近幾年來,OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)引起了人們的廣泛注意,根據(jù)這項(xiàng)新技術(shù),很多相關(guān)協(xié)議被提出來。其中WiMax(Wireless MetropolitanArea Networks)代表空中接口滿足IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線通信系統(tǒng),IEEE標(biāo)準(zhǔn)在2004年定義了空中接口的物理層(PHY),即802.16d協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用突發(fā)模式,調(diào)制方式采用OFDM技術(shù),傳輸速率較高且實(shí)現(xiàn)方便、成本低廉,已經(jīng)成為首先推廣應(yīng)用的商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。 本文主要對(duì)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)物理層進(jìn)行研究,并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實(shí)現(xiàn)了基帶算法。 首先討論了OFDM基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)的物理層發(fā)送端流程搭建了基帶仿真鏈路,利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統(tǒng)在有無循環(huán)前綴(CP)、多徑數(shù)目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計(jì)算法計(jì)算量都很大,為了找到適合采用FPGA實(shí)現(xiàn)的算法,分析了同步誤差和不同信道估計(jì)算法對(duì)接收信號(hào)的影響,并結(jié)合計(jì)算量的大小提出了一種新的聯(lián)合同步算法,以及得出了LS信道估計(jì)算法最適合802.16d系統(tǒng)的結(jié)論。 其次,完成了基帶發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的FPGA硬件電路實(shí)現(xiàn)。為了使系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率更高,采用了流水線的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結(jié)合的辦法,實(shí)現(xiàn)了新的聯(lián)合同步算法,并且通過簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),避免了信道估計(jì)算法中的繁瑣除法。利用ISE9. 2i和Modelsim6.Oc軟件平臺(tái)對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和仿真,并將仿真結(jié)果和MATLAB軟件計(jì)算結(jié)果相對(duì)比。結(jié)果表明,采用16位數(shù)據(jù)總線可達(dá)到理想的精度。 最后,采用串口通信的方式對(duì)基帶系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過串口通信從功能上表明該系統(tǒng)確實(shí)可行。 關(guān)鍵詞:IEEE802. 16d; OFDM; 同步;信道估計(jì);基帶系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-07-31
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隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)逐漸發(fā)展成一門關(guān)鍵的技術(shù)科學(xué)。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù),己經(jīng)在通信、航空航天、遙感遙測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、軍事、信息安全等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。圖像處理特別是高分辨率圖像實(shí)時(shí)處理的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。另外,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結(jié)合,大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,加速了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)程,為圖像壓縮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容: (1)結(jié)合某工程的具體需求,設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng),核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片,存儲(chǔ)器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM,圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實(shí)現(xiàn)了JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)中的基本算法,為課題組成員進(jìn)行算法改進(jìn)提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了SDRAM控制器模塊,使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲(chǔ)器。 (4)構(gòu)建了圖像壓縮系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái),對(duì)實(shí)現(xiàn)的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進(jìn)行了軟件仿真測(cè)試和硬件測(cè)試,驗(yàn)證了其功能的正確性。
標(biāo)簽: FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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正交頻分復(fù)用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術(shù)通過將整個(gè)信道分為多個(gè)帶寬相等并行傳輸?shù)淖有诺溃ㄟ^將信息經(jīng)過子信道獨(dú)立傳輸來實(shí)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(hào)間干擾(ISI),通過IDFT/DFT調(diào)制解調(diào)降低了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。由于其頻譜利用率高,抗多徑能力強(qiáng),在多種通信場(chǎng)合中都得到了應(yīng)用。雖然有著上述優(yōu)點(diǎn),但為了準(zhǔn)確的恢復(fù)信號(hào),信道估計(jì)是OFDM系統(tǒng)中必須實(shí)現(xiàn)的一環(huán)。 本文正是針對(duì)OFDM接收機(jī)中的信道估計(jì)模塊的運(yùn)算部件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。首先,研究了OFDM信道估計(jì)的LS算法,一階線性插值算法,二次多項(xiàng)式插值算法,建立了適用于寬帶通信系統(tǒng)的信道估計(jì)模塊模型。其次研究了加法器電路和乘法器電路的實(shí)現(xiàn),包括進(jìn)位行波加法器,曼徹斯特進(jìn)位鏈,超前進(jìn)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(diǎn)。接著研究了幾種主要的除法器設(shè)計(jì)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(jì)的特點(diǎn)選擇了函數(shù)迭代和CORDIC算法作為具體實(shí)現(xiàn)的方法。最后,在前面的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了前面的設(shè)計(jì)方案。
