軟件無線電是二十世紀九十年代提出的一種實現無線通信的體系結構，被認為是繼模擬通信、數字通信之后的第三代無線電通信技術。它的中心思想是：構造一個開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，并使寬帶模數和數模轉換器盡可能靠近天線，從而將各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等用軟件來完成。 本論文首先介紹了軟件無線電的基本原理和三種結構形式，綜述了軟件無線電的幾項關鍵技術及其最新研究進展。其中調制解調模塊是軟件無線電系統中的重要部分，集中體現了軟件無線電最顯著的優點——靈活性。目前這一部分的技術實現手段多種多樣。隨著近幾年來芯片制造工藝的飛速發展，可編程器件FPGA以其高速的處理性能、高容量和靈活的可重構能力，成為實現軟件無線電技術的重要手段。 本論文調制解調系統的設計，選擇有代表性的16QAM和QPSK兩種方式作為研究對象，采用SystemView軟件作為系統級開發工具進行集成化設計。在實現系統仿真和FPGA整體規劃后，著重分析用VHDL實現其中關鍵模塊以及利用嵌入FPGA的CPU核控制調制解調方式轉換的方法。同時，在設計中成功地調用了Xilinx公司的IP核，實現了設計復用。由于FPGA內部邏輯可以根據需要進行重構，因而硬件的調試和升級變得很容易，而內嵌CPU使信號處理過程可以用軟件進行控制，充分體現了軟件無線電的靈活性。 通過本論文的研究，初步驗證了在FPGA內實現數字調制解調過程及控制的技術可行性和應用的靈活性，并對將來的擴展問題進行了研究和討論，為實現完整的軟件無線電系統奠定了基礎。
上傳時間： 2013-06-10
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Turbo碼是一類并行級聯的系統卷積碼，它是在綜合級聯碼、最大后驗概率(MAP)譯碼、軟輸入軟輸出及迭代譯碼等理論基礎上的一種創新。Turbo碼的基本原理是通過對編碼器結構的巧妙設計，多個子碼通過交織器隔離進行并行級聯編碼輸出，增大了碼距。譯碼器則以類似內燃機引擎廢氣反復利用的機理進行迭代譯碼以反復利用有效信息流，從而獲得卓越的糾錯能力。計算機仿真表明，Turbo碼不但在加性高斯噪聲信道下性能優越，而且具有很強的抗衰落、抗干擾能力，當交織長度足夠長時，其糾錯性能接近香農極限。 FPGA(FieldProgrammableGateArray)，即現場可編程門陣列，是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。FPGA技術具有大規模、高集成度、高可靠性、設計周期短、投資小、靈活性強等優點，逐步成為復雜數字硬件電路設計的理想選擇。 本論文以東南大學移動通信實驗室B3G課題組提出的“支持多天線的廣義多載波無線傳輸技術”(MIMO-GMC)為背景，分析了Turbo譯碼算法，并針對MIMO-GMC系統的迭代接收機中所采用的外信息保留和聯合檢測譯碼迭代的特點，完成了采用滑動窗Log-MAP算法的軟輸入、軟輸出的Turbo譯碼器的設計。整個譯碼器模塊的設計采用Verilog語言描述，并在VirtexⅡPro系列FPGA芯片上實現。
上傳時間： 2013-04-24
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數字電視技術和超大規模深亞微米的系統級芯片設計技術是當前信息產業中最受關注的兩個方向。它們的交叉就是數字電視應用中的一系列系統級芯片和超深亞微米專用集成電路。其中信道處理系統及其相關芯片更是集中了數字信號處理前向糾錯編解碼等數字電視傳輸的核心技術，成為設計和開發整個數字電視系統的關鍵之一。數字高清晰度電視(Digital HDTV)做為第三代電視標準，已成為當今世界高技術競爭的焦點，本文正是從這個交叉點上出發對DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld)標準中所涉及的信道編碼和調制部分進行了研究，重點分析了信道內編碼部分的硬件優化實現。本項目完成了DVB-H傳輸系統信道編碼的FPGA硬件設計和實現，系統所有FPGA硬件電路設計采用了Veillog HDL語言編寫。