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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微电子技术的发展，特别是可编程逻辑器件的产生加速了电子设计技术的发展，现代电子设计技术的核心日趋转向基于计算机的电子设计自动化技术，即EDA技术。EDA技术采用的自顶向下设计流程代替了原有的自下而上设计流程，缩短了集成电路的开发周期，节省了开发费用，促进了集成电路的发展。布局布线是计算机设计自动化的一个重要环节，也是计算机辅助设计的一个重要课题，其性能的好坏直接影响到电子设计自动化技术的可靠性。 本文首先介绍了布局布线前的背景知识，然后对学术上成熟的VPR布局布线工具所采用的算法进行了阐述，分别介绍用于布局的模拟退火算法和布线的A*迭代式迷宫搜索算法，最后重点研究了自动布线算法，并作出了以下改进；根据FPGA布线算法的需要对双向启发式搜索算法进行了相应的理论分析及改进；基于VPR实现了网线递增排序方法，并与网线递减排序进行了比较；在原有的时序驱动布线启发式函数中引入了面积约束条件以节约FPGA布线的面积。 通过对测试数据的分析比较，发现：引入双向启发式搜索算法能大大增加布线拆线的速度；递增有序比递减有序布线减少了运行时间；时序驱动布线算法中引入面积约束后，大大减少了布线面积。
上传时间： 2013-07-17
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在信道编码的发展进程中，编码研究人员一直致力于追寻性能尽可能的接近Shannon极限，且译码复杂度较低的信道编码方案。1993年Berrou等提出了Turbo码，这种码在接近香农极限的低信噪比下仍能够获得较低的误码率，它的出现在编码界引起了广泛的关注，并成为编码研究领域最新的发展方向之一。但Turbo码也有其缺点，由于交织器的存在，致使译码复杂度高，译码时延长且因为低码重码字，存在错误平台现象。在Turbo码的基础上，1994年，Pyndiah等提出了Turbo乘积码，Turbo乘积码继承了Turbo码的优点，又因为Turbo乘积码的构造采用了线性分组码，所以译码方法比Turbo码简单。Turbo乘积码近年来开始被广泛到应用到各种通信场合，大有取代传统的卷积码之势。 本文首先围绕Turbo乘积码的编译码原理，阐述了涉及到的基础知识；又据Turbo乘积码目前的应用状况，回顾了Turbo码的发展历史；其次，根据Turbo乘积码的构造原理，探讨了构造的方法，交织类型，子码的选择及子码的性能；再次，研究了Turbo乘积码的概率译码，基于外信息的迭代算法，研究了Chase的译码算法；最后通过软件仿真实现了该迭代译码算法，得到的结果达到了通信接收的要求。 本文还初步的阐述了Turbo乘积码硬件实现系统的设计方案。据实际工作中碰到的非标准信号，给出了整体模块设计图，及相应模块的功能和模块问连接的各种参数。并实现了模态下的同步搜索和去除相位模糊功能。最后根据研究中碰到的各种问题，提出了下一步工作建议和研究方向。
上传时间： 2013-07-02
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本文提出了一种高速Viterbi译码器的FPGA实现方案。这种Viterbi译码器的设计方案既可以制成高性能的单片差错控制器，也可以集成到大规模ASIC通信芯片中，作为全数字接收的一部分。 本文所设计的Viterbi译码器采用了基四算法，与基二算法相比，其译码速率在理论上约提升一倍。加一比一选单元是Viterbi译码器最主要的瓶颈所在，本文在加一比一选模块中采用了全并行结构的设计方法，这种方法虽然增加了硬件的使用面积，却有效的提高了译码器的速率。在幸存路径管理部分采用了两路并行回溯的设计方法，与寄存器交换法相比，回溯算法更适用于FPGA开发设计。为了提高译码性能，减小译码差错，本文采用较大译码深度的回溯算法以保证幸存路径进行合并。实现了基于FPGA的误码测试仪，在FPGA内部完成误码验证和误码计数的工作。 与基于软件实现译码过程的DSP芯片不同，FPGA芯片完全采用硬件平台对Viterbi译码器加以实现，这使译码速率得到很大的提升。针对于具体的FPGA硬件实现，本文采用了硬件描述语言VHDL来完成设计。通过对译码器的综合仿真和FPGA实现验证了该方案的可行性。译码器的最高译码输出速率可以达到60Mbps。