標(biāo)簽: OFDM FPGA 信道估計(jì) 模塊
上傳時(shí)間: 2013-06-06
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作為一項(xiàng)正在興起的無線應(yīng)用服務(wù),無線局域網(wǎng)已在機(jī)場(chǎng)、校園、會(huì)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(chǎng)的大門.目前,無線局域網(wǎng)仍處于眾多標(biāo)準(zhǔn)共存時(shí)期.每一標(biāo)準(zhǔn)的背后都有大公司或者大集團(tuán)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(gè),它的優(yōu)勢(shì)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(jìn)信號(hào)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(shí)際中,我們的項(xiàng)目就是要在硬件上實(shí)現(xiàn)基于IEEE802.11a協(xié)議的OFDM系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī),而本文的主要工作就是用FPGA實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)接收機(jī).內(nèi)接收機(jī)主要包括同步估計(jì)和信道估計(jì).但是目前OFDM系統(tǒng)中包括同步、信道編碼、信道估計(jì)、用戶檢測(cè)、降低峰均比等一些關(guān)鍵技術(shù)在具體實(shí)現(xiàn)上還存在著一些困難.許多文獻(xiàn)對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)基本停留在理論上的討論,與具體的實(shí)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(jì)的多種算法的性能和其實(shí)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(jì),用FPGA加以實(shí)現(xiàn).首先本文總結(jié)了目前OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)的算法.在此基礎(chǔ)上詳細(xì)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(jì)方法:(1)提出了借助訓(xùn)練序列的LS估計(jì)法和LS-average估計(jì)法,分別在AWGN信道和多徑信道對(duì)這兩種方法進(jìn)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(jìn)一步提高信道估計(jì)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(shí)同步和載波同步,其中定時(shí)同步又分為符號(hào)同步和抽樣同步.本文主要是研究定時(shí)同步,而載波同步只是簡(jiǎn)單的討論,因?yàn)樵谶@項(xiàng)目中這是另有負(fù)責(zé)人.本文針對(duì)基于IEEE802.11a協(xié)議的OFDM系統(tǒng)把定時(shí)同步分為粗定時(shí)同步和細(xì)定時(shí)同步.然后分別對(duì)粗定時(shí)同步和細(xì)定時(shí)同步進(jìn)行了詳細(xì)的討論.其中對(duì)粗定時(shí)同步的方法有:利用短訓(xùn)練序列和利用循環(huán)前綴,并對(duì)這兩種方法進(jìn)行了比較.對(duì)細(xì)定時(shí)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(hào)和信道特征,選取了其中一種信道估計(jì)算法和定時(shí)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(shí)現(xiàn)整個(gè)基于IEEE802.11a協(xié)議的OFDM系統(tǒng)的內(nèi)接收機(jī),并分別測(cè)試了各個(gè)模塊的性能以及綜合模塊的性能.
標(biāo)簽: 80211a 80211 IEEE FPGA
上傳時(shí)間: 2013-05-26
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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(guó)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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隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)逐漸發(fā)展成一門關(guān)鍵的技術(shù)科學(xué)。圖像處理作為一種重要的現(xiàn)代技術(shù),己經(jīng)在通信、航空航天、遙感遙測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、軍事、信息安全等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。圖像處理特別是高分辨率圖像實(shí)時(shí)處理的實(shí)現(xiàn)技術(shù)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。另外,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA和高效率硬件描述語言Verilog HDL的結(jié)合,大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,加速了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)程,為圖像壓縮系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了硬件支持和軟件保障。 本文主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容: (1)結(jié)合某工程的具體需求,設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的圖像壓縮系統(tǒng),核心硬件選用XILINX公司的Virtex-Ⅱ Pro系列FPGA芯片,存儲(chǔ)器件選用MICRON公司的MT48LC4M16A2SDRAM,圖像壓縮的核心算法選用近無損壓縮算法JPEG-LS。 (2)用Verilog硬件描述語言實(shí)現(xiàn)了JPEG-LS標(biāo)準(zhǔn)中的基本算法,為課題組成員進(jìn)行算法改進(jìn)提供了有力支持。 (3)用Verilog硬件描述語言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了SDRAM控制器模塊,使核心壓縮模塊能夠方便靈活地訪問片外存儲(chǔ)器。 (4)構(gòu)建了圖像壓縮系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái),對(duì)實(shí)現(xiàn)的SDRAM控制器模塊和JPEG-LS基本算法模塊進(jìn)行了軟件仿真測(cè)試和硬件測(cè)試,驗(yàn)證了其功能的正確性。
標(biāo)簽: FPGA 圖像壓縮系統(tǒng)