同時對清華大學數字電視地面傳輸標準DMB-T(Terrestrial Digital Multimedia/TV Broadcasting)中的關鍵技術做了研究，與DVB標準中的相關技術做了對比。 本文首先對DVB．H以及COFDM的相關理論進行介紹和研究。然后針對DVB-H信道編碼調制器中的部分核心算法的FPGA設計和實現進行了詳細的研究工作，包括外編碼、內編碼(卷積刪余)、內交織(包括比特交織和符號交織)、星座映射、幀形成、OFDM調制的部分設計等。相應地對DVB-H信道解碼解調器中的部分算法的FPGA設計的研究工作做了描述，包括符號解交織和比特解交織。同時對清華大學數字電視地面傳輸標準DMB-T外接收機中頻域和時域解交織模塊的FPGA設計實現做了描述。 筆者在項目中完成的主要工作有： (1)與項目組成員合作制定系統框架，劃分模塊。 (2)對所負責的模塊，包括外編碼、內編碼(卷積刪余)、內交織(包括比特交織和符號交織)、星座映射、幀形成、OFDM調制的算法進行研究并加以優化，建立軟件仿真模型，進行FPGA設計，仿真和實現。
上傳時間： 2013-06-10
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數字通信系統中，在實際信道上傳輸數字信號時，由于信道傳輸特性不理想及噪聲的影響，接收端所收到的數字信號不可避免地會發生錯誤。為了減小誤碼率，提高接收質量，必須采用差錯控制編碼。對于數字視頻通信系統這類高碼率，高要求的系統，為了提供優良的圖象質量，采用差錯控制編碼尤為重要。 本文采用的DVB-T系統差錯控制技術是針對于數字視頻通信而設計的，提出了糾錯編碼結合交織技術的實現方案，即RS(204，188，8)截短碼、卷積交織、卷積碼三種技術的級聯。各技術中的參數設計為輸入的MPEG-2傳輸流(TS流)提供了便利，在編碼后可以保持傳輸流的幀結構和同步字節不改變，使接收端的同步捕獲和同步跟蹤成為可能。 本文首先簡要介紹了差錯控制技術，DVB-T系統，以及硬件實現所用到的FPGA實現方法。然后分別研究RS碼、卷積交織、卷積碼的編解碼原理，并提出了三類技術的硬件實現方案。其中，重點論述了RS碼解碼的硬件實現。將RS碼解碼分為四個模塊：伴隨式計算，BM迭代，錢搜索和錯誤值計算，分別講述每個模塊的電路設計方案并給出仿真結果。最后，將該差錯控制系統應用于一個輸出速率恒定的實際數字視頻通信系統中，按系統需要，加入了接口電路和速率控制的設計。
上傳時間： 2013-04-24
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正交頻分復用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術通過將整個信道分為多個帶寬相等并行傳輸的子信道，通過將信息經過子信道獨立傳輸來實現通信，子信道的正交性可以保證最大限度的利用頻譜資源。OFDM系統通過循環前綴來消除符號間干擾(ISI)，通過IDFT/DFT調制解調降低了系統實現的復雜度。由于其頻譜利用率高，抗多徑能力強，在多種通信場合中都得到了應用。雖然有著上述優點，但為了準確的恢復信號，信道估計是OFDM系統中必須實現的一環。 本文正是針對OFDM接收機中的信道估計模塊的運算部件的實現進行了研究。首先，研究了OFDM信道估計的LS算法，一階線性插值算法，二次多項式插值算法，建立了適用于寬帶通信系統的信道估計模塊模型。其次研究了加法器電路和乘法器電路的實現，包括進位行波加法器，曼徹斯特進位鏈，超前進位加法器和乘法原理，陣列乘法器，wallace樹乘法器及BOOTH編碼算法，并分析了各種電路的特性及優缺點。接著研究了幾種主要的除法器設計算法，包括數字循環算法，基于函數迭代的算法，以及CORDIC算法，結合信道估計的特點選擇了函數迭代和CORDIC算法作為具體實現的方法。最后，在前面的設計的基礎上在FPGA芯片上實現了前面的設計方案。
上傳時間： 2013-06-06
