模型，通過仿真驗(yàn)證了分析結(jié)論的正確性。 2)改進(jìn)了TT&C系統(tǒng)中經(jīng)典的FFT頻率引導(dǎo)算法，增加了頻譜對(duì)稱性分析，在實(shí)現(xiàn)頻率引導(dǎo)的同時(shí)完成了防載波頻率錯(cuò)鎖的功能。 3)首次采用基于正交雙通道相關(guān)原理的數(shù)字相關(guān)相位估計(jì)法來實(shí)現(xiàn)次側(cè)音匹配和解模糊，降低了設(shè)備復(fù)雜度，提高了測(cè)距精度。針對(duì)低信噪比的情況，提出了基于平滑濾波的數(shù)據(jù)處理方法，提高了相位測(cè)量精度。對(duì)測(cè)距信道中加限幅器導(dǎo)致的測(cè)距信號(hào)信噪比惡化程度做了深入的理論分析。最后，分析了測(cè)距誤差，并對(duì)其中一些引起測(cè)距誤差的因素提出了改善方法。 通過本論文的工作，成功的完成了TT&C側(cè)音測(cè)距終端的研制，系統(tǒng)現(xiàn)已通過測(cè)試，達(dá)到系統(tǒng)任務(wù)書的各項(xiàng)指標(biāo)要求。
標(biāo)簽： FPGA TTC 關(guān)鍵技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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隨著3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的展開，移動(dòng)用戶數(shù)量逐漸增加，用戶和運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和覆蓋要求也越來越高。而在實(shí)際工作中，基站成本在網(wǎng)絡(luò)投資中占有很大比例，并且基站選址是建網(wǎng)的主要難題之一。同基站相比，直放站以其性價(jià)比高、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)在我國移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上有著大量的應(yīng)用。目前，直放站已成為提高運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、解決網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)或弱區(qū)問題、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的主要手段之一。但由于傳統(tǒng)的模擬直放站受周邊環(huán)境因素影響較大、抗干擾能力較差、傳輸距離受限、功放效率低，同時(shí)設(shè)備間沒有統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范，無法滿足系統(tǒng)廠商與直放站廠商的兼容，所以移動(dòng)通信市場(chǎng)迫切需要通過數(shù)字化來解決這些問題。 本文正是以設(shè)計(jì)新型數(shù)字化直放站為目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字中頻系統(tǒng)為研究重心，圍繞數(shù)字中頻的相關(guān)技術(shù)而展開研究。 文章介紹了數(shù)字直放站的研究背景和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡述了數(shù)字直放站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及總體實(shí)現(xiàn)框圖，并對(duì)數(shù)字直放站數(shù)字中頻部分進(jìn)行了詳細(xì)的模塊劃分。針對(duì)其中的數(shù)字上下變頻模塊設(shè)計(jì)所涉及到的相關(guān)技術(shù)作詳細(xì)介紹，涉及到的理論主要有信號(hào)采樣理論、整數(shù)倍內(nèi)插和抽取理論等，在理論基礎(chǔ)上闡述了一些具體模塊的高效實(shí)現(xiàn)方案，最終利用FPGA實(shí)現(xiàn)了數(shù)字變頻模塊的設(shè)計(jì)。 在數(shù)字直放站系統(tǒng)中，降低峰均比是提高功放工作效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文首先概述了降低峰均比的三類算法，然后針對(duì)目前常用的幾種算法進(jìn)行了仿真分析，最后在綜合考慮降低峰均比效果與實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的二次限幅算法。通過仿真驗(yàn)證算法的有效性后，針對(duì)其中的噪聲整形濾波器提出了“先分解，再合成”的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方式，并指出其中間級(jí)窄帶濾波器采用內(nèi)插級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)，最后整個(gè)算法在FPGA上實(shí)現(xiàn)。 在軟件無線電思想的指導(dǎo)下，本文利用系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)方法完成了WCDMA數(shù)字直放站中頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。遵照3GPP等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，完成了系統(tǒng)的仿真測(cè)試和實(shí)物測(cè)試。最后得出結(jié)論：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了WCDMA數(shù)字直放站數(shù)字中頻的基本功能，并可保證在現(xiàn)有硬件不變的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)不同載波間平滑過渡、不同制式間輕松升級(jí)。
標(biāo)簽： WCDMA 數(shù)字 下變頻 直放站