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為眾多應(yīng)用系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。它的發(fā)展主要依賴于兩個(gè)性質(zhì)不同、自成體系但又緊密相關(guān)的研究領(lǐng)域:圖像處理算法及其相應(yīng)的電路實(shí)現(xiàn)。圖像處理系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)—般有三種方式:專用的圖像處理器件集成芯片(Application Specific Integrated Circuit)、數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Process)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable Gate Array)以及相關(guān)電路組成。它們可以實(shí)時(shí)高速完成各種圖像處理算法。圖像處理中,低層的圖像預(yù)處理的數(shù)據(jù)量很大,要求處理速度快,但運(yùn)算結(jié)果相對(duì)比較簡(jiǎn)單。相對(duì)于其他兩種方式,基于FPGA的圖像處理方式的系統(tǒng)更適合于圖像的預(yù)處理。本文設(shè)計(jì)了—種基于FPGA的小波域圖像去噪系統(tǒng)。首先,闡述了基于小波變換的圖像去噪算法原理,重點(diǎn)討論了小波鄰域閾值(NeighShrink)去噪算法,并給出了該算法相應(yīng)的Matlab 仿真;然后,為了改進(jìn)鄰域閾值去噪算法中對(duì)每個(gè)分解子帶都采用相同鄰域和閾值的缺點(diǎn),本文提出了基于最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)分類的鄰域閾值去噪算法和以斯坦無偏估計(jì) (SURE)為準(zhǔn)則同時(shí)結(jié)合小波系數(shù)尺度間關(guān)系的鄰域閾值去噪算法。經(jīng)Matlab實(shí)驗(yàn)表明,相比于其他幾種經(jīng)典算法,本文提出的兩種改進(jìn)算法在濾除噪聲的同時(shí)能更好地保護(hù)圖像細(xì)節(jié),并在較高噪聲情況下能獲得更高的峰值信噪比。在此基礎(chǔ)上本文將提出的改進(jìn)小波鄰域閾值去噪算法進(jìn)行了相應(yīng)的簡(jiǎn)化,以滿足低噪聲處理要求且易于在FPGA上實(shí)現(xiàn);最后,給出了基于 FPGA的小波鄰域閾值去噪系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和FPGA內(nèi)部各功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)方案,包括二維離散小波變換模塊、二維離散小波逆變換模塊、SDRAM存儲(chǔ)器控制模塊、去噪計(jì)算模塊和系統(tǒng)核心控制模塊,并對(duì)各個(gè)系統(tǒng)模塊和整體進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的基于FPGA 的小波鄰域閾值去噪系統(tǒng)能滿足實(shí)際的圖像處理要求,具有一定的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:圖像處理系統(tǒng),F(xiàn)PGA,圖像去噪算法,小波變換
上傳時(shí)間: 2013-05-16
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近幾年來,OFDM技術(shù)引起了人們的廣泛注意,根據(jù)這項(xiàng)新技術(shù),很多相關(guān)協(xié)議被提出來。其中WiMax代表空中接口滿足IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線通信系統(tǒng),IEEE標(biāo)準(zhǔn)在2004年定義了空中接口的物理層(PHY),即802.16d協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用突發(fā)模式,調(diào)制方式采用OFDM技術(shù),傳輸速率較高且實(shí)現(xiàn)方便、成本低廉,已經(jīng)成為首先推廣應(yīng)用的商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)物理層進(jìn)行了研究,并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實(shí)現(xiàn)了基帶算法。 ⑴探討了OFDM基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)的物理層發(fā)送端流程搭建了基帶仿真鏈路,利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統(tǒng)在有無循環(huán)前綴(CP)、多徑數(shù)目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計(jì)算法計(jì)算量都很大,為了找到適合采用FPGA實(shí)現(xiàn)的算法,分析了同步誤差和不同信道估計(jì)算法對(duì)接收信號(hào)的影響,并結(jié)合計(jì)算量的大小提出了一種新的聯(lián)合同步算法,以及得出了LS信道估計(jì)算法最適合802.16d系統(tǒng)的結(jié)論。 ⑵完成了基帶發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的FPGA硬件電路實(shí)現(xiàn)。為了使系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率更高,采用了流水線的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中采用編寫Verilog程序和使用IP核相結(jié)合的辦法,實(shí)現(xiàn)了新的聯(lián)合同步算法,并且通過簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),避免了信道估計(jì)算法中的繁瑣除法。利用ISE9.2i和Modelsim6.Oc軟件平臺(tái)對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和仿真,并將仿真結(jié)果和MATLAB軟件計(jì)算結(jié)果相對(duì)比。結(jié)果表明,采用16位數(shù)據(jù)總線可達(dá)到理想的精度。 ⑶采用串口通信的方式對(duì)基帶系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過串口通信從功能上表明該系統(tǒng)確實(shí)可行。
標(biāo)簽: FPGA OFDM 基帶 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間: 2013-04-24
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由于模擬電路的多樣性、非線性和離散性等特點(diǎn),模擬電路的故障診斷呈現(xiàn)復(fù)雜、難以辨識(shí)等問題。針對(duì)已有方法的數(shù)據(jù)不平衡,提出了一種支持向量機(jī)集成的故障診斷方法。使用小波變換方法提取特征向量,在多類別支持向量機(jī)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了模擬電路的最小二乘支持向量機(jī)預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬電路的狀態(tài)的故障預(yù)測(cè)。將該方法應(yīng)用于Sallen-Key帶通電路進(jìn)行故障預(yù)測(cè)試驗(yàn),結(jié)果表明,該方法比單一支持向量機(jī)、徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和APSVM有更好的分類和泛化性能,故障診斷準(zhǔn)確率更高。
標(biāo)簽: LS-SVM 集成 模擬電路 故障檢測(cè)
上傳時(shí)間: 2013-10-31
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提出了一種針對(duì)JPEG圖像的通用隱寫分析算法。該算法提取了15個(gè)具有良好分類特性的特征參數(shù),輸入構(gòu)建的LS-SVM分類器,以達(dá)到檢測(cè)載密圖像的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法的檢測(cè)正確率較高,檢測(cè)速度快,能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)各類JPEG載密圖像的有效檢測(cè)。
上傳時(shí)間: 2014-12-23
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