基于FPGA的可编程数字滤波器系统,基于FPGA的数字滤波器的设计与实现,基于FPGA流水线分布式算法的FIR滤波器的实现
上传时间： 2014-01-19
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现代数字信号处理对实时性提出了很高的要求，当最快的数字信号处理器(DSP)仍无法达到速度要求时，唯一的选择是增加处理器的数目，或采用客户定制的门阵列产品。随着可编程逻辑器件技术的发展，具有强大并行处理能力的现场可编程门阵列(FPGA)在成本、性能、体积等方面都显示出了优势。本文以此为背景，研究了基于FPGA的快速傅立叶变换、数字滤波、相关运算等数字信号处理算法的高效实现。 首先，针对图像声纳实时性的要求和FPGA片内资源的限制，设计了级联和并行递归两种结构的FFT处理器。文中详细讨论了利用流水线技术和并行处理技术提高FFT处理器运算速度的方法，并针对蝶形运算的特点提出了一些优化和改进措施。 其次，分析了具有相同结构的数字滤波和相关运算的特点，采用了有乘法器和无乘法器两种结构实现乘累加(MAC)运算。无乘法器结构采用分布式算法(DA)，将乘法运算转化为FPGA易于实现的查表和移位累加操作，显著提高了运算效率。此外，还对相关运算的时域多MAC方法及频域FFT方法进行了研究。 最后，完成了图像声纳预处理模块。在一片EP2S60上实现了对160路信号的接收、滤波、正交变换以及发送等处理。实验表明，本论文所有算法均达到了设计要求。
上传时间： 2013-06-09
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在现代电子系统中，数字化已经成为发展的必然趋势，接收机数字化是电子系统数字化中的一项重要内容，对数字化接收机的研究具有重要的意义。随着数字化理论和微电子技术的迅速发展，高速的中频数字化接收机的实现已经成为可能。本文研究了一种基于FPGA的软件无线电数字接收平台的设计，并着重研究了其中数字中频处理单元的设计和实现。FPGA器件具有设计灵活、开发周期短和开发成本低等优点，所以广泛应用于各种通信系统中。相比于传统的DSP串行结构，FPGA能够进行流水线性设计，对数据进行并行处理，所以FPGA在进行数据量大，要求实时处理的系统设计时有很大的优势。 本文首先首先分析了软件无线电当前的发展趋势及技术现状，针对存在的处理速度跟不上的DSP瓶颈问题，提出了中频软件无线电的FPGA实现方案。本文以FPGA实现为重点，在深入分析软件无线电相关理论的基础上，着重研究和完成了中频软件无线电数字接收平台两大模块的FPGA实现：数字下变频相关模块和数字调制解调模块。其中，在深入研究数字下变频实现结构的基础上，首先对数字下变频模块的数控振荡器(NCO)采用了直接频率合成技术(DDS)实现，其频率分辨率高，灵活，易于实现；高效抽取滤波器组由积分梳状滤波器(CIC)，半带滤波器(HB)，FIR滤波器组成。对积分梳状滤波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理论对内部寄存器的位宽进行改进，极大地节约了资源，提高了运行速率。对FIR滤波器和半带滤波器采用了(DA)分布式算法，它的运行速度只与数据的宽度有关，只有加减法运算和二进制除法，既缩减了系统资源又大大节省了运算时间，实现了高效的实时处理。对数字调制解调模块，重点研究和完成了2ASK和2FSK的调制解调的FPGA实现，模块有很好的通用性，能方便地移植到其它的系统中。在文章的最后还对整个系统进行了Matlab仿真，验证了系统设计思想的正确性。在系统各个关键模块的设计过程中，都是先依据一定的设计指标进行verilog编程，然后再在Quartus软件中编译，时序仿真测试，并与Matlab仿真结果进行对比，验证设计的正确性。
上传时间： 2013-05-18
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软件无线电(SDR，Software Defined Radio)由于具备传统无线电技术无可比拟的优越性，已成为业界公认的现代无线电通信技术的发展方向。理想的软件无线电系统强调体系结构的开放性和可编程性，减少灵活性著的硬件电路，把数字化处理(ADC和DAC)尽可能靠近天线，通过软件的更新改变硬件的配置、结构和功能。目前，直接对射频(RF)进行采样的技术尚未实现普及的产品化，而用数字变频器在中频进行数字化是普遍采用的方法，其主要思想是，数字混频器用离散化的单频本振信号与输入采样信号在乘法器中相乘，再经插值或抽取滤波，其结果是，输入信号频谱搬移到所需频带，数据速率也相应改变，以供后续模块做进一步处理。数字变频器在发射设备和接收设备中分别称为数字上变频器(DUC，Digital Upper Converter)和数字下变频器(DDC，Digital Down Converter)，它们是软件无线电通信设备的关键部什。大规模可编程逻辑器件的应用为现代通信系统的设计带来极大的灵活性。基于FPGA的数字变频器设计是深受广大设计人员欢迎的设计手段。本文的重点研究是数字下变频器(DDC)，然而将它与数字上变频器(DUC)完全割裂后进行研究显然是不妥的，因此，本文对数字上变频器也作适当介绍。 