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本文以Turbo碼譯碼器的FPGA實現為目標，對Turbo碼的迭代譯碼算法及用硬件語言實現其譯碼算法進行了深入研究。 本文首先在理論上對Turbo碼的編譯碼原理進行了深入的研究，并用C語言對其MAP譯碼算法進行了驗證仿真，接著就Turbo碼MAP算法的衍生算法即LOG_MAP和MAX_LOG_MAP算法用C程序做了仿真和測試。隨后本文就一些對MAP譯碼性能起著重要影響的參數也用C程序做了仿真對比。 最后，考慮到硬件實現的簡化，MAX-Log-MAP算法成為了本文的硬件實現方案。本文采用了模塊化設計，在對各個模塊進行設計的基礎上提出了一些改進的方案，對Turbo碼編碼器設計中的同步問題進行了改進，對分塊并行Turbo碼譯碼算法的硬件實現進行了研究。在設計中綜合運用了“自頂向下”和“自下而上”的設計方去，通過功能模塊分割，合理設置系統參數，并通過模塊之間的參數傳遞，使Turbo碼編譯碼器具有較好的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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JPEG2000是新一代圖像壓縮標準,JPEG2000與傳統JPEG最大的不同,在于它放棄了JPEG所采用的以離散余弦變換(Discrete Cosine Transform)為主的區塊編碼方式,而采用以小波轉換(Wavelet Transform)為主的多解析編碼方式.離散小波變換算法是現代譜分析工具,在圖像處理與圖像分析領域正得到越來越廣泛的應用.由于JPEG2000標準具有復雜的算法,全部用軟件來實現將會占用很大的處理器時間開銷和內存開銷,尤其對于實時圖像傳輸和處理系統,因而用硬件電路來實現JPEG2000標準的部分或全部,就具有重要的意義,本課題的目的就是用硬件電路來實現JPEG2000標準中的離散小波變換部分,論文研究的主要工作就是設計了一個符合JPEG2000標準的、高性能的多級二維離散小波變換的硬件電路.論文研究的內容主要分為兩部分,第一部分首先分析了JPEG2000標準和離散小波變換的原理,重點研究了離散小波變換的快速算法,包括第一代小波變換所采用的卷積算法和第二代小波變換所采用的提升算法,然后具體分析了離散小波變換在JPEG2000中的具體實現.論文第二部分對兩種離散小波變換快速算法的硬件實現進行了比較,并選擇卷積濾波算法作為硬件實現的對象,并采用Daubechies9/7小波基.然后具體設計了離散小波變換的各個模塊,所有的模塊都是有硬件描述語言(Verilog HDL)來實現,經過仿真和邏輯綜合,在一塊自行設計的FPGA開發板上進行了驗證.仿真和驗證的結果表明了該小波變換的硬件電路符合JPEG2000標準,具有較高的速度和信噪比.
上傳時間： 2013-04-24
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最新的研究進展是OFDM的出現，并且在2000年出現了第一個采用此技術的無線標準(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它與TDMA及CDMA相比能處理更高數據速率，因此可以預想在第四代系統中也將使用此技術。 寬帶應用和高速率數據傳輸是OFDM調制/多址技術通信系統的重要特征之一。作者通過參與國家863計劃項目“OFDM通信系統”一年以來的研發工作，對OFDM通信系統及相關技術有了深入的理解，積累了大量實際經驗，并在相關工作中取得了部分研究成果。 另一方面，關于寬帶自適應均衡技術的研究在近年來也引起了廣泛的關注。它是補償信道畸變的重要的技術之一。作者通過參與該項目FPGA部分的開發與調試工作，基于單片FPGA實現了均衡部分；此外，作者在頻域自適應均衡算法方面也取得了一些理論成果。 本文的主體部分就是根據上述工作的內容展開的。 首先介紹了本課題相關技術的發展情況，主要包括：OFDM系統的技術原理、技術優勢、歷史和現狀，均衡技術的特點和發展等。末尾敘述了本課題的來源和研究意義，并簡介了作者的主要工作和貢獻。確定將WSSUS分布和瑞利衰落作為本文研究的信道模型。主要分析了常用的時域均衡器，均是單載波非擴頻數字調制中常用到的均衡器和均衡算法，為接下來的進一步研究作理論參考。 接著，論述了均衡必須用到的信道估計技術。重點就該方案的核心算法(頻域均衡算法)進行了數學上進行了較深入的研究，建立系統模型，并據此推導了三種頻域均衡的算法：頻域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，頻域線性內插。采用WSSUS信道模型進行了計算機仿真，得出了采用這些均衡算法在不同條件下的性能曲線。