上传时间： 2013-04-24
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双基地合成孔径雷达(简称双基地SAR或Bistatic SAR)是一种新的成像雷达，也是当今SAR技术的一个发展方向，在军用及民用领域都具有良好的应用前景，近年来成为研究的热点。本文则侧重于研究双基地SAR的距离一多普勒(R-D)成像算法的实现。 在双基地SAR系统及成像算法的研究方面，推导了双基地SAR的系统分辨特性及雷达方程，分析了主要系统参数之间的约束关系。针对正侧视机载双基地SAR系统，本文对距离一多普勒算法进行了推广。最后得到点目标的仿真结果。 在成像算法的FPGA实现上，在System Generator环境下对算法进行定点仿真。完成距离一多普勒成像算法的硬件实现，其中包括了FFT快速傅立叶变换、硬件乘法器、：Rocket I/O接口设计、DCM数字时钟管理等主要部分。针对硬件实现的特点，对算法的部分运算进行了简化。 为了对算法实现进行验证，设计开发了该算法的硬件测试平台。主要基于ML310评估板上XC2VP30芯片中嵌入的Power PC 405，完成其硬件部分的设计，主要包括了Aurora协议接口、RS-232串行接口、DDR RAM接口以及其它如中断、时钟等部分。
上传时间： 2013-07-26
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作为一项正在兴起的无线应用服务,无线局域网已在机场、校园、会议室、甚至在家庭都有所应用.它正叩开高速无线数据业务市场的大门.目前,无线局域网仍处于众多标准共存时期.每一标准的背后都有大公司或者大集团的支持.在众多无线局域网协议中IEEE802.11a协议是很有特色的一个,它的优势在于采用了正交频分复用(OFDM)方式来传输数据,该技术可帮助提高速度和改进信号质量,并可克服干扰,因此得到众多关注.为了让这种高速的局域网真正应用到实际中,我们的项目就是要在硬件上实现基于IEEE802.11a协议的OFDM系统的发射机和接收机,而本文的主要工作就是用FPGA实现这个系统的内接收机.内接收机主要包括同步估计和信道估计.但是目前OFDM系统中包括同步、信道编码、信道估计、用户检测、降低峰均比等一些关键技术在具体实现上还存在着一些困难.许多文献对这些关键技术基本停留在理论上的讨论,与具体的实现还存在很大的差距.因此本文通过研究同步和信道估计的多种算法的性能和其实现的复杂度,提出一种适合在IEEE802.11a协议环境下的同步算法和信道估计,用FPGA加以实现.首先本文总结了目前OFDM系统信道估计的算法.在此基础上详细的讨论了基于IEEE802.11a协议的OFDM系统可以采用的信道估计方法:(1)提出了借助训练序列的LS估计法和LS-average估计法,分别在AWGN信道和多径信道对这两种方法进行了比较,证明无论在哪种信道环境下后者性能都要好于前者.为了能够进一步提高信道估计器的性能,在LS-average算法的基础上提出了消噪算法(NRA).(2)提出了借助导频的DFT插值算法.其次本文总结了目前OFDM系统同步的算法.OFDM系统同步包括定时同步和载波同步,其中定时同步又分为符号同步和抽样同步.本文主要是研究定时同步,而载波同步只是简单的讨论,因为在这项目中这是另有负责人.本文针对基于IEEE802.11a协议的OFDM系统把定时同步分为粗定时同步和细定时同步.然后分别对粗定时同步和细定时同步进行了详细的讨论.其中对粗定时同步的方法有:利用短训练序列和利用循环前缀,并对这两种方法进行了比较.对细定时同步是利用导频来跟踪.最后根据前面两章提出的算法所分析的结果,以及突发OFDM系统的信号和信道特征,选取了其中一种信道估计算法和定时同步算法,结合合作伙伴所提出的载波同步算法一起用FPGA实现整个基于IEEE802.11a协议的OFDM系统的内接收机,并分别测试了各个模块的性能以及综合模块的性能.
