软件无线电技术自20世纪90年代提出以后，在许多通信系统中得到了广泛应用。本文研究了一种软件无线电数字通信系统方案的设计，并着重研究了其中中频处理单元的设计和实现。针对实际应用，本文提出了一个基于FPGA和DSP的软件无线电中频/基带数字化处理系统的设计方案。该系统的特点是所有的中频信号处理算法全部由软件实现，它主要包括高速A/D、超大规模FPGA芯片、高速DSP芯片和外部存储器等，其中超大规模FPGA芯片和高速的DSP芯片是系统的核心。DSP芯片采用的是TI公司的C6416，FPGA芯片采用的是Xilinx公司的XC2V2000FG676，既兼顾速度和灵活性，又具有较强的通用性。 本文根据“基于FPGA的中频数字化处理平台的建立及若干关键算法的实现”研究课题，主要完成了软件无线电通信系统中频数字化若干关键算法实现的任务，具体包括通用数字中频板的设计、中频板上FPGA和DSP、D/A的接口设计、各种数字通信关键技术（数字上/下变频、调制解调、信道编译码、交织解交织等）的FPGA实现。本文研究的系统分别在Matlab、ISE、Modelsim、Visual DSP++、ChipScope Pro等软件中进行了仿真和验证，并已交付使用。结果表明，本文提出的方案正确可行，达到了预定要求。本文的工作对其它软件无线电系统的实现也具有较大的参考价值。
上传时间： 2013-04-24
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在船舶交管系统中，雷达信息处理是最重要的组成部分。视频回波处理中的杂波处理要求实时性很高，大约要在一个距离单元的时间(0.05-0.1us)内完成。杂波处理如恒虚警处理本身比较复杂，这类处理过程又要求快速，图像显示系统要求及时的把接收到的雷达方位数据从极坐标转换成直角坐标。在软件上实现这些算法虽然精度可以达到，但是实时性问题不能满足。因此这类问题多采用高速专用数字设备来实现。FPGA在数字信号处理领域有非常广阔的应用前景，以其优良的性能在数字信号处理中发挥了重大的作用。CORDIC算法可以在硬件上以很高的精度实现一些函数和运算。针对以上几点，本文提出了利用CORDIC算法，基于FPGA来实现雷达信号处理和图像显示的算法研究，用硬件来实现正弦、余弦、正切、乘法、除法、指数和对数等基本函数和运算，把他们设计成为可重用的IP core，这样可以满足实时性和精度的问题。从而在将来的算法研究中方便的调用，这样在算法研究中可以节约大量的时间，在一定程度上降低研究的难度。 围绕雷达信号处理和图像显示，本次课题设计主要做了如下工作： 1．对CORDIC算法进行分析和研究，以及它在雷达信号处理和图像显示中的影响。 2．成功用硬件描述语言在Xilinx公司软件ISE的环境下编写代码，在Synplify和Modelsim上做了综合和仿真。 3．对实验结果进行精度和速度分析。 4．对雷达信号处理和图像显示的相关算法进行分析和研究。 5．从实例分析IP core的特点，对算法研究的影响和IP core在雷达信号处理和图像显示中的应用。 最终在实践环节，成功利用CORDIC算法，在FPGA上实现可重用的IP core，这些IP core能够以很高的精度实现一些基本函数和运算，在雷达信号处理与图像显示中起到很大的作用。
上传时间： 2013-07-16
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近年来，人们对无线数据和多媒体业务的需求迅猛增加，促进了宽带无线通信新技术的发展和应用。正交频分复用 (Orthogonal Frequency Division Multiolexing，OFDM)技术已经广泛应用于各种高速宽带无线通信系统中。然而 OFDM 系统相比单载波系统更容易受到频偏和时偏的影响，因此如何有效地消除频偏和时偏，实现系统的时频同步是 OFDM 系统中非常关键的技术。 本文讨论了非同步对 OFDM 系统的影响，分析了当前用于 OFDM 系统中基于数据符号的同步算法，并简单介绍非基于数据符号同步技术。基于数据符号的同步技术通过加入训练符号或导频等附加信息，并利用导频或训练符号的相关性实现时频同步。此算法由于加入了附加信息，降低了带宽利用率，但同步精度相对较高，同步捕获时间较短。 