并且系統地、有重點地對該方案的原理和實質進行了較深入的討論。歸納比較了各種算法的算法復雜度和能達到的性能，并且結合信道糾錯編解碼進行了細致的分析。進一步嘗試設計了無線局域網OFDM系統的設計，采用典型的歐洲Hyperlan2系統為例，把研究成果引入到實際的整個系統中來看。結合具體的系統指出了該均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的應用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型號芯片針對OFDM系統實現頻域自適應均衡的方法，主要給出了設計方法、時序仿真結果和處理速度估值等；并結合最新的FPGA發展動態和特點，對基于FPGA實現其他均衡算法的升級空間進行了討論。 本文的結束語中，對作者在本文中所作貢獻進行了總結，并指出了仍有待深入研究的幾個問題。
上傳時間： 2013-04-24
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微電子技術的發展，特別是可編程邏輯器件的產生加速了電子設計技術的發展，現代電子設計技術的核心日趨轉向基于計算機的電子設計自動化技術，即EDA技術。EDA技術采用的自頂向下設計流程代替了原有的自下而上設計流程，縮短了集成電路的開發周期，節省了開發費用，促進了集成電路的發展。布局布線是計算機設計自動化的一個重要環節，也是計算機輔助設計的一個重要課題，其性能的好壞直接影響到電子設計自動化技術的可靠性。 本文首先介紹了布局布線前的背景知識，然后對學術上成熟的VPR布局布線工具所采用的算法進行了闡述，分別介紹用于布局的模擬退火算法和布線的A*迭代式迷宮搜索算法，最后重點研究了自動布線算法，并作出了以下改進；根據FPGA布線算法的需要對雙向啟發式搜索算法進行了相應的理論分析及改進；基于VPR實現了網線遞增排序方法，并與網線遞減排序進行了比較；在原有的時序驅動布線啟發式函數中引入了面積約束條件以節約FPGA布線的面積。 通過對測試數據的分析比較，發現：引入雙向啟發式搜索算法能大大增加布線拆線的速度；遞增有序比遞減有序布線減少了運行時間；時序驅動布線算法中引入面積約束后，大大減少了布線面積。
上傳時間： 2013-07-17
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軟件無線電是二十世紀九十年代提出的一種實現無線通信的體系結構，被認為是繼模擬通信、數字通信之后的第三代無線電通信技術。它的中心思想是：構造一個開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，并使寬帶模數和數模轉換器盡可能靠近天線，從而將各種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等用軟件來完成。 本論文首先介紹了軟件無線電的基本原理和三種結構形式，綜述了軟件無線電的幾項關鍵技術及其最新研究進展。其中調制解調模塊是軟件無線電系統中的重要部分，集中體現了軟件無線電最顯著的優點——靈活性。目前這一部分的技術實現手段多種多樣。隨著近幾年來芯片制造工藝的飛速發展，可編程器件FPGA以其高速的處理性能、高容量和靈活的可重構能力，成為實現軟件無線電技術的重要手段。 本論文調制解調系統的設計，選擇有代表性的16QAM和QPSK兩種方式作為研究對象，采用SystemView軟件作為系統級開發工具進行集成化設計。在實現系統仿真和FPGA整體規劃后，著重分析用VHDL實現其中關鍵模塊以及利用嵌入FPGA的CPU核控制調制解調方式轉換的方法。同時，在設計中成功地調用了Xilinx公司的IP核，實現了設計復用。由于FPGA內部邏輯可以根據需要進行重構，因而硬件的調試和升級變得很容易，而內嵌CPU使信號處理過程可以用軟件進行控制，充分體現了軟件無線電的靈活性。 通過本論文的研究，初步驗證了在FPGA內實現數字調制解調過程及控制的技術可行性和應用的靈活性，并對將來的擴展問題進行了研究和討論，為實現完整的軟件無線電系統奠定了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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