上传时间： 2013-05-26
上传用户：zhengzg
加密算法一直在信息安全领域起着无可替代的作用,它直接影响着国家的未来和发展.随着密码分析水平、芯片处理能力和计算技术的不断进步,原有的数据加密标准(DES)算法及其变形的安全强度已经难以适应新的安全需要,其实现速度、代码大小和跨平台性均难以继续满足新的应用需求.在未来的20年内,高级加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.高级加密标准算法是采用对称密钥密码实现的分组密码,支持128比特分组长度及128比特、192比特与256比特可变密钥长度.无论在反馈模式还是在非反馈模式中使用AES算法,其软件和硬件对计算环境的适应性强,性能稳定,密钥建立时间优良,密钥灵活性强.存储需求量低,即使在空间有限的环境使用也具备良好的性能.在分析高级加密标准算法原理的基础上,描述了圈变换及密钥扩展的详细编制原理,用硬件描述语言(VHDL)描述了该算法的整体结构和算法流程.详细论述了分组密码的两种运算模式(反馈模式和非反馈模式)下算法多种体系结构的实现原理,重点论述了基本体系结构、循环展开结构、内部流水线结构、外部流水线结构、混合流水线结构及资源共享结构等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基础上,采用自顶向下设计思想,论述了高级加密标准算法的FPGA设计方法,提出了具体模块划分方法并对各个模块的实现进行了详细论述.圈变换采用内部流水线结构,多个圈变换采用资源共享结构,密钥调度与加密运算并行执行.占用芯片面积及引脚资源较少,在芯片选型方面具有很好的适应性.
上传时间： 2013-06-20
上传用户：fairy0212
目前,以互联网业务为代表的网络应用,正快速地向包括数据、语音、图像的综合宽带多媒体方向发展,构建宽带化、大容量、全业务、智能化的现代通信网络已成为大势所趋.宽带无线接入(BWA)凭借其组网快速灵活、运营维护方便及成本较低等竞争优势,迅速成为市场热点,各种微波、无线通信领域的先进手段和方法不断引入,各种宽带无线接入技术迅速涌现.由于BWA要用于非视距传输,所以必须考虑无线信道的多经效应.而OFDM技术凭借着鲁棒的对抗频率选择性衰落能力和极高频谱效率引起了学术界和工业界的高度重视.其基本思想是把调制在单载波上的高速串行数据流,分成多路低速的数据流,调制到多个正交载波上并行传输,这样在传输时,虽然整个信道是频率选择性衰落,但是各个子信道却是平坦衰落,有效对抗了多经效应,同时由于各个子载波是正交的,极大提高了频谱效率.可以预料的是,随着通信系统将向基于IPv6核心网的全IP包的传输方向发展,越来越多的通信系统将具有"突发模式"的特征.本文关注的正是突发OFDM系统接收机设计和实现.由于IEEE 802.11a无线局域网是OFDM技术第一次真正的应用于突发系统,实现了面向IP的无线宽带传输,所以基于IEEE 802.11a的突发OFDM系统有着重要的借鉴和研究价值,本文也正是围绕着这个中心而展开.本文的各章节安排如下:在第一章中主要介绍OFDM的技术原理和在宽带无线接入中的应用,同时引出本文所关注的突发OFDM接收机设计.在第二章中先介绍了相干接收和信道估计的概念,重点分析了本文所采用的WLAN信道模型和信道估计算法,然后在得到同步误差表达式的基础上,先用星座图直观的表现OFDM系统中各种同步误差的影响,再从信噪比损失的角度对符种同步误差进行分析.第三章是本文的重点之一,在本章中对基于IEEE 802.11a的各种同步算法包括帧检测和符号定时、载波同步和采样时钟同步进行仿真和比较,并针对适合FPGA实现的同步算法进行了重点的分析.第四章也是本文的重点之一,提出了整个OFDM系统平台的硬件结构和基于IEEE 802.11a的接收机FPGA设计方案,然后从整体上介绍了接收机的实现结构,并给出了接收机各个模块的具体设计,最后对整个系统调试过程和测试结果进行了分析.