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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用戶對(duì)寬帶無線接入業(yè)務(wù)、尤其是對(duì)于寬帶無線化以及移動(dòng)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(diǎn)。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(dòng)增益控制(Automatic Gain Control,AGC)部分。首先介紹了自動(dòng)增益控制系統(tǒng)的基本組成和其主要特性指標(biāo),通過對(duì)一個(gè)步進(jìn)式AGC的分析,得到AGC模型的輸出公式。然后針對(duì)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(duì)AGC電路基本結(jié)構(gòu)的算法分析,并結(jié)合仿真結(jié)果對(duì)AGC電路做了詳盡解說并對(duì)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(yàn)證的結(jié)果。通過SPW對(duì)AGC進(jìn)行了單獨(dú)的性能測(cè)試,并結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)的性能測(cè)試來說明AGC可以和系統(tǒng)的其他模塊協(xié)同工作。在FPGA測(cè)試中,可以證明用Verilog實(shí)現(xiàn)后AGC也同樣能較好的工作。 本文實(shí)現(xiàn)的基于導(dǎo)頻的步進(jìn)式的數(shù)字AGC是針對(duì)WiMAX系統(tǒng)的自動(dòng)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(hào)的特點(diǎn),能夠滿足WiMAX系統(tǒng)的要求。同時(shí),由于各種關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)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(shí)間： 2013-04-24
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低密度校驗(yàn)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(gè)，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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度考慮，提出了一種切實(shí)可行的基于二次擴(kuò)展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構(gòu)造方法，以實(shí)現(xiàn)高吞吐量的LDPC碼收發(fā)端；并且充分利用該類碼校驗(yàn)矩陣準(zhǔn)循環(huán)移位結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合RU算法，提出了一種新編碼器的設(shè)計(jì)方案。 基于二次擴(kuò)展的QC-LDPC碼構(gòu)造方法，是通過對(duì)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(shí)現(xiàn)的。在此基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)可變碼長(zhǎng)、可變碼率，一般編譯碼器需同時(shí)支持多個(gè)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(diǎn)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(gè)亂序擴(kuò)展的擴(kuò)展因子，使得譯碼器結(jié)構(gòu)得以精簡(jiǎn)；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(shí)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(duì)硬件實(shí)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜度近似與碼長(zhǎng)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(shí)簡(jiǎn)化了流水線結(jié)構(gòu)，由原先RU算法的6級(jí)降低為4級(jí)；為了縮短編碼延時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)安排每一級(jí)流水線計(jì)算所需的時(shí)鐘數(shù)大致相同。 這種碼字構(gòu)造和編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)方案具有以下優(yōu)勢(shì)：相比RU算法，新方案對(duì)可變碼長(zhǎng)、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(yàn)證。 通過在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)測(cè)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(shí)際應(yīng)用中具有很高的價(jià)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(duì)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(diǎn)。
上傳時(shí)間： 2013-07-26
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數(shù)字圖像的壓縮是解決圖像數(shù)據(jù)量大、存儲(chǔ)和傳輸困難的基本措施。圖像壓縮的方法很多，一般可分為有損壓縮和無損壓縮兩大類。有損壓縮允許一定程度的信息丟失，在滿足實(shí)際應(yīng)用的條件下能夠取得較高的壓縮比；無損壓縮不允許信息丟失，但是壓縮比難以提高。在醫(yī)學(xué)圖像、遙感圖像等應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于圖像的壓縮比和失真度都有著較高要求，因此需要采用近無損壓縮的方法。近無損壓縮是有損壓縮和無損壓縮的一個(gè)折衷，允許一定的失真，能夠獲得高保真還原圖像的同時(shí)，得到比無損壓縮更高的壓縮比。 JPEG-LS是連續(xù)色調(diào)靜止圖像無損和近無損壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)，算法復(fù)雜度低，壓縮性能優(yōu)越，但是JPEG-LS對(duì)不同圖像壓縮時(shí)壓縮比不可控制。本文在研究JPEG-LS近無損圖像壓縮算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)具體應(yīng)用背景，提出了一種基于塊的近無損壓縮方法。進(jìn)一步利用圖像局部紋理特性分析，對(duì)不同特性的區(qū)域容忍不同的信息丟失程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像壓縮的碼率控制。針對(duì)某工程應(yīng)用中的具體要求，我們以FPGA為平臺(tái)，采用Verilog HDL語言對(duì)改進(jìn)算法進(jìn)行了硬件實(shí)現(xiàn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這種基于塊的具有碼率控制的近無損圖像壓縮算法，在實(shí)現(xiàn)較為精確的碼率控制的同時(shí)，能夠獲得較高的還原圖像質(zhì)量，而且硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，能夠滿足對(duì)圖像的實(shí)時(shí)壓縮要求。
