正交频分复用(OFDM)技术由于具有频谱利用率高、抗多径能力强等突出优点,因此在高速无线通信领域得到了广泛的应用。但是,OFDM信号具有较高的峰平比(PAPR),受功率放大器(简称功放)非线性效应的影响,产生信号带内失真和带外频谱扩展,从而导致系统性能下降。因此,功放线性化技术,对于无线通信技术的发展具有重要的意义。其中,数字预失真技术以其准确性、复杂度、自适应性等方面良好的综合性能,已经成为最具发展潜力的功放线性化技术。本文深入研究了适用于无线通信OFDM系统的数字预失真技术,研究内容主要涉及:功率放大器预失真模型构造、预失真模型参数辨识、OFDM系统预失真方案设计等方面。 本文主要研究工作与创新点总结如下: 1.针对现有无记忆多项式预失真器在输出回退(OBO)减小时的性能受限问题,基于分段非线性补偿的思想,提出了一种动态系数多项式预失真方法。动态系数多项式具有多组系数,随着输入信号幅度的变化,多项式选取不同的系数组合,从而降低非线性补偿的误差;文中讨论了动态系数多项式模型的构造方法,并且给出了基于直接学习结构的简化递归系数估计算法。
上传时间： 2013-04-24
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通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一种能同时支持短距离和长距离数据传输的串行通信接口，被广泛应用于微机和外设之间的数据交换。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是这些专用的串行接口芯片的缺点是数据传输速率比较慢，难以满足高速率数据传输的场合，而更重要的就是它们都具有不可移植性，因此要利用这些芯片来实现PC机和FPGA芯片之间的通信，势必会增加接口连线的复杂程度以及降低整个系统的稳定性和有效性。 本课题就是针对UART的特点以及FPGA设计具有可移植性的优势，提出了一种基于FPGA芯片的嵌入式UART设计方法，其中主要包括状态机的描述形式以及自顶向下的设计方法，利用硬件描述语言来编制UART的各个子功能模块以及顶层模块，之后将其集成到FPGA芯片的内部，这样不仅能解决传统UART芯片的缺点而且同时也使整个系统变得更加具有紧凑性以及可靠性。 本课题所设计的LIART支持标准的RS-232C传输协议，主要设计有发送模块、接收模块、线路控制与中断仲裁模块、Modem控制模块以及两个独立的数据缓冲区FIFO模块。该模块具有可变的波特率、数据帧长度以及奇偶校验方式，还有多种中断源、中断优先级、较强的抗干扰数据接收能力以及芯片内部自诊断的能力，模块内分开的接收和发送数据缓冲寄存器能实现全双工通信。除此之外最重要的是利用IP模块复用技术设计数据缓冲区FIFO，采用两种可选择的数据缓冲模式。这样既可以应用于高速的数据传输环境，也能适合低速的数据传输场合，因此可以达到资源利用的最大化。 在具体的设计过程中，利用Synplify Pro综合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的软件开发环境中对各个功能模块进行综合优化、仿真验证以及下载实现。各项数据结果表明，本课题中所设计的UART满足预期设计目标。
上传时间： 2013-08-02
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本项目完成的是基于中国“数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制”国家标准的发射端系统FPGA设计与实现。在本设计中，系统采用了Stratix系列的EP1S80F1020C5 FPGA为基础构建的主硬件处理平台。对于发射端系统，数据处理部分的扰码器(随机化)、前向纠错编码(FEC)、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理(OFDM调制)、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器(SRRC)等各模块都是基于FPGA硬件设计实现的。其中关键技术：TDS-OFDM技术及其和绝对时间同步的复帧结构、信号帧的头和帧体保护技术、低密度校验纠错码(LDPC)等，体现了国标的自主创新特点，为数字电视领域首次采用。其硬件实现，亦尚未有具体产品参考。 本文首先介绍了当今国内外数字电视的发展现状，中国数字电视地面广播传输国家标准的颁布背景。并对国标系统技术原理框架，发端系统的整体结构以及FPGA设计的相关知识进行了简要介绍。在此基础上，第三章重点、详细地介绍了基于FPGA实现的发射端系统各主要功能模块的具体结构设计，论述了系统中各功能模块的FPGA设计和实现，包括设计方案、算法和结构的选取、FPGA实现、仿真分析等。第四章介绍了对整个系统的级连调试过程中，对系统结构进行的优化调整，并对级连后的整个系统的性能进行了仿真、分析和验证。作者在项目中完成的工作主要有： 1.阅读相关资料，了解并分析国标系统的技术结构和原理，分解其功能模块。 2.制定了基于国标的发端系统FPGA实现的框架及各模块的接口定义。 3.调整和改进了3780点IFFT OFDM调制模块及滚降滤波器模块的FPGA设计并验证。 4.完成了扰码器、前向纠错编码、符号星座映射、符号交织、系统信息复用、频域交织、帧体数据处理、同步PN头插入、以及信号成形4倍插值滚降滤波器等功能模块的FPGA设计和验证。 5.在系统级连调试中，利用各模块数据结构特点，优化系统模块结构。 6.完成了整个发射端系统FPGA部分的调试、分析和验证。
