正交頻分復(fù)用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技術(shù)通過將整個信道分為多個帶寬相等并行傳輸?shù)淖有诺溃ㄟ^將信息經(jīng)過子信道獨立傳輸來實現(xiàn)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(tǒng)通過循環(huán)前綴來消除符號間干擾(ISI)，通過IDFT/DFT調(diào)制解調(diào)降低了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)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(yīng)用。雖然有著上述優(yōu)點，但為了準確的恢復(fù)信號，信道估計是OFDM系統(tǒng)中必須實現(xiàn)的一環(huán)。 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(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)，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(yōu)缺點。接著研究了幾種主要的除法器設(shè)計算法，包括數(shù)字循環(huán)算法，基于函數(shù)迭代的算法，以及CORDIC算法，結(jié)合信道估計的特點選擇了函數(shù)迭代和CORDIC算法作為具體實現(xiàn)的方法。最后，在前面的設(shè)計的基礎(chǔ)上在FPGA芯片上實現(xiàn)了前面的設(shè)計方案。
上傳時間： 2013-06-06
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本文著重研究了OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)在FPGA上的實現(xiàn)。全文內(nèi)容安排如下： 第一章介紹了PLD(可編程邏輯器件)和OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)的發(fā)展歷史。 第二章介紹了PLD的分類、工藝和結(jié)構(gòu)特點，以及FPGA的開發(fā)環(huán)境、開發(fā)流程和Verilog語言的特點。 第三章就OFDM系統(tǒng)中的基本概念進行了詳細的闡述。 第四、五章是OFDM算法的在FPGA上的實現(xiàn)，首先對要實現(xiàn)的算法進行分析，給出了需要實現(xiàn)的指標。然后給出了FPGA的實現(xiàn)方案，對系統(tǒng)的進行仿真，給出了仿真波形圖和系統(tǒng)性能分析。 第六章總結(jié)了全文的工作，對OFDM技術(shù)的實現(xiàn)需要進一步完善的方面進行了探討。
標簽： OFDM FPGA 基帶 調(diào)制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-08-05
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最新的研究進展是OFDM的出現(xiàn)，并且在2000年出現(xiàn)了第一個采用此技術(shù)的無線標準(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它與TDMA及CDMA相比能處理更高數(shù)據(jù)速率，因此可以預(yù)想在第四代系統(tǒng)中也將使用此技術(shù)。 寬帶應(yīng)用和高速率數(shù)據(jù)傳輸是OFDM調(diào)制/多址技術(shù)通信系統(tǒng)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(tǒng)”一年以來的研發(fā)工作，對OFDM通信系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)有了深入的理解，積累了大量實際經(jīng)驗，并在相關(guān)工作中取得了部分研究成果。 另一方面，關(guān)于寬帶自適應(yīng)均衡技術(shù)的研究在近年來也引起了廣泛的關(guān)注。它是補償信道畸變的重要的技術(shù)之一。作者通過參與該項目FPGA部分的開發(fā)與調(diào)試工作，基于單片F(xiàn)PGA實現(xiàn)了均衡部分；此外，作者在頻域自適應(yīng)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(jù)上述工作的內(nèi)容展開的。 首先介紹了本課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況，主要包括：OFDM系統(tǒng)的技術(shù)原理、技術(shù)優(yōu)勢、歷史和現(xiàn)狀，均衡技術(shù)的特點和發(fā)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(shù)字調(diào)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(shù)。