上傳時(shí)間： 2013-06-18
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可編程邏輯芯片特別是現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(dòng)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(shí)際應(yīng)用前還有許多問題需要解決。一個(gè)基本的問題就是動(dòng)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(jì)算的概念，建立了可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)模型和動(dòng)態(tài)可重構(gòu)FPGA芯片模型，在此模型上提出一個(gè)基于劃分和時(shí)延驅(qū)動(dòng)的在線布局算法，和一個(gè)基于Pathfinder協(xié)商擁塞算法的布線算法，來解決動(dòng)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(shí)確保關(guān)鍵路徑的時(shí)延最小。實(shí)驗(yàn)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(shí)延上平均減少27％，在線長(zhǎng)上平均減少34％(或者11％)，在運(yùn)行時(shí)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(zhǎng)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(dòng)態(tài)可重構(gòu) 布局布線 算法研究
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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H.264/AVC是ITU-T和ISO聯(lián)合推出的新標(biāo)準(zhǔn)，采用了近幾年視頻編碼方面的先進(jìn)技術(shù)，以較高編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性成為新一代國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。 本文以實(shí)現(xiàn)D1格式的H.264/AVC實(shí)時(shí)編碼器為目標(biāo)，作者負(fù)責(zé)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，軟硬件劃分以及部分模塊的硬件算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)H.264/AVC編碼器中主要模塊的算法復(fù)雜度的評(píng)估，算法特點(diǎn)的分析，同時(shí)考慮到編碼器系統(tǒng)的可伸縮性，可擴(kuò)展性，本文采用了DSP+FPGA的系統(tǒng)架構(gòu)。DSP充當(dāng)核心處理器，而FPGA作為協(xié)處理器，針對(duì)編碼器中最復(fù)雜耗時(shí)的模塊一運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊，設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件加速引擎，以提供編碼器所需要的實(shí)時(shí)性能。 H.264/AVC仍基于以前視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償混合編碼方案，其中一個(gè)主要的不同在于幀間預(yù)測(cè)采用了可變塊尺寸的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)向量精度提高到1/4像素。更小和更多形狀的塊分割模式的采用，以及更加精確的亞像素位置的預(yù)測(cè)，可以改善運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償精度，提高圖像質(zhì)量和編碼效率，但同時(shí)也大大增加了編碼器的復(fù)雜度，因此需要設(shè)計(jì)專門的硬件加速引擎。 本文給出了1/4像素精度的運(yùn)動(dòng)估計(jì)基于FPGA的硬件算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括整像素搜索，像素插值，亞像素(1/2，1/4)搜索以及多模式選擇(支持全部七種塊分割模式)。設(shè)計(jì)中，將多處理器技術(shù)和流水線技術(shù)相結(jié)合，提供高性能的并行計(jì)算能力，同時(shí)，采用合理的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)以提供高數(shù)據(jù)吞吐量，滿足運(yùn)算的帶寬要求，并使編碼器具有較好的可伸縮性。最后，在Modelsim環(huán)境下建立測(cè)試平臺(tái)，完成了對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的RTL級(jí)的仿真驗(yàn)證，并針對(duì)Altera公司的FPGA芯片stratixⅡ系列的EP2S60-4器件進(jìn)行優(yōu)化，從而使工作頻率最終達(dá)到134MHz，分析數(shù)據(jù)表明該模塊能夠滿足編碼器的實(shí)時(shí)性要求。
標(biāo)簽： DSPFPGA H264 264 AVC
上傳時(shí)間： 2013-07-24