上传时间： 2013-04-24
上传用户：zhoujunzhen
信息技术的不断发展,对信息的安全提出了更高的要求.在应用公钥密码体制的时候,对密钥长度要求越来越大,处理的速度要求越来越快.而基于椭圆曲线离散对数问题的椭圆曲线密码体制,因其每比特最大的安全性,受到了越来越广泛的注意.椭圆曲线密码体制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速实现也成为一个关注的方面.该文按照确定有限域、选取曲线参数、划分结构模块、优化模块算法、实现模块设计,验证模块功能的顺序进行书写.为了硬件实现上的方便,设计选择了含有Ⅱ型优化正规基的伽略域GF(2191),并在该域上构造了随机的椭圆曲线.根据层次化、结构化的设计思路,将椭圆曲线上的标量乘法运算划分成两个运算层次:椭圆曲线上的运算和有限域上的运算.模块划分之后,利用自底向上的设计思路,主要针对有限域上的乘法运算进行了重要的改进,并对加法群中的标量乘运算的算法进行了分析、证明,以达到面积优化和快速执行的效果.具体设计中,采用硬件描述语言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平台上进行电路设计.完成了各个模块的设计输入和仿真.设计选用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方软件Quartus Ⅱ 2.2进行综合、布局、布线和时序仿真.文中给出了椭圆曲线上的点加、倍点和标量乘法模块的具体设计结构框图.并且根据椭圆曲线的标量乘特点,提出了合适的验证方案.该设计完成了椭圆曲线上的标量乘法运算.设计主要针对资源受限的应用环境:改进了有限域上的乘法运算、使用了没有预处理的标量乘算法.改进后的椭圆曲线标量乘法需要2,741,998个逻辑单元,在100MHz的时钟约束下,运行一次标量乘法运算需要567.69us.该次设计的结果可以直接用来构造椭圆曲线上的签名、验证、密钥交换等算法.
上传时间： 2013-05-24
上传用户：zhuo0008
随着技术的飞速发展,电力电子装置如变频设备、变流设备等容量日益扩大,数量日益增多,使得电网中的谐波污染日益严重,给电力系统和各类用电设备带来危害,轻则增加能耗,缩短设备使用寿命,重则造成用电事故,影响安全生产.电力系统中的谐波问题早在20世纪20年代就引起了人们的注意.近年来,产生谐波的设备类型及数量均已剧增,并将继续增长,谐波造成的危害也日趋严重.该论文分析比较了传统测量谐波装置和基于FPGA的新型谐波测量仪器的特性.分析了基于FFT的谐波测量方法,综述了可编程元器件的发展过程、主要工艺发展及目前的应用情况,并介绍了一种主流硬件描述语言Verilog HDL的语法及其具体应用.分析了高速数字信号系统的信号完整性问题,提出了使用FPGA实现的整合处理器解决高速数字系统信号完整性问题的方法,并比较分析了各种主流的整合处理器解决方案的优缺点.分析了使用实时操作系统进行复杂嵌入式系统软件开发的优缺点,并在该系统软件开发中成功移植应用了实时操作系统UCOSII,改造了该操作系统中内存管理方式.研究了使用FPGA实现FFT算法的优缺点,对比分析了主要硬件实现架构的性能和优缺点,提出了一种基于浮点数的FFT算法FPGA实现架构,详细设计了基于浮点数的硬件乘法器和加法器.该设计架构运行稳定,计算速度快捷.并通过实际仿真验证了该设计的正确性和优越性.最终通过以上工作设计实现了一种新型的基于FPGA的谐波测量仪,该仪器的变送单元和采样单元通过实际型式试验检验,符合设计要求.该仪器的FPGA单元通过系统仿真,符合设计要求.
上传时间： 2013-04-24
上传用户：diertiantang
