作為一項正在興起的無線應用服務,無線局域網已在機場、校園、會議室、甚至在家庭都有所應用.它正叩開高速無線數據業務市場的大門.目前,無線局域網仍處于眾多標準共存時期.每一標準的背后都有大公司或者大集團的支持.在眾多無線局域網協議中IEEE802.11a協議是很有特色的一個,它的優勢在于采用了正交頻分復用(OFDM)方式來傳輸數據,該技術可幫助提高速度和改進信號質量,并可克服干擾,因此得到眾多關注.為了讓這種高速的局域網真正應用到實際中,我們的項目就是要在硬件上實現基于IEEE802.11a協議的OFDM系統的發射機和接收機,而本文的主要工作就是用FPGA實現這個系統的內接收機.內接收機主要包括同步估計和信道估計.但是目前OFDM系統中包括同步、信道編碼、信道估計、用戶檢測、降低峰均比等一些關鍵技術在具體實現上還存在著一些困難.許多文獻對這些關鍵技術基本停留在理論上的討論,與具體的實現還存在很大的差距.因此本文通過研究同步和信道估計的多種算法的性能和其實現的復雜度,提出一種適合在IEEE802.11a協議環境下的同步算法和信道估計,用FPGA加以實現.首先本文總結了目前OFDM系統信道估計的算法.在此基礎上詳細的討論了基于IEEE802.11a協議的OFDM系統可以采用的信道估計方法:(1)提出了借助訓練序列的LS估計法和LS-average估計法,分別在AWGN信道和多徑信道對這兩種方法進行了比較,證明無論在哪種信道環境下后者性能都要好于前者.為了能夠進一步提高信道估計器的性能,在LS-average算法的基礎上提出了消噪算法(NRA).(2)提出了借助導頻的DFT插值算法.其次本文總結了目前OFDM系統同步的算法.OFDM系統同步包括定時同步和載波同步,其中定時同步又分為符號同步和抽樣同步.本文主要是研究定時同步,而載波同步只是簡單的討論,因為在這項目中這是另有負責人.本文針對基于IEEE802.11a協議的OFDM系統把定時同步分為粗定時同步和細定時同步.然后分別對粗定時同步和細定時同步進行了詳細的討論.其中對粗定時同步的方法有:利用短訓練序列和利用循環前綴,并對這兩種方法進行了比較.對細定時同步是利用導頻來跟蹤.最后根據前面兩章提出的算法所分析的結果,以及突發OFDM系統的信號和信道特征,選取了其中一種信道估計算法和定時同步算法,結合合作伙伴所提出的載波同步算法一起用FPGA實現整個基于IEEE802.11a協議的OFDM系統的內接收機,并分別測試了各個模塊的性能以及綜合模塊的性能.
上傳時間： 2013-05-26
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IEEE802旗下的無線網絡協議引領了無線網絡領域的新革命，其不斷提升的速度優勢滿足了人們對于高速無線接入的迫切要求，在這其中，OFDM技術所起的作用不可小覷。隨著FPGA、信號處理和通信技術的發展，OFDM的應用得到了長足的進步。在此情況下，以OFDM技術為核心實現數據傳輸的原型機系統顯得應情應景而且必要。 本課題在深入理解OFDM技術的同時，結合相應的EDA工具對系統進行建模并基于IEEE802.11a物理層標準給出了一種OFDM基帶傳輸的系統實現方案。整個設計采用目前主流的自頂向下的設計方法，由總體設計至詳細設計逐步細化。 在系統功能模塊的FPGA實現過程中，針對XilinxVirtex-Ⅱ芯片對各個模塊進行了詳細設計，通過采用雙端口RAM、流水、乒乓結構等處理實現高速的同步的信道編碼的功能模塊；通過比較符號定時的不同算法，給出了基于MultiplierlessCorrelator的實現結構并給出了仿真波形圖，驗證了采用該算法后符號定時模塊的資源耗費大大降低而功能卻依然和基于乘法器的符號定時模塊相當；通過對Viterbi算法進行簡化，給出了(2，1，6)卷積碼的4比特軟判決Viterbi解碼器的設計和實現。最后根據系統所選芯片XC2V3000給出了具有較高配置靈活性的基于SystemACE配置方案的FPGA的硬件原理圖設計和PCB設計。 本文首先以無線局域網和IEEE802無線網絡家族引出OFDM技術發展、研究價值及OFDM的優缺點，接下來從OFDM原理入手，簡要說明了OFDM的基本要素以及目前的研究熱點，之后在介紹完IEEE802.11a物理層標準的同時給出了本原型機系統的總體設計方案，并從硬件語言設計和FPGA硬件原理設計兩方面給出了該系統的詳細設計。 