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糾錯(cuò)碼技術(shù)是一種通過增加一定冗余信息來提高信息傳輸可靠性的有效方法。RS碼是一種典型的糾錯(cuò)碼，在線性分組碼中，它具有最強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，既能糾正隨機(jī)錯(cuò)誤，也能糾正突發(fā)錯(cuò)誤，在深空通信、移動(dòng)通信、磁盤陣列、光存儲(chǔ)及數(shù)字視頻廣播(DVB)等系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。 DVD是一種高容量的存儲(chǔ)媒質(zhì)。DVD技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，在數(shù)字技術(shù)中占有重要地位。DVD系統(tǒng)中采用里德-所羅門乘積碼(RS-PC：Reed-Solomon ProductCode)進(jìn)行糾錯(cuò)，RS碼譯碼器在伺服芯片中具有重要作用。 FPGA在開發(fā)階段具有安全、方便、可隨時(shí)修改設(shè)計(jì)等不可替代的優(yōu)點(diǎn)，在電子系統(tǒng)中采用FPGA可以極大的提升硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，可靠性，同時(shí)提高硬件開發(fā)的速度和降低系統(tǒng)的成本。FPGA的固有優(yōu)點(diǎn)使其得到越來越廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)技術(shù)也被越來越多的設(shè)計(jì)人員所掌握。 本文首先介紹了編碼理論和常用的RS編譯碼算法，提出RS編碼器實(shí)現(xiàn)方案，詳細(xì)分析了譯碼器的ME算法和改進(jìn)BM算法的實(shí)現(xiàn)，針對(duì)ME算法提出了一種流水線結(jié)構(gòu)的糾刪糾錯(cuò)RS譯碼器實(shí)現(xiàn)方案，在譯碼器復(fù)雜度和延時(shí)上作了折衷，降低了譯碼器的復(fù)雜度并提高了最高工作頻率，利用有限域乘法器的特性對(duì)編譯碼電路進(jìn)行優(yōu)化。這些技術(shù)的采用大大的提高了RS編譯碼器的效率，節(jié)省了RS編譯碼器占用的資源。在Xilinx公司的Virtex-II系列FPGA上設(shè)計(jì)并成功實(shí)現(xiàn)了RS(208，192)編譯碼器。
上傳時(shí)間： 2013-07-20
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文章開篇提出了開發(fā)背景。認(rèn)為現(xiàn)在所廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點(diǎn)是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對(duì)不同的客戶要求來“量身定做”不同的產(chǎn)品，同時(shí)幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源已經(jīng)很難跟上時(shí)代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關(guān)電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關(guān)電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動(dòng)作狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)成為了可能，同時(shí)由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應(yīng)對(duì)不同客戶的需求，這就降低了開發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號(hào)處理新技術(shù)，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領(lǐng)域的今天，最后一個(gè)沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來，數(shù)字電源的研究勢(shì)頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關(guān)電源占了世界市場(chǎng)的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場(chǎng)上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)開關(guān)電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器。論文對(duì)系統(tǒng)方案和電路進(jìn)行了較為具體的設(shè)計(jì)，并通過測(cè)試取得了預(yù)期結(jié)果。測(cè)試證明該方案能夠適合本行業(yè)時(shí)代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡(jiǎn)單，精度更高，通用性更強(qiáng)。同時(shí)該方案也可用于相關(guān)領(lǐng)域。 本文首先分析了國內(nèi)外開關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關(guān)電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)框圖和實(shí)現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了較為詳細(xì)的比較。本論文的設(shè)計(jì)方案是采用DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)來做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器，使電路更簡(jiǎn)單，精度更高，通用性更強(qiáng)。傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源是將電流電壓反饋信號(hào)做PID調(diào)節(jié)后--分立元器件構(gòu)成，采用專用脈寬調(diào)制芯片實(shí)現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號(hào)來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號(hào)來自主回路的電壓采樣。再將這兩個(gè)信號(hào)分別送至電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的反相輸入端，用來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。