第一章简要阐述了软件无线电及数字下变频的基本概念，介绍了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介绍了数控振荡器(NCO)，介绍了两种实现方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的实现。对CORDIc算法作了重点介绍，给出了传统算法和改进算法，并对基于传统CORDIC算法的NCO的FPGA实现进行了EDA仿真。 第三章介绍了变速率采样技术，重点介绍了软件无线电中广泛采用的级联积分梳状滤波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)补偿法，对前者进行了基于Matlab的理论仿真和FPGA实现的EDA仿真，后者只进行了基于Matlab的理论仿真。 第四章介绍了分布式算法和软件无线电中广泛采用的半带(half-band，HB)滤波器，对基于分布式算法的半带滤波器的FPGA实现进行了EDA仿真，最后简要介绍了FIR的多相结构。 第五章对数字下变频器系统进行了噪声综合分析，给出了一个噪声模型。 第六章介绍了数字下变频器在短波电台中频数字化应用中的一个实例，给出了测试结果，重点介绍了下变频器的：FPGA实现，其对应的VHDL程序收录在本文最后的附录中，希望对从事该领域设计的技术人员具有一定参考价值。
上传时间： 2013-06-30
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软件无线电作为一种新的无线通信概念和体制，近年来随着3G标准的提出，日益受到国内外相关通信厂商的重视。尤其是基于软件无线电和智能天线技术的TD-SCDMA作为通信史上第一个“中国标准”，有望扭转多年来我国移动通信制造业的被动局面，是实现信息产业腾飞的一个绝好机会。软件无线电使得通信体制具有很好的通用性、灵活性和可配置性，并使系统互联和升级变得容易。本文以软件无线电中的FIR滤波器为线索，贯穿了信号重构、多抽样率信号处理、积分梳状滤波器等理论分析，重点阐释了FIR滤波器的设计方法及滤波器的FPGA实现等技术问题。 本文首先针对软件无线电中的多抽样率信号处理理论进行了讨论和分析。讨论了软件无线电中如何实现整数倍抽取、整数倍内插、分数倍抽样率变换，并分析了网络结构的等效变换、多相滤波及积分梳状滤波器的设计理论。 紧接着重点阐述了软件无线电中FIR滤波器的设计理论，包括窗函数法、频率抽样法及等纹波法。分析了各种设计方法所能达到的性能指标及优缺点，并结合工程实例给出了相关的Matlab程序。并对FIR滤波器结构的选择及系数字长的确定等问题进行了分析。此外，也介绍了在Matlab进行辅助设计时一些常用函数和命令的用法。 本文选用FPGA来实现中频软件无线电，FPGA与参数化ASIC、DSP比较有很多优势，它不但在功耗、体积、成本方面优于参数化ASIC、DSP，而且处理效率高、现场可编程性能良好。不同于DSP的单流处理方式，FPGA是多流并行处理，这种处理方式使FPGA能完成DSP难以实现的许多功能。在简单介绍了FPGA的一般原理，以及FPGA设计中的关键技术和在信号处理中的设计原则以后，重点介绍了FIR滤波器的FPGA实现方法。提出了分布式算法、加法器网络法以及分段FIFO等实现方法。最后，提出了一种QuartusII与MATLAB联合仿真的方法。此方法能够直观的检验滤波器的滤波效果，提高设计效率。并结合工程实例详尽的介绍了FIR滤波器的设计开发流程。
上传时间： 2013-04-24
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伴随高速DSP技术的广泛应用，实时快速可靠地进行数字信号处理成为用户追求的目标。同时，由于可编程器件在速度和集成度方面的飞速提高，使得利用硬件实现数字信号实时快速可靠处理有了新的途径。 FIR滤波器是数字信号处理中常用部件，它的最大优点在于：设计任何幅频特性时，可以具有严格的线性相位，这一点对数字信号的实时处理非常关键。 FPGA是常用的可编程器件，它所具有的查找表结构非常适用于实现实时快速可靠的FIR滤波器，在加上VHDL语言灵活的描述方法以及与硬件无关的特点，使得使用VHDL语言基于FPGA芯片实现FIR滤波器成为研究的方向。 本文对基于FPGA的FIR数字滤波器实现进行了研究，并设计了一个16阶的FIR低通滤波器。所做的主要工作为： 1.以FIR数字滤波器的基本理论为依据，使用分布式算法作为滤波器的硬件实现算法，并对其进行了详细的讨论。针对分布式算法中查找表规模过大的缺点，采用多块查找表的方式减小硬件规模。 2.在设计中采用了自顶向下的层次化、模块化的设计思想，将整个滤波器划分为多个模块，利用VHDL语言的描述方法进行了各个功能模块的设计，最终完成了FIR数字滤波器的系统设计。 3.采用FLEX10K系列器件实现一个16阶的FIR低通滤波器的设计实例，用MAX+PLUSII软件进行了仿真，并用MATLAB对仿真结果进行了分析，证明所设计的FIR数字滤波器功能正确。 仿真结果表明，本论文所设计的FIR滤波器硬件规模较小，采样率达到了17.73MHz。同时只要将查找表进行相应的改动，就能分别实现低通、高通、带通FIR滤波器，体现了设计的灵活性。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：zdluffy