隨著OFDM技術的普及以及未來通信技術對OFDM的青睞，相信本論文的工作對OFDM基帶傳輸系統的原型設計和實現具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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本文研究基于ARM與FPGA的高速數據采集系統技術。論文完成了ARM+FPGA結構的共享存儲器結構設計，實現了ARMLinux系統的軟件設計，包括觸摸屏控制、LCD顯示、正弦插值算法設計以及各種顯示算法設計等。同時進行了信號的高速采集和處理的實際測試，對實驗測試數據進行了分析。 論文分別從軟件和硬件兩方面入手，闡述了基于ARM處理器和FPGA芯片的高速數據采集的硬件系統設計方法，以及基于ARMLinux操作系統的設備驅動程序設計和應用程序設計。 硬件方面，在FPGA平臺上，我們首先利用乒乓操作的方式將一路高速數據信號轉換成頻率為原來頻率1/4的4路低速數據信號，再將這四路數據分別存儲到4個FIFO中，然后再對這4個FIFO中的數據拼接并存儲在FPGA片上的雙端口雙時鐘RAM中，最后將FPGA的雙端口雙時鐘RAM掛載到ARM系統的總線上，實現了ARM和FPGA共享存儲器的系統結構，使ARM處理器可以直接讀取這個雙端口雙時鐘的RAM中的數據，從而大大提高了數據采集與處理的效率。在采樣頻率控制電路設計方面，我們通過使FIFO的數據存儲時鐘降低為標準狀態下的1/n實現數據采集頻率降為標準狀態的1/n，從而實現了由FPGA控制的可變頻率的數據采集系統。 軟件方面，為了更有效地管理和拓展系統功能，我們移植了ARMLinux操作系統，并在S3C2410平臺上設計實現了基于Linux操作系統的觸摸屏驅動程序設計、LCD驅動程序移植、自定義的FPGA模塊驅動程序設計、LCD顯示程序設計、多線程的應用程序設計。應用程序能夠控制FPGA數據采集系統工作。 在前端采樣頻率為125MHz情況下，系統可以正常工作。能夠實現對頻率在5MHz以下的信號波形的直接顯示；對5MHz至40MHz的信號，使用正弦插值算法進行處理，顯示效果良好。同時這種硬件結構可擴展性強，可以在此基礎上實現8路甚至16路緩沖的系統結構，可以使系統支持更高的采樣頻率。
上傳時間： 2013-07-04
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合成孔徑雷達的實時信號處理系統,可以分成相對獨立的幾個階段,即A/D變換和緩存、距離向預處理器、方位向預處理器、距離向壓縮處理、轉置存儲器、方位向壓縮處理、逆轉置存儲器.合成孔徑雷達預處理的目的,就是緩解高處理數據率和低傳輸數據率的矛盾,使得在不太影響成像質量的前提下,盡量減少傳輸的數據率,有利于后續處理的硬件實現,做到實時處理.論文結合電子所合成孔徑雷達實時成像處理系統,設計開發了基于Xilinx Virtex-E FPGA的星載SAR高速預處理板,該信號處理板處理能力強,結構緊湊,運行效率高;其硬件電路的設計思路和結構形式有很強的通用性和使用價值.論文重點研究了預處理的核心部分—固定系數FIR濾波器的設計問題.而固定系數FIR濾波器的實現問題的重點又是FPGA內部的固定系數FIP濾波器實現問題,針對FPGA內部的查找表資源,我們選擇目前流行的分布式算法來實現FIR濾波器的設計.對比于預處理器中其他濾波器設計方案,基于FPGA分布式算法的FIR濾波器的設計,避免了乘累加運算,提高了系統運行的速度并且節省了大量的FPGA資源.并且由于FPGA可編程的特性,所以可以靈活的改變濾波器的系數和階數.所設計的電路簡單高速,工作正常、可靠,完全滿足了預處理器設計的技術要求.隨著超大規模集成電路技術,高密度存儲器技術,計算機技術的發展,一個全數字化的機載實時成像處理系統的研制,已經不是非常困難的事情了.而在現有條件下,全數字化的高分辨率星載實時成像處理系統的研制,將是一個非常具有挑戰意義的課題,論文以星載SAR的預處理器設計為例,拋磚引玉,希望對未來全數字化星載實時成像處理系統的研制起到一定參考價值.