上传时间： 2013-04-24
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现代通信系统对带宽和数据速率的要求越来越高，超宽带(ultra-wideband，UWB)通信以其传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低的优点，成为解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入的需求与越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的技术手段。 论文主要围绕两方面展开分析：一是介绍用于UWB无载波脉冲调制及直接序列码分多址调制(DS-CDMA)的新型脉冲，即Hermite正交脉冲，并且分析了这种构建UWB多元通信和多用户通信的系统性能。二是分析了UWB的多带频分复用物理层提案(MBOA)的调制技术，并在FPGA上实现了调制模块。正交Hermite脉冲集被提出用于UWB的M元双正交调制系统，获得高数据速率。调整脉冲的脉宽因子和中心频率能使脉冲满足FCC的频谱要求。M元双正交调制的接收机需要M/2个相关器，远比M元正交调制所需的相关器数量少。误码率一定时，维数M的增加可获得高的比特率和低的信噪比。虽然高阶的Hermite脉冲易受抖动时延的影响，但当抖动时延范围小于0.02ns时，其影响较为不明显。本文认为1～8阶的Hermite脉冲皆可用，可构成16元双正交系统。 正交Hermite脉冲集也可以构造UWB多用户系统。各用户的信息用不同的Hermite脉冲同时传输，其多用户的误比特率上限低于高斯单脉冲构成的PPM多用户系统的误比特率，所以其系统性能更优。正交Hermite脉冲还可以用于UWB的DS-CDMA调制，在8个脉冲可用的情况下，最多可容64个用户同时通信。 基于MBOA提出的UWB物理层协议，本文用Verilog硬件语言实现了调制与解调结构，并用Modelsim做了时序验证。用Verilog编程实现的输出数据与Matlab生成的UWB建模的输出结果一致。为了达到UWBMB-OFDM系统的FFT处理器的要求，一个混和基多通道流水线的FFT算法结构被提出。其有效的实现方法也被提出。这种结构采用多通道以获得高的数据吞吐量。此外，它用于存储和复数乘法器的硬件损耗相比其他的FFT处理器是最少的。高基的FFT蝶算减少了复数乘法器的数量。在132MHz的工作频率下，整个128点FFT变换在此结构模式下只需要242.4ns,满足了MBOA的要求。
上传时间： 2013-07-29
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随着电力电子技术的发展，模块化程度低、缺乏灵活性、设计复杂、标准化程度低等因素日益成为制约其发展的瓶颈。而电力电子结构块（PEBB）正是为解决以上问题而提出的方法。因此研究利用PEBB来组建功率变换器具有一定的优势和重要的意义。 本文将电子技术和计算机技术等领域先进的、成熟的集成相关的技术应用于电力电子系统集成中，对电力电子系统集成中的操作系统、分布式控制技术和通信技术进行了研究。 将电力电子系统进行结构划分，分为PEBB功率部分和通用控制部分。对于功率部分，采用分立元件设计了一个半桥PEBB，包括主电路、保护电路、驱动电路、吸收电路和滤波电路等。在分析和对比了各种通信接口后选择具有“即插即用”功能的通用串行接口（USB）做为PEBB的数字通信接口。对于通用控制部分，选用具有高性价比的ARM7芯片S3C44B0X做为核心处理单元，辅以相应的外围电路。采用USB主机控制芯片使其具有类似USB主机的功能，实现与PEBB的通信和方便“即插即用”的管理。在软件设计上引入实时操作系统UC/OS-Ⅱ，采用多任务系统的形式，满足电力电子操作系统实时性的要求。然后，用两个半桥PEBB和一个通用控制器组成了一个单相全桥电压逆变器，分析和解决PEBB之间的同步等问题。最后给出并分析了实验结果。 通过上述工作，验证了PEBB对解决当前电力电子技术系统集成问题的可行性，为后续研究打下基础。
上传时间： 2013-07-12