重點就該方案的核心算法(頻域均衡算法)進行了數(shù)學(xué)上進行了較深入的研究，建立系統(tǒng)模型，并據(jù)此推導(dǎo)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(nèi)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(tǒng)地、有重點地對該方案的原理和實質(zhì)進行了較深入的討論。歸納比較了各種算法的算法復(fù)雜度和能達到的性能，并且結(jié)合信道糾錯編解碼進行了細致的分析。進一步嘗試設(shè)計了無線局域網(wǎng)OFDM系統(tǒng)的設(shè)計，采用典型的歐洲Hyperlan2系統(tǒng)為例，把研究成果引入到實際的整個系統(tǒng)中來看。結(jié)合具體的系統(tǒng)指出了該均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的應(yīng)用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型號芯片針對OFDM系統(tǒng)實現(xiàn)頻域自適應(yīng)均衡的方法，主要給出了設(shè)計方法、時序仿真結(jié)果和處理速度估值等；并結(jié)合最新的FPGA發(fā)展動態(tài)和特點，對基于FPGA實現(xiàn)其他均衡算法的升級空間進行了討論。 本文的結(jié)束語中，對作者在本文中所作貢獻進行了總結(jié)，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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作為一項正在興起的無線應(yīng)用服務(wù),無線局域網(wǎng)已在機場、校園、會議室、甚至在家庭都有所應(yīng)用.它正叩開高速無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場的大門.目前,無線局域網(wǎng)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(wǎng)協(xié)議中IEEE802.11a協(xié)議是很有特色的一個,它的優(yōu)勢在于采用了正交頻分復(fù)用(OFDM)方式來傳輸數(shù)據(jù),該技術(shù)可幫助提高速度和改進信號質(zhì)量,并可克服干擾,因此得到眾多關(guān)注.為了讓這種高速的局域網(wǎng)真正應(yīng)用到實際中,我們的項目就是要在硬件上實現(xiàn)基于IEEE802.11a協(xié)議的OFDM系統(tǒng)的發(fā)射機和接收機,而本文的主要工作就是用FPGA實現(xiàn)這個系統(tǒng)的內(nèi)接收機.內(nèi)接收機主要包括同步估計和信道估計.但是目前OFDM系統(tǒng)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(guān)鍵技術(shù)在具體實現(xiàn)上還存在著一些困難.許多文獻對這些關(guān)鍵技術(shù)基本停留在理論上的討論,與具體的實現(xiàn)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(xiàn)的復(fù)雜度,提出一種適合在IEEE802.11a協(xié)議環(huán)境下的同步算法和信道估計,用FPGA加以實現(xiàn).首先本文總結(jié)了目前OFDM系統(tǒng)信道估計的算法.在此基礎(chǔ)上詳細的討論了基于IEEE802.11a協(xié)議的OFDM系統(tǒng)可以采用的信道估計方法:(1)提出了借助訓(xùn)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(huán)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(chǔ)上提出了消噪算法(NRA).(2)提出了借助導(dǎo)頻的DFT插值算法.其次本文總結(jié)了目前OFDM系統(tǒng)同步的算法.OFDM系統(tǒng)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(zé)人.本文針對基于IEEE802.11a協(xié)議的OFDM系統(tǒng)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(xùn)練序列和利用循環(huán)前綴,并對這兩種方法進行了比較.對細定時同步是利用導(dǎo)頻來跟蹤.最后根據(jù)前面兩章提出的算法所分析的結(jié)果,以及突發(fā)OFDM系統(tǒng)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(jié)合合作伙伴所提出的載波同步算法一起用FPGA實現(xiàn)整個基于IEEE802.11a協(xié)議的OFDM系統(tǒng)的內(nèi)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(wǎng)絡(luò)協(xié)議引領(lǐng)了無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的新革命，其不斷提升的速度優(yōu)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(shù)所起的作用不可小覷。隨著FPGA、信號處理和通信技術(shù)的發(fā)展，OFDM的應(yīng)用得到了長足的進步。