本論文主要對無線擴頻集成電路設計中的信道編解碼算法進行研究并對其FPGA實現思路和方法進行相關研究。 近年來無線局域網IEEE802.11b標準建議物理層采用無線擴頻技術，所以開發一套擴頻通信芯片具有重大的現實意義。無線擴頻通信系統與常規通信相比，具有很強的抗干擾能力，并具有信息蔭蔽、多址保密通信等特點。無線信道的特性較復雜，因此在無線擴頻集成電路設計中，加入信道編碼是提高芯片穩定性的重要方法。 在了解擴頻通信基本原理的基礎上，本文提出了“串聯級聯碼+兩次交織”的信道編碼方案。串聯的級聯碼由外碼——(15，9，4)里德-所羅門(Reed-Solomon)碼，和內碼-(2，1，3)卷積碼構成，交織則采用交織深度為4的塊交織。重點對RS碼的時域迭代譯碼算法和卷積碼的維特比譯碼算法進行了詳細的討論，并完成信道編譯碼方案的性能仿真及用FPGA實現的方法。 計算機仿真的結果表明，采用此信道編碼方案可以較好的改善現有仿真系統的誤符號率。 本論文的內容安排如下：第一章介紹了無線擴頻通信技術的發展狀態以及國內外開發擴頻通信芯片的現狀，并給出了本論文的研究內容和安排。第二章主要介紹了擴頻通信的基本原理，主要包括擴頻通信的定義、理論基礎和分類，直接序列擴頻通信方式的數學模型。第三章介紹了基本的信道編碼原理，信道編碼的分類和各自的特點。第四章給出了本課題選擇的信道編碼方案——“串聯級聯碼+兩次交織”，詳細討論了方案中里德-所羅門(Reed-Solomon)碼和卷積碼的基本原理、編碼算法和譯碼算法。最后給出編碼方案的實際參數。第五章對第四章提出的編碼方案進行了性能仿真。第六章結合項目實際，討論了FPGA開發基帶擴頻通信系統的設計思路和方法。首先對FPGA開發流程以及實際開發的工具進行了簡要的介紹，然后給出了擴頻通信系統的總體設計。對發射和接收子系統中信道編碼、解碼等相關功能模塊的實現原理和方法進行分析。第七章對論文的工作進行總結。
上傳時間： 2013-07-18
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LDPC碼以其接近Shannon極限的優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的發展，目前，LDPC碼已經被多個通信系統定為信道編碼方案，并被應用到第二代數字視頻廣播衛星(DVB—S2)通信系統中。由于LDPC碼譯碼過程中所涉及的數據量龐大，譯碼時序控制復雜，如何實現LDPC碼譯碼器成為了人們研究的重點。 論文以基于FPGA實現LDPC碼譯碼器為研究目標，主要對譯碼算法選擇、譯碼數據量化、定點數據表示方式、譯碼算法關鍵運算單元的FPGA設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雜度進行比較論證，選出適合硬件實現的譯碼方案。結合通信系統，對譯碼算法進行仿真分析，確定了譯碼算法的各個參數值和譯碼量化方案。 在系統仿真分析論證的基礎之上，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，最后模擬通信系統完成了譯碼器的硬件測試。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，移動通信技術在全球范圍內得到了迅猛的發展及應用，各種全新的無線通信概念層出不窮、各種新的體制及其關鍵技術日新月異。由于正交頻分復用(OFDM)技術可以高效地利用頻譜資源并有效地對抗頻率選擇性衰落，多入多出(MIMO)利用多個天線實現多發多收，在不增加帶寬和發送功率的情況下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技術被廣泛認為是后三代通信系統(B3G)的關鍵技術，是當今移動通信領域研究的熱點。 本文對OFDM-MIMO通信系統接收機的關鍵技術--數字下變頻，OFDM同步、解調進行了相關研究，在多天線接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了數字下變頻，OFDM同步和解調的FPGA設計與實現。通過功能仿真、時序仿真、板級電路測試，驗證了該設計的正確性。 本文首先介紹了OFDM基本原理以其特點，然后對同步技術和數字下變頻技術作了相應的介紹。同步是OFDM系統設計中的一項關鍵技術，即是針對系統中存在的時間偏差、頻率偏差進行定時恢復、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統性能的影響。數字下變頻是軟件無線電的核心技術之一，其基本功能是從高速中頻數字信號中提取所需的窄帶信號，將其下變頻為基帶信號，降低數據率，以供后續DSP器件作進一步處理。 在數字下變頻器的設計和實現方面，本文先介紹了數字下變頻器的原理和基本結構，然后根據系統要求對其進行了設計，并在實現上作了一些簡化，節約了硬件資源。 在對時間同步的設計和實現方面，本文采用了利用PN序列進行時間同步的算法。在實現上根據系統實際情況將數據分為四路分別與本地PN碼做滑動相關運算，更有效的利用了同步數據，達到了更好的同步性能。 在OFDM的頻率同步的設計和實現方面，本文采用重復的PN碼兩兩相關來估計頻偏值，并聯合一個二階負反饋環路進行補償。該算法利用環路自身噪聲帶寬抑制噪聲，提高頻率估計精度，并同時利用負反饋擴大頻偏估計范圍。本文在對算法的詳細研究分析的基礎上對其進行了FPGA設計與實現。
上傳時間： 2013-04-24
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第三代移動通信系統及技術是目前通信領域的研究熱點。本系統采用了第三代移動通信系統的部分關鍵技術，采用直接序列擴頻方式實現多路寬帶信號的碼分復用傳輸。在系統設計中，我們綜合考慮了系統性能要求，功能實現復雜度與系統資源利用率，選擇了并行導頻體制、串行滑動相關捕獲方式、延遲鎖相環跟蹤機制、導頻信道估計方案和相干解擴方式，并在Quartus軟件平臺上采用VHDL語言，在FPGA芯片CycloneEP1C12Q240C8上完成了系統設計。通過對硬件測試板的測試表明文中介紹的方案和設計方法是可行和有效的。并在測試的基礎上對系統提出了改進意見。