随着电子芯片技术的快速发展，电子设计自动化 (Electronic DesignAutomation，EDA) 技术和可编程逻辑芯片 (FPGA/CPLD) 的应用越来越受到大家的重视，为此文中对 EDA 技术和 Altera 公司制造的 FPGA 芯片的原理和结构特点进行了阐述，还介绍了在相关软件平台进行开发的系统流程。 论文在对基于数据符号三种算法进行较详细的分析和研究的基础上，尤其改进了基于导频符号的同步算法之后，利用 Altera 公司的 FPGA 芯片EP1S25F102015 在 OuartusⅡ5.0 工具平台上实现了 OFDM 同步的硬件设计，然后进行了软件仿真。其中对基于导频符号同步的改进算法硬件设计过程了进行了详细阐述。不仅如此，对于基于 PN 序列帧的同步算法和基于循环前缀 (Cycle Prefix，CP) 的极大似然 (Maximam Likelihood,ML)估计同步算法也有具体的仿真实现。 最后，文章还对它们进行了比较，基于导频符号同步设计的同步精度比较高，但是耗费芯片的资源多，另一个缺点是没有频偏估计，因此运用受到一定限制。基于 PN 序列帧的同步设计使用了最少的芯片资源，但要提取 PN 序列中的信号数据有一定困难。基于循环前缀的同步设计占用了芯片 I/O 脚稍显多。这几种同步算法各有优缺点，但可以根据不同的信道环境选用它们。
上传时间： 2013-04-24
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使用Java语言有非常多的好处，如安全的对象引用、语言级支持多线程和跨平台等特性。但是嵌入式系统中Java语言的应用却很少见，这是由于Java如下两方面的不足： (1)Java虚拟机实现需要大量的硬件资源；(2)Java语言的运行时间不可预测。 为此，本论文将实现一个能够应用在低端FPGA器件的实时Java虚拟机。论文的主要创新点如下： 1．使用基于堆栈的RISC模型处理器实现CISC模型的JVM； 2．处理器微指令无任何相关性； 3．所设计的JVM能使Java程序拥有足够的底层访问能力。 论文的主要内容和工作如下： 1．制定基于堆栈的RISC结构处理器各级结构。 2．设计简洁高效的处理器微指令，并且微指令能够满足字节码的需要。 3．制定Java字节码到处理器代码的转换关系和快速转换结构。 4．设计中使用高速缓存，提高运行速度。 5．优化堆栈的硬件结构，使得出栈入栈操作更加简洁快速。 6．设计一系列的本地方法，使得Java程序能够直接访问底层资源。 7．将Java类库使用本地方法实现。 8．自定义程序在内存中的结构，并使用装载工具实现。 9．制定处理外围数据处理机制，如IO和内存接口10．制定中断处理方式，并且实现软中断的机制。
上传时间： 2013-06-11
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数字滤波器是现代数字信号处理系统的重要组成部分之一。ⅡR数字滤波器又是其中非常重要的一类虑波器，因其可以较低的阶次获得较高的频率选择特性而得到广泛应用。 本文研究了ⅡR数字滤波器的常用设计方法，在分析各种ⅡR实现结构的基础上，利用MATLAB针对并联型结构的ⅡR数字滤波器做了多方面的仿真，从理论分析和仿真情况确定了所要设计的ⅡR数字滤波器的实现结构以及中间数据精度。然后基于FPGA的结构特点，研究了ⅡR数字滤波器的FPGA设计与实现，提出应用流水线技术和并行处理技术相结合的方式来提高ⅡR数字滤波器处理速度的方法，同时又从ⅡR数字滤波器的结构特性出发，提出利用ⅡR数字滤波器的分解技术来改善ⅡR滤波器的设计。在ⅡR实现方面，本文采用Verilog HDL语言编写了相应的硬件实现程序，将内置SignalTap Ⅱ逻辑分析器的ⅡR设计下载到FPGA芯片，并利用Altera公司的SignalTap Ⅱ逻辑分析仪进行了定性测试，同时利用HP频谱仪进行定性与定量的观测，仿真与实验测试结果表明设计方法正确有效。
上传时间： 2013-04-24