在此情況下，以O(shè)FDM技術(shù)為核心實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑蜋C系統(tǒng)顯得應(yīng)情應(yīng)景而且必要。 本課題在深入理解OFDM技術(shù)的同時，結(jié)合相應(yīng)的EDA工具對系統(tǒng)進行建模并基于IEEE802.11a物理層標準給出了一種OFDM基帶傳輸?shù)南到y(tǒng)實現(xiàn)方案。整個設(shè)計采用目前主流的自頂向下的設(shè)計方法，由總體設(shè)計至詳細設(shè)計逐步細化。 在系統(tǒng)功能模塊的FPGA實現(xiàn)過程中，針對XilinxVirtex-Ⅱ芯片對各個模塊進行了詳細設(shè)計，通過采用雙端口RAM、流水、乒乓結(jié)構(gòu)等處理實現(xiàn)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(xiàn)結(jié)構(gòu)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(shè)計和實現(xiàn)。最后根據(jù)系統(tǒng)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(shè)計和PCB設(shè)計。 本文首先以無線局域網(wǎng)和IEEE802無線網(wǎng)絡(luò)家族引出OFDM技術(shù)發(fā)展、研究價值及OFDM的優(yōu)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(tǒng)的總體設(shè)計方案，并從硬件語言設(shè)計和FPGA硬件原理設(shè)計兩方面給出了該系統(tǒng)的詳細設(shè)計。 隨著OFDM技術(shù)的普及以及未來通信技術(shù)對OFDM的青睞，相信本論文的工作對OFDM基帶傳輸系統(tǒng)的原型設(shè)計和實現(xiàn)具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-13
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目前,以互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為代表的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,正快速地向包括數(shù)據(jù)、語音、圖像的綜合寬帶多媒體方向發(fā)展,構(gòu)建寬帶化、大容量、全業(yè)務(wù)、智能化的現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)已成為大勢所趨.寬帶無線接入(BWA)憑借其組網(wǎng)快速靈活、運營維護方便及成本較低等競爭優(yōu)勢,迅速成為市場熱點,各種微波、無線通信領(lǐng)域的先進手段和方法不斷引入,各種寬帶無線接入技術(shù)迅速涌現(xiàn).由于BWA要用于非視距傳輸,所以必須考慮無線信道的多經(jīng)效應(yīng).而OFDM技術(shù)憑借著魯棒的對抗頻率選擇性衰落能力和極高頻譜效率引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視.其基本思想是把調(diào)制在單載波上的高速串行數(shù)據(jù)流,分成多路低速的數(shù)據(jù)流,調(diào)制到多個正交載波上并行傳輸,這樣在傳輸時,雖然整個信道是頻率選擇性衰落,但是各個子信道卻是平坦衰落,有效對抗了多經(jīng)效應(yīng),同時由于各個子載波是正交的,極大提高了頻譜效率.可以預(yù)料的是,隨著通信系統(tǒng)將向基于IPv6核心網(wǎng)的全IP包的傳輸方向發(fā)展,越來越多的通信系統(tǒng)將具有"突發(fā)模式"的特征.本文關(guān)注的正是突發(fā)OFDM系統(tǒng)接收機設(shè)計和實現(xiàn).由于IEEE 802.11a無線局域網(wǎng)是OFDM技術(shù)第一次真正的應(yīng)用于突發(fā)系統(tǒng),實現(xiàn)了面向IP的無線寬帶傳輸,所以基于IEEE 802.11a的突發(fā)OFDM系統(tǒng)有著重要的借鑒和研究價值,本文也正是圍繞著這個中心而展開.本文的各章節(jié)安排如下:在第一章中主要介紹OFDM的技術(shù)原理和在寬帶無線接入中的應(yīng)用,同時引出本文所關(guān)注的突發(fā)OFDM接收機設(shè)計.在第二章中先介紹了相干接收和信道估計的概念,重點分析了本文所采用的WLAN信道模型和信道估計算法,然后在得到同步誤差表達式的基礎(chǔ)上,先用星座圖直觀的表現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中各種同步誤差的影響,再從信噪比損失的角度對符種同步誤差進行分析.第三章是本文的重點之一,在本章中對基于IEEE 802.11a的各種同步算法包括幀檢測和符號定時、載波同步和采樣時鐘同步進行仿真和比較,并針對適合FPGA實現(xiàn)的同步算法進行了重點的分析.第四章也是本文的重點之一,提出了整個OFDM系統(tǒng)平臺的硬件結(jié)構(gòu)和基于IEEE 802.11a的接收機FPGA設(shè)計方案,然后從整體上介紹了接收機的實現(xiàn)結(jié)構(gòu),并給出了接收機各個模塊的具體設(shè)計,最后對整個系統(tǒng)調(diào)試過程和測試結(jié)果進行了分析.