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正交频分复用(OnIlogonaJ Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术通过将整个信道分为多个带宽相等并行传输的子信道，通过将信息经过子信道独立传输来实现通信，子信道的正交性可以保证最大限度的利用频谱资源。OFDM系统通过循环前缀来消除符号间干扰(ISI)，通过IDFT/DFT调制解调降低了系统实现的复杂度。由于其频谱利用率高，抗多径能力强，在多种通信场合中都得到了应用。虽然有着上述优点，但为了准确的恢复信号，信道估计是OFDM系统中必须实现的一环。 本文正是针对OFDM接收机中的信道估计模块的运算部件的实现进行了研究。首先，研究了OFDM信道估计的LS算法，一阶线性插值算法，二次多项式插值算法，建立了适用于宽带通信系统的信道估计模块模型。其次研究了加法器电路和乘法器电路的实现，包括进位行波加法器，曼彻斯特进位链，超前进位加法器和乘法原理，阵列乘法器，wallace树乘法器及BOOTH编码算法，并分析了各种电路的特性及优缺点。接着研究了几种主要的除法器设计算法，包括数字循环算法，基于函数迭代的算法，以及CORDIC算法，结合信道估计的特点选择了函数迭代和CORDIC算法作为具体实现的方法。最后，在前面的设计的基础上在FPGA芯片上实现了前面的设计方案。
上传时间： 2013-06-06
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偏振模色散(PMD)是限制光通信系统向高速率和大容量扩展的主要障碍，尤其是160Gb/s光传输系统中，由PMD引起的脉冲畸变现象更加严重。为了克服PMD带来的危害，国内外已经开始了对PMD补偿的研究。但是目前的补偿系统复杂、成本高且补偿效果不理想，因此采用前向纠错(FEC)和偏振扰偏器配合抑制PMD的方法，可以实现低成本的PMD补偿。 在实验中将扰偏器连入光时分复用系统，通过观察其工作前后的脉冲波形，发现扰偏器的应用改善了系统的性能。随着系统速率的提高，对扰偏器速率的要求也随之提高，目前市场上扰偏器的速率无法满足160Gb/s光传输系统要求。通过对偏振扰偏器原理的分析，决定采用高速控制电路驱动偏振控制器的方法来实现高速扰偏器的设计。扰偏器采用铌酸锂偏振控制器，其响应时间小于100ns，是目前偏振控制器能够达到的最高速率，但是将其用于160Gb/s高速光通信系统扰偏时，这个速率仍然偏低，因此，提出采用多段铌酸锂晶体并行扰偏的方法，弥补铌酸锂偏振控制器速率低的问题。通过对几种处理器的分析和比较，选择DSP+FPGA作为控制端，DSP芯片用于产生随机数据，FPGA芯片具有丰富的I/O引脚，工作频率高，可以实现大量数据的快速并行输出。这样的方案可以充分发挥DSP和FPGA各自的优势。另外对数模转换芯片也要求响应速度快，本论文以FPGA为核心，完成了FPGA与其它芯片的接口电路设计。在QuartusⅡ集成环境中进行FPGA的开发，使用VHDL语言和原理图输入法进行电路设计。 本文设计的偏振扰偏器在高速控制电路的驱动下，可以实现大量的数据处理，采用多段铌酸锂晶体并行工作的方法，可以提高偏振扰偏器的速率。利用本方案制作的扰偏器具有高扰偏速率，适合应用于160Gb/s光通信系统中进行PMD补偿。
上传时间： 2013-04-24
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本文研制的数据采集器，用于采集导弹过载模拟试车台的各种参数,来评价导弹在飞行过程中的性能，由于试车台是高速旋转体，其工作环境恶劣，受电磁干扰大，而且设备要求高，如果遇到设备故障或设备事故，其损失相当巨大，保证设备的安全性和可靠性较为困难。 本文在分析数字通信技术的基础上，选用了基于现场可编程逻辑阵列(FPGA)采用脉冲编码调制(PCM)通信实现多路数据采集器的设计，其优点是FPGA技术在数据采集器中可以进行模块化设计，增加了系统的抗干扰性、灵活性和适应性，并且可以将整个PCM通信系统设计成可编程序系统，用户只要稍加变更程序，则系统的被测路数、帧结构、码速率、标度等均可改变以适应任何场合。并且采用合理的纠错和加密编码能够实现数据在传输工程中的完整性和安全性。 通过对PCM通信的特点研究，研制了一套集采集与传输的系统。文章给出了各个模块的具体建模与设计，系统采用的是FPGA技术来实现数据采集和信号处理，采用VHDL实现了数字复接器和分接器、编解码器、调制与解调模块的建模与设计。采用基于NiosII实现串口通讯，构建了实时性和准确性通信网络，实现了数据的采集。 测试数据和数据采集的实验结果证明，采用FPGA技术实现PCM信号的编码、传输、解码，能够有较强的抗干扰性、抗噪声性能好、差错可控、易加密、易与现代技术结合，并且误码率较低，要远远优于传统的方法。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，移动通信技术在全球范围内得到了迅猛的发展及应用，各种全新的无线通信概念层出不穷、各种新的体制及其关键技术日新月异。由于正交频分复用(OFDM)技术可以高效地利用频谱资源并有效地对抗频率选择性衰落，多入多出(MIMO)利用多个天线实现多发多收，在不增加带宽和发送功率的情况下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技术被广泛认为是后三代通信系统(B3G)的关键技术，是当今移动通信领域研究的热点。 