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： 2013-04-24
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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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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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可编程逻辑器件FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂可编程逻辑器件)越来越多的应用于数字信号处理领域，与传统的ASIC(专用集成电路)和DSP(数字信号处理器)相比，基于FPGA和CPLD实现的数字信号处理系统具有更高的实时性和可嵌入性，能够方便地实现系统的集成与功能扩展。 FFT的硬件结构主要包括蝶形处理器、存储单元、地址生成单元与控制单元。本文提出的算法在蝶形处理器内引入流水线结构，提高了FFT的运算速度。同时，流水线寄存器能够寄存蝶形运算中的公共项，这样在设计蝶形处理器时只用到了一个乘法器和两个加法器，降低了硬件电路的复杂度。 为了进一步提高FFT的运算速度，本文在深入研究各种乘法器算法的基础上，为蝶形处理器设计了一个并行乘法器。在实现该乘法器时，本文采用改进的布斯算法，用以减少部分积的个数。同时，使用华莱士树结构和4-2压缩器对部分积并行相加。 本文以32点复数FFT为例进行设计与逻辑综合。通过设计相应的存储单元，地址生成单元和控制单元完成FFT电路。电路的仿真结果与软件计算结果相符，证明了本文所提出的算法的正确性。 另外，本文还对设计结果提出了进一步的改进方案，在乘法器内加入一级流水线寄存器，使FFT的速度能够提高到当前速度的两倍，这在实时性要求较高的场合具有极高的实用价值。
上传时间： 2013-07-18
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本文主要对基于FPGA芯片的椭圆曲线密码算法的实现及优化设计进行了研究。由于点乘运算极大影响了椭圆曲线密码系统的加/解密速度，本文对点乘运算的FPGA设计进行了重点优化。首先比较分析了三种点乘算法，从运算复杂度的角度确定了蒙哥马里算法是最利于FPGA芯片实现的。然后根据蒙哥马里算法，用VerilogHDL语言实现了基于FPGA芯片的椭圆域中的基本运算(模加、模乘、模平方和模逆)。通过三种模乘算法在FPGA上的实现，设计出一种串并混合的乘法器，达到了面积与速度的最佳匹配。 本文利用Modelsim对本课题设计的硬件系统进行了仿真实验，验证了所设计的硬件系统完成了椭圆曲线密码算法在FPGA上的实现。最后使用SynplifyPro进行综合及布局布线，综合报告文件证明了本课题所设计的ECC加密系统达到了优化芯片速度和面积的目的。
上传时间： 2013-04-24
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本课题首先研究了常规的RS译码器的算法，确定在关键方程的计算中采用一种新改进的BM算法，然后提出了基于复数基的有限域快速并行乘法器和利用幂指数相减进行除法计算的有限域除法器，通过这些优化方法提高了RS译码器的速度，减少了译码延时和硬件资源使用，最后利用VHDL硬件描述语言在FPGA上实现了流水线处理的RS(255,223)译码器。 本课题实现的RS(255,223)硬件译码器的性能在国内具有领先水平，对我国以后航天项目高速数据传输系统的设计有着很大的意义。
上传时间： 2013-06-29
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本文分析了数字音频处理技术中数字滤波器的各种传统实现算法,尤其是研究了FIR数字滤波器的实现算法,在分析了数字滤波器的传统算法的基础上,针对家用和便携式音频处理系统,提供一种基于FPGA的音频处理器的实现方案,以适应便携式和家用设备对处理器体积和功耗小的发展要求.该方案对实现N阶FIR数字滤波器的传统算法进行了改良,将滤波器的系数用浮点数表示法来表示,使得原本至少需要一个乘法器和一个加法器来实现滤波功能,现在仅需要若干次加法和移位运算就可以实现,很大程度降低了设计的复杂度和系统功耗,也减少了芯片的面积.同时采用硬件描述语言VHDL实现了音频处理器各个模块的设计.
上传时间： 2013-06-02
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本文采用基于运动补偿的算法,对去隔行系统及其FPGA设计作了深入的研究.该系统包括三个关键模块运动估计模块是去隔行系统的设计重点,设计为双向运动估计,采用菱形快速搜索算法,主要分为计算和控制两大部分.计算部分为SAD计算模块,采用累加树和流水线技术;控制部分根据菱形搜索算法的第三步搜索的特点,对比较模块、SAD暂存器等模块做了具体的设计.对于运动补偿模块采用双向补偿的算法,补偿精度为半像素.根据半像素点的位置将运动补偿计算分为四个状态,并通过对四个状态计算特点的分析设计了加法器的结构复用.同时基于视频数据处理的需要,设计了四个具有双体存储结构的内部缓存器,由FPGA内部的嵌入式阵列块实现.根据运动估计模块和运动补偿模块的计算特点,分别对缓存器的结构、读写时序和列序号控制进行设计,有效提高了数据的存取效率.本文对于这三个去隔行系统的关键模块都给出了RTL级设计和模块的功能仿真,并在最后一章中给出了去隔行系统的FPGA设计.
上传时间： 2013-06-11
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本文主要研究基于FPGA的高速流水线工作方式的FFT实现。围绕这个目标利用Xilinx公司VIRTEX_Ⅱ系列FPGA，及其提供的ISE设计工具、modelsim仿真工具、Synplify综合工具及MATLAB，完成了流水线工作方式的FFT中基于每一阶运算单元的高效复数乘法器的设计、各阶控制单元的设计、数据存储器的设计，从而完成1024点流水线工作方式的FFT，达到工作在50MHZ时钟频率的设计要求。
上传时间： 2013-04-24
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本文结合工程需要详细论述了一种数字相位计的实现方法，该方法是基于FPGA(现场可编程门阵列)芯片运用FFT(快速傅立叶变换)算法完成的。首先，从相位测量的原理出发，分析了传统相位计的缺点，给出了一种高可靠性的相位检测实用算法，其算法核心是对采集信号进行FFT变换，通过频谱分析，实现对参考信号和测量信号初相位的检测，并同时阐述了FPGA在实现数字相位计核心FFT算法中的优势。在优化的硬件结构中，利用多个乘法器并行运算的方式加快了蝶形运算单元的运算速度；内置双端口RAM、旋转因子ROM使数据存储的速度得到提高；采用了流水线的工作方式使数据的存储、运算在时间上达到匹配。整个设计采用VHDL(超高速硬件描述语言)语言作为系统内部硬件结构的描述手段，在Altera的QuartusⅡ软件支持下完成。仿真结果表明，基于FPGA实现的FFT算法无论在速度和精度上都满足了相位测量的需要，其运算64点数据仅需27.5us，最大误差在1％之内。
上传时间： 2013-06-04
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