上傳時間： 2013-04-24
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它具有頻譜利用率高、抗多徑能力強等特點，在寬帶無線多媒體通信領(lǐng)域中受到了廣泛的關(guān)注。 OFDM系統(tǒng)可分為連續(xù)工作模式和突發(fā)工作模式。在IEEE802.11a、HiperLANType2等無線局域網(wǎng)標準中采用了OFDM的突發(fā)工作模式，該模式下的接收機首先對符合某種特定格式的幀做出檢測。本文介紹了一種基于最小錯誤概率準則的幀檢測算法，提出了該算法的FPGA實現(xiàn)方案。 同步技術(shù)是OFDM最關(guān)鍵的技術(shù)之一，它包括載波頻率同步和符號同步。載波頻率同步是為了糾正接收端相對于發(fā)送端的載波頻率偏移，以保證子載波間的正交性；符號同步確定OFDM符號有用數(shù)據(jù)信息的開始時刻，也就是確定FFT窗的開始時刻。本文首先介紹了一種基于自相關(guān)的載波頻率同步算法，給出了它的FPGA實現(xiàn)方案，重點講述了其中用到的Cordic算法及其實現(xiàn)；然后介紹了分別基于互相關(guān)和自相關(guān)的兩種符號同步算法，給出了各自的FPGA實現(xiàn)方案，從實現(xiàn)的角度比較了兩種算法的優(yōu)缺點，并且在FPGA設(shè)計中體現(xiàn)了面積復(fù)用和流水線操作的設(shè)計思想。 文章最后介紹了系統(tǒng)調(diào)試的情況，總結(jié)出一種ChipScopePro與Matlab相結(jié)合的調(diào)試方法，該方法在FPGA調(diào)試方面具有一定的通用性。
上傳時間： 2013-07-16
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正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，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(tǒng)(4G)的核心調(diào)制傳輸技術(shù)。 本文首先描述了OFDM技術(shù)的基本原理。對OFDM的調(diào)制解調(diào)以及其中涉及的特性和關(guān)鍵技術(shù)等做了理論上的分析，指出了OFDM區(qū)別于其他調(diào)制技術(shù)的巨大優(yōu)勢；然后針對OFDM中的信道估計技術(shù)，深入分析了基于FFT級聯(lián)的信道估計理論和基于聯(lián)合最大似然函數(shù)的半盲分組估計理論，在此基礎(chǔ)上詳細研究描述了用于OFDM系統(tǒng)的迭代的最大似然估計算法，并利用Matlab做了相應(yīng)的仿真比較，驗證了它們的有效性。 而后，在Matlab中應(yīng)用Simulink工具構(gòu)建OFDM系統(tǒng)仿真平臺。在此平臺上，對OFDM系統(tǒng)在多徑衰落、高斯白噪聲等多種不同的模型參數(shù)下進行了仿真，并給出了數(shù)據(jù)曲線，通過分析結(jié)果可正確評價OFDM系統(tǒng)在多個方面的性能。 在綜合了OFDM的系統(tǒng)架構(gòu)和仿真分析之后，設(shè)計并實現(xiàn)了基于FPGA的OFDM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。首先根據(jù)802.16協(xié)議和OFDM系統(tǒng)的具體要求，設(shè)定了合理的參數(shù)；然后從調(diào)制器和解調(diào)器的具體組成模塊入手，對串/并轉(zhuǎn)換，QPSK映射，過采樣處理，插入導(dǎo)頻，添加循環(huán)前綴，IFFT/FFT，幀同步檢測等各個模塊進行硬件設(shè)計，詳細介紹了各個模塊的設(shè)計和實現(xiàn)過程，并給出了相應(yīng)的仿真波形和參數(shù)說明。其中，針對定點運算的局限性，為系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，充分利用了有限資源，提高了系統(tǒng)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(yōu)化和設(shè)計實現(xiàn)，針對原始快速傅立葉變換FPGA實現(xiàn)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(yè)功能、資源占用較少的快速傅立葉變換優(yōu)化算法設(shè)計方案，使之運用于OFDM基帶處理系統(tǒng)當中并加以實現(xiàn)，結(jié)果滿足系統(tǒng)參數(shù)的需求。