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回波抵消器在免提电话、无线产品、IP电话、ATM语音服务和电话会议等系统中，都有着重要的应用。在不同应用场合对回波抵消器的要求并不完全相同，本文主要研究应用于电话系统中的电回波抵消器。电回波是由于语音信号在电话网中传输时由于阻抗不匹配而产生的。 传统回波抵消器主要是基于通用DSP处理器实现的，这种回波抵消器在系统实时性要求不高的场合能很好的满足回波抵消的性能要求，但是在实时性要求较高的场合，其处理速度等性能方面已经不能满足系统高速、实时的需要。现代大容量、高速度的FPGA的出现，克服了上诉方案的诸多不足。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，且其灵活的可配置特性使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、测试和硬件升级。 本文研究目标是如何在FPGA芯片上实现回波抵消器，完成的主要工作有： (1)深入研究了回波抵消器各模块算法，包括自适应滤波算法、远端检测算法、双讲检测算法、NLP算法、舒适噪声产生算法，并实现了这些算法的C程序。 (2)深入研究了回波抵消器基于FPGA的设计流程与实现方法，并利用硬件描述语言Verilog HDL实现了各部分算法。 (3)在OuartusⅡ和ModelSim仿真环境下对该系统进行模块级和系统级的功能仿真、时序仿真和验证。并在FPGA硬件平台上实现了该系统。 (4)根据ITU-T G．168的标准和建议，对设计进行了大量的主、客测试，各项测试结果均达到或优于G．168的要求。
上传时间： 2013-06-23
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密集型的矩阵运算在信号处理和图像处理中被广泛应用，而且往往需要系统进行实时运算，这就需要系统具有很高的吞吐率。因此寻找矩阵运算的高速实现方法是很有意义的。FPGA的运算速度快并且可以并行运算，和其它矩阵运算的实现方式相比，FPGA有其独特的优势。本文主要设计并实现了基于FPGA的各种矩阵运算模块。 本文首先介绍了矩阵运算的特点和原理，接着讨论了FPGA浮点运算单元的VHDL设计方法，在此基础上，设计了矩阵相乘累加、三角矩阵求逆和一般矩阵分解求逆的运算模块，给出矩阵阶数扩大时各种矩阵运算的分块实现方法。然后在ModelSim环境下仿真了一般矩阵的求逆模块，与Maflab仿真结果比较，分析了运算精度、时间复杂度和资源占用情况，在Virtex-4系列FPGA硬件平台上进行了调试和测试，并通过USB接口将矩阵运算结果送入PC机，验证了基于FPGA矩阵运算的正确性和可行性。最后对矩阵求逆模块在雷达信号中的应用作了简单介绍。
上传时间： 2013-07-20
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在数字通信中，采用差错控制技术(纠错码)是提高信号传输可靠性的有效手段，并发挥着越来越重要的作用。纠错码主要有分组码和卷积码两种。在码率和编码器复杂程度相同的情况下，卷积码的性能优于分组码。 卷积码的译码方法主要有代数译码和概率译码。代数译码是基于码的代数结构；而概率译码不仅基于码的代数结构，还利用了信道的统计特性，能充分发挥卷积码的特点，使译码错误概率达到很小。 卷积码译码器的设计是由高性能的复杂译码器开始的，对于概率译码最初的序列译码，随着译码约束长度的增加，其译码错误概率可达到非常小。后来慢慢地向低性能的简单译码器演化，对不太长的约束长度，维特比(Viterbi)算法是非常实用的。维特比算法是一种最大似然的译码方法。当编码约束度不太大(小于等于10)或者误码率要求不太高(约10-5)时，Viterbi译码算法效率很高，速度很快，译码器也较简单。 目前，卷积码在数传系统，尤其是在卫星通信、移动通信等领域已被广泛应用。 本论文对卷积码编码和Viterbi译码的设计原理及其FPGA实现方案进行了研究。同时，将交织和解交织技术应用于编码和解码的过程中。 首先，简要介绍了卷积码的基础知识和维特比译码算法的基本原理，并对硬判决译码和软判决译码方法进行了比较。其次，讨论了交织和解交织技术及其在纠错码中的应用。然后，介绍了FPGA硬件资源和软件开发环境Quartus Ⅱ，包括数字系统的设计方法和设计规则。再有，对基于FPGA的维特比译码器各个模块和相应算法实现、优化进行了研究。最后，在Quartus Ⅱ平台上对硬判决译码和软判决译码以及有无交织等不同情况进行了仿真，并根据仿真结果分析了维特比译码器的性能。 分析结果表明，系统的误码率达到了设计要求，从而验证了译码器设计的可靠性，所设计基于FPGA的并行Viterbi译码器适用于高速数据传输的场合。