上傳時間： 2013-07-03
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隨著圖像處理和模式識別技術的進步，基于生物特征的識別技術成為蓬勃發展的高技術之一，根據IBG(InternationalBiometricGroup)組織對生物特征市場的統計和預測，該領域的收入的年增長率30-50％，到2008年，全球總收入將達到46.39億美元。而基于指紋特征的識別技術由于其獨特的可靠性，穩定性，方便快捷的特點，恰好符合了市場的需求。目前指紋識別技術是生物識別領域中應用最廣泛的識別技術，也是研究與應用的一個熱點。 SOPC片上可編程系統和嵌入式系統是當前電子設計領域中最熱門的概念。NiosⅡ是Altera公司開發的一種采用流水線技術、單指令流的RISC嵌入式處理器軟核，可以將它嵌入FPGA內部，與用戶自定義邏輯結合構成一個基于FPGA的片上系統。與嵌入式硬核相比較，嵌入式軟核具有更大的靈活性。而FPGA的高速性、恰恰滿足了指紋識別系統對速度的要求。 本文對指紋識別技術中各個環節的算法進行了較為深入的研究，結合NiosⅡ嵌入式處理器的特點，對算法進行了合理的選擇與優化，形成了一套完整的指紋識別算法，并提出了一種基于FPGA的指紋識別系統硬件設計方案。 論文的內容主要包括以下幾個方面： 1、對指紋圖像預處理、后處理和匹配算法進行了改進，提高了算法的性能；設計了一種適用于快速匹配的指紋特征數據結構；提出了一套基于特征點匹配的指紋識別算法。實驗結果表明該算法速度快、誤識率較低、可靠性較高，可以滿足實用的要求。 2、本著增加系統集成度、減小系統體積、提高便攜性、降低功耗和成本，同時提升系統的性能的原則，使用Altera公司提供的外圍設備IP核配合NiosⅡ處理器軟核搭建了一個單片嵌入式系統，然后以內嵌NiosⅡ軟核的FPGA和FPS200指紋采集器為核心芯片，外配片外RAM和Flash存儲器以及小鍵盤和LCD顯示屏等器件，設計了一個便攜式指紋識別系統，提出了一套基于FPGA的硬件設計方案。 3、利用NiosⅡ開發板對硬件設計方案進行了初步的驗證，實現了指紋采集芯片FPS200與FPGA的接口，并進行了算法的移植。 實驗結果表明本文所提出的系統設計方案是可行的。基于FPGA的自動指紋識別系統在速度、功耗、體積、擴展性方面有著獨特的優勢，具有廣闊的發展空間。最后提出了對這一設計繼續改進的思路和下一步研究的內容。
上傳時間： 2013-07-28
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本文研制的數據采集器，用于采集導彈過載模擬試車臺的各種參數,來評價導彈在飛行過程中的性能，由于試車臺是高速旋轉體，其工作環境惡劣，受電磁干擾大，而且設備要求高，如果遇到設備故障或設備事故，其損失相當巨大，保證設備的安全性和可靠性較為困難。 本文在分析數字通信技術的基礎上，選用了基于現場可編程邏輯陣列(FPGA)采用脈沖編碼調制(PCM)通信實現多路數據采集器的設計，其優點是FPGA技術在數據采集器中可以進行模塊化設計，增加了系統的抗干擾性、靈活性和適應性，并且可以將整個PCM通信系統設計成可編程序系統，用戶只要稍加變更程序，則系統的被測路數、幀結構、碼速率、標度等均可改變以適應任何場合。并且采用合理的糾錯和加密編碼能夠實現數據在傳輸工程中的完整性和安全性。 通過對PCM通信的特點研究，研制了一套集采集與傳輸的系統。文章給出了各個模塊的具體建模與設計，系統采用的是FPGA技術來實現數據采集和信號處理，采用VHDL實現了數字復接器和分接器、編解碼器、調制與解調模塊的建模與設計。采用基于NiosII實現串口通訊，構建了實時性和準確性通信網絡，實現了數據的采集。 測試數據和數據采集的實驗結果證明，采用FPGA技術實現PCM信號的編碼、傳輸、解碼，能夠有較強的抗干擾性、抗噪聲性能好、差錯可控、易加密、易與現代技術結合，并且誤碼率較低，要遠遠優于傳統的方法。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術的發展，系統級芯片SoC(System on a Chip)成為集成電路發展的主流。SoC技術以其成本低、功耗小、集成度高的優勢正廣泛地應用于嵌入式系統中。通過對8位增強型CPU內核的研究及其在FPGA(Field Programmable Gate Arrav)上的實現，對SoC設計作了初步研究。 在對Intel MCS-8051的匯編指令集進行了深入地分析的基礎上，按照至頂向下的模塊化的高層次設計流程，對8位CPU進行了頂層功能和結構的定義與劃分，并逐步細化了各個層次的模塊設計，建立了具有CPU及定時器，中斷，串行等外部接口的模型。 利用5種尋址方式完成了8位CPU的數據通路的設計規劃。利用有限狀態機及微程序的思想完成了控制通路的各個層次模塊的設計規劃。利用組合電路與時序電路相結合的思想完成了定時器，中斷以及串行接口的規劃。采用邊沿觸發使得一個機器周期對應一個時鐘周期，執行效率提高。使用硬件描述語言實現了各個模塊的設計。借助EDA工具ISE集成開發環境完成了各個模塊的編程、調試和面向FPGA的布局布線；在Synplify pro綜合工具中完成了綜合；使用Modelsim SE仿真工具對其進行了完整的功能仿真和時序仿真。 