最后以理論分析為依據(jù)，對整個OFDM的基帶處理系統(tǒng)進行了系統(tǒng)調(diào)試與性能分析，證明了設(shè)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(tǒng)的設(shè)計、仿真和實現(xiàn)。本設(shè)計為OFDM通信系統(tǒng)的進一步改進提供了大量有用的數(shù)據(jù)。
標簽： FPGA OFDM 調(diào)制解調(diào)器
上傳時間： 2013-04-24
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本文對OFDM基帶調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的：FPGA設(shè)計進行了研究和論述，重點實現(xiàn)其中的RS碼編、譯碼模塊和基帶成形濾波器模塊。本文首先介紹了OFDM調(diào)制的原理和OFDM基帶調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的總體設(shè)計，以及FPGA設(shè)計的基本原則。接著介紹了RS碼的編碼原理和時域迭代譯碼算法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計實現(xiàn)RS碼編碼器和譯碼器。然后介紹了成形濾波的原理和多種實現(xiàn)成形濾波器的結(jié)構(gòu)，采用多相結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了平方根升余弦滾降濾波器。
標簽： FPGA OFDM 基帶 調(diào)制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-11
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正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFDM)是未來寬帶無線通信中的關(guān)鍵技術(shù)。隨著用戶對實時多媒體業(yè)務(wù)，高速移動業(yè)務(wù)需求的迅速增加，OFDM由于其頻譜效率高，抗多徑效應(yīng)能力強，抗干擾性能好等特點，該技術(shù)正得到了廣泛的應(yīng)用。 OFDM系統(tǒng)的子載波之間必須保持嚴格的正交性，因此對符號定時和載波頻偏非常敏感。本課題的主要任務(wù)是分析各種算法的性能的優(yōu)劣，選取合適的算法進行FPGA的實現(xiàn)。 本文首先簡要介紹了無線信道的傳輸特性和OFDM系統(tǒng)的基本原理，進而對符號同步和載波同步對接收信號的影響做了分析。然后對比了非數(shù)據(jù)輔助式同步算法和數(shù)據(jù)輔助式同步算法的不同特點，決定采用數(shù)據(jù)輔助式同步算法來解決基于IEEE 802.16-2004協(xié)議的突發(fā)傳輸系統(tǒng)的同步問題。最后部分進行了算法的實現(xiàn)和仿真，所有實現(xiàn)的仿真均在QuartusⅡ下按照IEEE 802.16-2004協(xié)議的符號和前導(dǎo)字的結(jié)構(gòu)進行。 本文的主要工作：(1)采用自相關(guān)和互相關(guān)聯(lián)合檢測算法同時完成幀到達檢測和符號同步估計，只用接收數(shù)據(jù)的符號位做相關(guān)運算，有效地解決了判決門限需要變化的問題，同時也減少了資源的消耗；(2)在時域分數(shù)倍頻偏估計時，利用基于流水線結(jié)構(gòu)的Cordic模塊計算長前導(dǎo)字共軛相乘后的相角，求出分數(shù)倍頻偏的估計值；(3)采用滑動窗口相關(guān)求和的方法估計整數(shù)倍頻偏值，在此只用頻域數(shù)據(jù)的符號位做相關(guān)運算，有效地解決了傳統(tǒng)算法估計速度慢的缺點，同時也減少了資源的消耗。
上傳時間： 2013-05-23
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