随着雷达、图像、通信等领域对信号高速处理的要求，研究人员正寻求高速的数字信号处理算法，以满足这种高速地处理数据的需要。常用的高速实时数字信号处理的器件有ASIC、可编程的数字信号处理芯片、FPGA，等等。 本文研究了时域FPGA上实现高速高阶FIR数字滤波器结构，并实现了高压缩比的LFM脉冲信号的匹配滤波。文章根据FIR数字滤波器理论，分析比较实现了FIR滤波器的方法；使用并行分布式算法，在Xilinx的VirtexⅡFPGA系列芯片上设计了高速高阶FIR滤波器。并详细进行了分析；设计出了一个256阶的线性调频脉冲压缩信号的匹配滤波器设计实例，并用ModelSim软件进行了仿真。
上传时间： 2013-07-18
上传用户：yt1993410
数字滤波作为数字信号处理技术的重要组成部分，广泛应用于诸如信号分离、恢复、整形等多种场合中，本文讨论的FIR滤波器因其具有严格的线性相位特性而得到广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性,但目前常用的一些软件或硬件实现方法则难以同时达到两方面的要求。 可编程逻辑器件是一种用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。本课题研究FIR的FPGA解决方案体现电子系统的微型化和单片化，主要完成的工作如下: (1)以FIR滤波器的基本理论为依据，研究适应工程实际的数字滤波器的设计方法： (2)对分布式算法进行了较为深入的研究。在阐述算法原理的基础上，分析了利用FPGA特有的查找表结构完成这一运算的方法，从而解决了常系数乘法运算硬件实现的问题； (3)以—FIR低通滤波器为例说明FIR数字滤波器的具体实现方法，采用层次化、模块化、参数化的设计思想，完成对整个FIR滤波器的功能模块的划分，以及各个功能模块的具体设计； (4)设计参数可调的FIR低通滤波器的硬件电路：以EPFlK50TCl44-l为核心，包括A/D转换电路、D/A转换电路以及在系统配置电路等。以话音作为输入信号，进行了实际滤波效果的测试。 实验系统的测试结果表明，和传统的数字滤波器相比较具有更好的实时性、准确性、灵活性和实用性。
上传时间： 2013-07-13
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本文对16QAM基带Modem的FPGA芯片设计进行了研究与论述.首先介绍了16QAM调制的原理和16QAM基带Modem的FPGA芯片总体设计,以及一些FPGA设计的基本原则.接着介绍了高性能滤波器的FPGA设计方法,并采用多相结构滤波器和分布式算法(DA)设计了发送端平方根升余弦滚降滤波器.然后介绍了自适应盲均衡器的设计,该均衡器是一个复数结构的横向滤波器,采用复用抽头的结构来节省资源,本文对自适应均衡器的核心运算单元-采用booth编码算法设计的高性能乘累加(MAC)运算单元进行了详细描述.接下来介绍了载波恢复环路的FPGA设计,这是一个数字二阶锁相环,本文推导了数字二阶锁相环和模拟二阶锁相环的对应关系.DD相位检测算法中的反正切函数tan
上传时间： 2013-04-24
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随着数字信号处理技术应用的不断深入，数字信号处理系统的实现面临着很多挑战，其中面临的四个主要问题是：速度、设计规模、功耗和开发周期。因此许多数字信号处理的实现方法被提出，其中基于FPGA的实现技术就是其中的重要技术之一。 本文以数字信号处理系统的实现为应用背景，着重研究了基于FPGA的数字滤波器实现技术。本文分为两个主要部分： 第一部分以Xilinx公司的FPGA为例，总结了FPGA设计的基本方法及设计流程，并在此基础上介绍了一种用于产品快速开发的设计方式—基于SystemGenerator的设计方式，这种设计方式向数字信号处理系统的设计者提供了自上而下的FPGA解决方案。 第二部分系统地研究了基于FPGA的数字滤波器实现技术。该部分首先研究了三种适合于FPGA的FIR滤波器实现方法，直接结构、转置结构及分布式算法。其次，讨论了针对直接结构FIR滤波器的乘法器优化技术，CSD编码和系数分解，以及针对转置结构FIR滤波器的乘法器优化技术，简化加法器图，并结合实例给出了它们的优化效果。再次，介绍了直接结构FIR滤波器中常用多操作数加法实现方法，二叉树和Wallace树，并在Wallace树的基础上提出了一种适合于FPGA的1比特多操作数加法结构，这种实现结构在实现采样字长与系数字长均为l比特的FIR滤波器时，使FPGA的资源利用率得到明显提高。最后还给出了三种FIR滤波器实现方法在FPGA中应用的优缺点及其适用性，并给出了一个带通滤波器的设计实例。 论文的研究成果已应用于“北斗一号”导航定位接收机中。
上传时间： 2013-08-01
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