上傳時間： 2013-06-27
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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極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領域標準中，包括我國的數字電視地面傳輸標準、歐洲第二代衛星數字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統中的核心技術之一。 當今LDPC碼構造的主流方向有兩個，分別是結合準循環（QC，Quasi Cyclic）移位結構的單次擴展構造和類似重復累積（RA，Repeat Accumulate）碼構造。相應地，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簡單，但是吞吐量不高，且不容易構造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構造和編碼算法之后，結合編譯碼器綜合實現的復雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構造方法，以實現高吞吐量的LDPC碼收發端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環移位結構的特點，結合RU算法，提出了一種新編碼器的設計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現的。在此基礎上，為了實現可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構造方法的特點在于，固定循環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，使得譯碼器結構得以精簡；構造得到的碼字具有近似規則碼的結構，便于硬件實現；（偽）隨機生成的循環移位系數能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現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用，使得實現復雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結構完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，Forward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結構，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數大致相同。 這種碼字構造和編碼聯合設計方案具有以下優勢：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；相比類似重復累積碼結構的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構造更為方便。以上結果都在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碼構造和相應的編碼方案能夠實現高吞吐量LDPC碼收發端，在實際應用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規則、自適應、信源信道及調制聯合編碼方向發展。跨層聯合編碼的構造方法，及其對應的編碼算法，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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近些年來，FPGA已經成為現代電子、半導體行業的最重要組成部分之一，針對FPGA的綜合技術的研究是電子設計自動化技術的重要研究方向。邏輯綜合是FPGA綜合的重要步驟，它包括邏輯優化和工藝映射。本文主要研究了針對一種新型ALM(Adaptive Logic Model)結構FPGA的工藝映射算法。 論文首先對已有FPGA邏輯綜合技術進行了全面的總結，從邏輯優化和工藝映射兩個方面分析了傳統算法對ALM結構FPGA的適應性，通過分析我們得出結論，傳統的邏輯優化算法仍然能夠適用于ALM結構FPGA的邏輯綜合，而工藝映射算法則需要進行改進。 在以上分析的基礎上，根據ALM結構的特點，論文提出了一種以面積優化為主，同時考慮延遲的針對ALM結構FPGA的工藝映射算法——ALMmap。該算法包括幾個子算法，遞減迭代裝箱算法能夠很好的適應ALM結構的靈活性；通過ALM裝箱算法并加入共享輸入處理，將多個LUT裝入一個ALM結構中；再匯聚路徑的處理有助于提高效率和減少面積；算法在已有的多級分解算法基礎上考慮了延遲因素，在不降低面積優化效果的同時降低了延遲；通過全局優化從全局范圍對面積進行了進一步的優化。 最后，我們對ALMmap算法與傳統算法進行了測試與比較，通過實驗數據表明，ALMmap能夠很好的發揮ALM結構的靈活性，考慮延遲的多級分解算法能夠很好的降低延遲，與傳統基于K-LUT的工藝映射算法相比，具有更好的面積與延遲綜合性能。
上傳時間： 2013-06-24
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隨著社會的進步及移動用戶的迅猛增長，第三代移動通信越來越受到各界的重視。多用戶檢測技術是第三代移動通信中重要的技術之一；常規CDMA接收機采用匹配濾波器的結構，但是這種結構的接收機并沒有考慮到信道中多址干擾的存在，使彼此間影響減少來提高系統容量；而功控的方法也沒有從接收信號中真正去除多址干擾，只能緩解這種矛盾，不能從根本上解決問題。要想真正消除干擾，大幅度提高系統容量，必須通過多址對消和多用戶檢測技術。 本文首先介紹了CDMA的基本原理和多用戶檢測的基本原理。然后重點介紹和分析各種多用戶檢測的原理，然后依據多用戶檢測的四個技術指標對各種多用戶檢測的方法進行比較，從中選擇實現簡單，性能優越的解相關檢測器來作為實現的標的算法。 然后，本文重點研究分析解相關檢測器的原理，給出了實現解相關檢測器的系統設計的流程，其中包括硬件電路的搭建和軟件實現的方法。硬件電路是基于DSP(TI公司的TMS320C5402)和FPGA(Altera公司的EP1K10Q208-3)來完成。軟件部分主要采用C語言來完成。 本文系統研究了多用戶檢測技術，并實現了解相關算法，在理論研究和實際應用方面都有一定的價值。