同時(shí)用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護(hù)、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號(hào)則由單片機(jī)或電位器提供。再次，文章對(duì)各個(gè)模塊從理論和實(shí)際的上都做了仔細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，并給出了具體的電路圖，同時(shí)寫出了軟件流程圖以及設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的地方。整個(gè)系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運(yùn)算、環(huán)境開關(guān)量檢測(cè)、環(huán)境開關(guān)量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號(hào)采集、負(fù)載電壓信號(hào)采集、負(fù)載電流信號(hào)采集、以及對(duì)信號(hào)的一階數(shù)字低通濾波。由于整個(gè)系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當(dāng)高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問題，減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。DSP可以將讀到的ADC信號(hào)做PID調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生PWM波來控制逆變橋的開關(guān)速率，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。 最后，對(duì)數(shù)字化開關(guān)電源和模擬開關(guān)電源做了對(duì)比測(cè)試，得出了預(yù)期結(jié)論。同時(shí)也提出了一些需要改進(jìn)的地方，認(rèn)為該方案在其他相關(guān)行業(yè)中可以廣泛地應(yīng)用。模擬控制電路因?yàn)槭褂迷S多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會(huì)隨著使用時(shí)間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動(dòng)并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)能力造成負(fù)面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時(shí)數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復(fù)使用、加快上市時(shí)間以及減少開發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前對(duì)產(chǎn)品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。能夠滿足較高精度的設(shè)計(jì)要求。但對(duì)于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進(jìn)的地方，比如改進(jìn)主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測(cè)控等技術(shù)領(lǐng)域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等有機(jī)地結(jié)合了起來。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關(guān)的領(lǐng)域都可以采用。
標(biāo)簽： FPGA DSP 數(shù)字化 開關(guān)電源
上傳時(shí)間： 2013-06-21
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本課題深入分析了GPS軟件接收機(jī)基于FFT并行捕獲算法并詳細(xì)闡述了其FPGA的實(shí)現(xiàn)。相比于其它的捕獲方案，該方案更好地滿足了信號(hào)處理實(shí)時(shí)性的要求。 論文的主體部分首先簡(jiǎn)單分析了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理，介紹了GPS系統(tǒng)的組成，詳細(xì)闡述了GPS信號(hào)的特點(diǎn)，并根據(jù)GPS信號(hào)的組成特點(diǎn)介紹了接收機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。其次，通過對(duì)GPS接收機(jī)信號(hào)捕獲方案的深入研究，確定了捕獲速度快且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度不是很高的基于FFT的并行捕獲方案，并對(duì)該方案提出了幾點(diǎn)改進(jìn)的措施，根據(jù)前面的分析，提出了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，利用MATLAB對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真的結(jié)果充分的驗(yàn)證了方案的可行性。接著，對(duì)于捕獲環(huán)節(jié)中的核心部分—FFT處理器，設(shè)計(jì)中沒有采用ALTERA提供的IP核，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的FFT處理器，并通過對(duì)一組數(shù)據(jù)在MATLAB中運(yùn)算得到結(jié)果和FPGA輸出結(jié)果相對(duì)比，可以驗(yàn)證該FFT處理器的正確性。再次重點(diǎn)分析了GPS接收機(jī)并行捕獲部分的FPGA具體實(shí)現(xiàn)，通過捕獲的FPGA時(shí)序仿真波形，證明了該系統(tǒng)已經(jīng)能成功地捕獲到GPS信號(hào)。最后，對(duì)全文整個(gè)研究工作進(jìn)行總結(jié)，并指出以后繼續(xù)研究的方向。 本課題雖然是對(duì)于GPS接收機(jī)的研究，但其原理與GALILEO、北斗等導(dǎo)航系統(tǒng)的接收機(jī)相近，因此該課題的研究對(duì)我國衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。
上傳時(shí)間： 2013-05-29
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