上传时间： 2013-04-24
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雷达即无线电探测和测距。雷达装在船上用于航行避让、船舶定位和引航的称为船用导航雷达。船用导航雷达是测定本船位置和预防冲撞事故所不可缺少的系统。它能够准确捕获其它船只、陆地、航线标志等物标信息，并将其显示在显示屏上。 本文围绕船用导航雷达展开了研究，研究内容分为以下几个部分： 首先介绍了雷达的概念、基本原理和主要应用，而且详细叙述了船用导航雷达的发展和工作原理及特性。 然后根据雷达的基本原理和船用导航雷达的特点，设计了基于FPGA、ARM、DSP的船用导航雷达系统，并采用了DDR SDRAM存储器。ARM、DSP和FPGA是当今主流的高速数字信号处理芯片，满足了船用导航雷达系统的要求。 最后根据VGA显示器的原理和雷达图像的叠加原理，实现了基于FPGA的VGA雷达图像叠加显示，并得到了所需的雷达图像。从结果可以看出，本系统的设计是符合要求的。
上传时间： 2013-07-20
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目前，数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域，信号处理算法理论己趋于成熟，但其具体硬件实现方法却值得探讨。FPGA是近年来广泛应用的超大规模、超高速的可编程逻辑器件，由于其具有高集成度、高速、可编程等优点，大大推动了数字系统设计的单片化、自动化，缩短了单片数字系统的设计周期、提高了设计的灵活性和可靠性，在超高速信号处理和实时测控方面有非常广泛的应用。本文对FPGA的数据采集与处理技术进行研究，基于FPGA在数据采样控制和信号处理方面的高性能和单片系统发展的新热点，把FPGA作为整个数据采集与处理系统的控制核心。主要研究内容如下： FPGA的单片系统研究。针对数据采集与处理，对FPGA进行选型，设计了基于FPGA的单片系统的结构。把整个控制系统分为三个部分：多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块。 多通道采样控制模块的设计。利用4片AD7506和一片AD7862对64路模拟量进行周期采样，分别设计了通道选择控制模块和A/D转换控制模块，并进行了仿真，完成了基于FPGA的多通道采样控制。 数据处理模块的设计。FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位，因此本文研究了FFT的硬件实现结构，提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想，给出了总体实现框图。分别设计了旋转因子复数乘法器，碟形运算单元，存储器，控制器，并分别进行了仿真。重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元，采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器，从而提高了蝶形处理器的运算速度，降低了运算复杂度。理论分析和仿真结果表明，状态机控制器成功地对各个模块进行了有序、协调的控制。 存储控制模块的设计。利用闪存芯片K9K1G08UOA对采集处理后的数据进行存储，设计了FPGA与闪存的硬件连接，设计了存储控制模块。 本文对FFT算法的硬件实现进行了研究，结合单片系统的特点，把整个系统分为多通道采样控制模块，数据处理模块，存储控制模块进行设计和仿真。设计采用VHDL编写程序的源代码。仿真测试结果表明，此FPGA单片系统可完成对实时信号的高速采集与处理。
上传时间： 2013-07-06
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