設計了一個通用的擴展接口控制器對原有的8位處理器進行擴展，加入高速DI，DO以及SPI接口，增強了8位處理器的功能，可以用于現有單片機進行升級和擴展。 本設計的CPU全面兼容MCS-51匯編指令集全部的111條指令，在時鐘頻率和指令的執行效率指標上均優于傳統的MCS-51內核。本設計以硬件描述語言代碼形式存在可與任何綜合庫、工藝庫以及FPGA結合開發出用戶需要的固核和硬核，可讀性好，易于擴展使用，易于升級，比較有實用價值。本設計通過FPGA驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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LDPC(低密度奇偶校驗碼)編碼是提高通信質量和數據傳輸速率的關鍵技術。LDPC碼應用于實際通信系統是本課題的研究重點。實際通信要求在LDPC碼長盡量短、碼率盡量高及硬件可實現的前提下，結合連續相位MSK調制，滿足歸一化信噪比SNR=2dB時，系統誤碼率低于10-4。根據課題背景，本文主要研究基于FPGA的LDPC編碼器設計與實現。 LDPC碼的編碼復雜度往往與其幀長的平方成正比，編碼復雜度大，成為編碼硬件實現的一個障礙；論文針對實際系統的預期指標，通過對多種矩陣構造算法的預選方案及影響LDPC碼性能參數仿真分析，基于1/2碼率，1024和2048兩種幀長，設計了三種編碼器的備選方案，分別為直接下三角編碼器，串行準循環編碼器和二階準循環編碼器。 對于每種編碼器，分別設計了其整體結構，并對每種編碼器的功能模塊進行深入研究，設計完成后利用第3方軟件MODELSIM對編碼器進行了時序仿真；根據時序仿真結果和綜合報告對三種編碼方案進行比較，最終選擇串行準循環編碼器作為硬件實現的編碼方案。 最后，在FPGA中硬件實現了串行準循環編碼器并對其進行測試，利用MATLAB仿真程序和串口通信工具最終驗證了這種編碼器的正確性和硬件可實現性。
上傳時間： 2013-08-02
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ARM微處理器的應用已經遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場，占領了32位RISC微處理器75％以上的市場份額。 本文設計的基于JTAG接口的ARM編程器，以ARM微處理器作為CPU，利用其JTAG接口對Flash在線編程的技術，給以ARM為內核的應用板(數控系統硬件平臺)進行快速軟件升級。在分析相關技術的基礎上，給出了系統的總體設計方案，設計了系統的硬件和軟件。 首先詳細分析了JTAG技術、USB技術和Modem通信原理。編程器以USB口和RS-232口作為通信接口，以JTAG接口作為調試接口和編程接口。 其次，在分析編程器需求的基礎上，給出了系統的總體設計方案，選擇了主要的部件。系統硬件的核心部件采用了Philips LPC2144ARM芯片，擴展了JTAG接口、USB接口、Modem接口，同時又構造出了一個JTAG接口。該芯片具有SPI總線，采用與SPI兼容的外部Flash作為存儲器。編程器軟件在ADS集成開發環境下開發調試。 最后，對編程器技術實現上的不足作了分析和編程器設計的不完善之處作了總結，并對編程器的發展趨勢作了探討和展望。
上傳時間： 2013-06-16
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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、數字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領域得到廣泛的應用。基于上下文的自適應二進制算術編碼(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可變長編碼)，CABAC具有更高的數據壓縮率：在同等編碼質量下要比CAVLC提高10％～15％的壓縮率。CABAC能實現很高的數據壓縮率，但這是以增加實現的復雜性為代價的。在已有的硬件實現方法上，CABAC的解碼效率并不高。 論文在深入研究CABAC解碼算法及其實現流程，并在仔細分析了H.264/AVC碼流結構的基礎上，總結出了影響CABAC解碼效率的各個環節，并以此為出發點，對CABAC解碼所需中的各個功能模塊進行了優化設計，設計出一種新的CABAC解碼器結構，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CABAC的碼流結構特性，采用4個子解碼器級聯的方式來進一步提高解碼速率。 最后，用Verilog語言對所設計的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，結果顯示，該CABAC解碼器結構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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