本文对OFDM-MIMO通信系统接收机的关键技术--数字下变频，OFDM同步、解调进行了相关研究，在多天线接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了数字下变频，OFDM同步和解调的FPGA设计与实现。通过功能仿真、时序仿真、板级电路测试，验证了该设计的正确性。 本文首先介绍了OFDM基本原理以其特点，然后对同步技术和数字下变频技术作了相应的介绍。同步是OFDM系统设计中的一项关键技术，即是针对系统中存在的时间偏差、频率偏差进行定时恢复、频偏的估计与补偿，来减少各种同步偏差对系统性能的影响。数字下变频是软件无线电的核心技术之一，其基本功能是从高速中频数字信号中提取所需的窄带信号，将其下变频为基带信号，降低数据率，以供后续DSP器件作进一步处理。 在数字下变频器的设计和实现方面，本文先介绍了数字下变频器的原理和基本结构，然后根据系统要求对其进行了设计，并在实现上作了一些简化，节约了硬件资源。 在对时间同步的设计和实现方面，本文采用了利用PN序列进行时间同步的算法。在实现上根据系统实际情况将数据分为四路分别与本地PN码做滑动相关运算，更有效的利用了同步数据，达到了更好的同步性能。 在OFDM的频率同步的设计和实现方面，本文采用重复的PN码两两相关来估计频偏值，并联合一个二阶负反馈环路进行补偿。该算法利用环路自身噪声带宽抑制噪声，提高频率估计精度，并同时利用负反馈扩大频偏估计范围。本文在对算法的详细研究分析的基础上对其进行了FPGA设计与实现。
上传时间： 2013-04-24
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低密度校验码（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一种性能接近香农极限的信道编码，已被广泛地采用到各种无线通信领域标准中，包括我国的数字电视地面传输标准、欧洲第二代卫星数字视频广播标准（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至将来4G通信系统中的核心技术之一。 当今LDPC码构造的主流方向有两个，分别是结合准循环（QC，Quasi Cyclic）移位结构的单次扩展构造和类似重复累积（RA，Repeat Accumulate）码构造。相应地，主要的LDPC码编码算法有基于生成矩阵的算法和基于迭代译码的算法。基于生成矩阵的编码算法吞吐量高，但是需要较多的寄存器和ROM资源；基于迭代译码的编码算法实现简单，但是吞吐量不高，且不容易构造高性能的好码。 本文在研究了上述几种码构造和编码算法之后，结合编译码器综合实现的复杂度考虑，提出了一种切实可行的基于二次扩展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC码构造方法，以实现高吞吐量的LDPC码收发端；并且充分利用该类码校验矩阵准循环移位结构的特点，结合RU算法，提出了一种新编码器的设计方案。 基于二次扩展的QC-LDPC码构造方法，是通过对母矩阵先后进行乱序扩展（Pex，Permutation Expansion）和循环移位扩展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）实现的。在此基础上，为了实现可变码长、可变码率，一般编译码器需同时支持多个乱序扩展和循环移位扩展的扩展因子。本文所述二次扩展构造方法的特点在于，固定循环移位扩展的扩展因子大小不变，支持多个乱序扩展的扩展因子，使得译码器结构得以精简；构造得到的码字具有近似规则码的结构，便于硬件实现；（伪）随机生成的循环移位系数能够提高码字的误码性能，是对硬件实现和误码性能的一种折中。 新编码器在很大程度上考虑了资源的复用，使得实现复杂度近似与码长成正比。考虑到吞吐量的要求，新编码器结构完全抛弃了RU算法中串行的前向替换（FS，Forward Substitution）模块，同时简化了流水线结构，由原先RU算法的6级降低为4级；为了缩短编码延时，设计时安排每一级流水线计算所需的时钟数大致相同。 这种码字构造和编码联合设计方案具有以下优势：相比RU算法，新方案对可变码长、可变码率的支持更灵活，吞吐量也更大；相比基于生成矩阵的编码算法，新方案节省了50％以上的寄存器和ROM资源，单位资源下的吞吐量更大；相比类似重复累积码结构的基于迭代译码的编码算法，新方案使高性能LDPC码的构造更为方便。以上结果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到验证。 通过在实验板上实测表明，上述基于二次扩展的QC-LDPC码构造和相应的编码方案能够实现高吞吐量LDPC码收发端，在实际应用中具有很高的价值。 目前，LDPC码正向着非规则、自适应、信源信道及调制联合编码方向发展。跨层联合编码的构造方法，及其对应的编码算法，也必将成为信道编码理论未来的研究重点。
上传时间： 2013-07-26
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