上傳時間： 2013-07-29
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移動通信是目前通信技術中發展最快的領域之一，CDMA技術憑借其良好的抗噪性、保密性和低功率等優勢成為第三代移動通信的關鍵技術。目前大規模可編程邏輯器件FPGA為CDMA移動通信系統的設計提供了新的技術手段。 本文在深入分析CDMA通信系統的原理和特點的基礎上，提出了CDMA基站基帶系統的總體設計方案，論述了CDMA基站基帶系統前向鏈路和反向鏈路中各個信號處理模塊的工作原理，對CRC編碼模塊、卷積編碼模塊、塊交織器、PN碼生成器、Walsh碼發生器、基帶成形濾波器、QPSK調制器、PN碼捕獲與跟蹤模塊、Viterbi譯碼器等CDMA基站基帶系統的各個模塊進行了基于FPGA的建模和設計，取得了一些有價值的階段性成果。這些對CDMA移動通信系統進行深入探索、研究和設計，具有一定的學術意義和應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著科學技術的不斷發展，視頻圖像處理的應用越來越廣泛，各種圖像處理算法日趨成熟，相關的硬件技術更是不斷推陳出新。現代大規模集成電路VLSI技術的迅猛發展為視頻圖像處理技術提供了硬件基礎。其中，現場可編程門陣列FPGA用于嵌入式視頻圖像處理有其獨特優勢。FPGA高性能、高集成度、低功耗的特點不僅使其具備高速CPU的性能，而且其可編程性使得設計者可以方便的通過對邏輯結構的修改和配置，完成對系統的升級。 本文根據FPGA的并行處理特點，以及其在實時圖像處理方面的優勢，進行了基于FPGA的全景圖像處理系統的設計。在設計過程中，廣泛查閱了相關資料，通過分析系統的功能，進行具體器件的選型，最后確定紅色颶風Ⅱ代開發板及其擴展板作為本系統的硬件開發平臺。然后通過編寫相應的驅動程序(I2C總線控制器、SDRAM控制器)，應用程序(視頻數據接收與存儲邏輯模塊)，實現系統圖像采集、存儲的功能。本文的所有邏輯模塊均采用Verilog HDL語言進行描述設計。 本文最后對系統進行了調試。經實驗驗證，系統達到了圖像實時采集、存儲的功能，能進行正確可靠的工作。該系統為后續的圖像處理打下了堅實的基礎，同時整個系統的邏輯模塊資源消耗只占FPGA(EP1C12)的百分之幾，剩余資源還可以來用作一些硬件算法。
上傳時間： 2013-07-02
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正交頻分復用(OFDM)技術是一種多載波數字調制技術，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(4G)的核心調制傳輸技術。 本文首先描述了OFDM技術的基本原理。對OFDM的調制解調以及其中涉及的特性和關鍵技術等做了理論上的分析，指出了OFDM區別于其他調制技術的巨大優勢；然后針對OFDM中的信道估計技術，深入分析了基于FFT級聯的信道估計理論和基于聯合最大似然函數的半盲分組估計理論，在此基礎上詳細研究描述了用于OFDM系統的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應用Simulink工具構建OFDM系統仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數下進行了仿真，并給出了數據曲線，通過分析結果可正確評價OFDM系統在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統架構和仿真分析之后，設計并實現了基于FPGA的OFDM調制解調系統。首先根據802.16協議和OFDM系統的具體要求，設定了合理的參數；然后從調制器和解調器的具體組成模塊入手，對串/并轉換，QPSK映射，過采樣處理，插入導頻，添加循環前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設計，詳細介紹了各個模塊的設計和實現過程，并給出了相應的仿真波形和參數說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統設計并自定義了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，在系統參數允許的范圍內，充分利用了有限資源，提高了系統運算精度；然后重點描述了基于FPGA的快速傅立葉變換算法的改進、優化和設計實現，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現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功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優化算法設計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統當中并加以實現，結果滿足系統參數的需求。最后以理論分析為依據，對整個OFDM的基帶處理系統進行了系統調試與性能分析，證明了設計的可行性。 綜上所述，本文完成了一個基于FPGA的OFDM基帶處理系統的設計、仿真和實現。本設計為OFDM通信系統的進一步改進提供了大量有用的數據。
上傳時間： 2013-04-24
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