本论文主要对无线扩频集成电路设计中的信道编解码算法进行研究并对其FPGA实现思路和方法进行相关研究。 近年来无线局域网IEEE802.11b标准建议物理层采用无线扩频技术，所以开发一套扩频通信芯片具有重大的现实意义。无线扩频通信系统与常规通信相比，具有很强的抗干扰能力，并具有信息荫蔽、多址保密通信等特点。无线信道的特性较复杂，因此在无线扩频集成电路设计中，加入信道编码是提高芯片稳定性的重要方法。 在了解扩频通信基本原理的基础上，本文提出了“串联级联码+两次交织”的信道编码方案。串联的级联码由外码——(15，9，4)里德-所罗门(Reed-Solomon)码，和内码-(2，1，3)卷积码构成，交织则采用交织深度为4的块交织。重点对RS码的时域迭代译码算法和卷积码的维特比译码算法进行了详细的讨论，并完成信道编译码方案的性能仿真及用FPGA实现的方法。 计算机仿真的结果表明，采用此信道编码方案可以较好的改善现有仿真系统的误符号率。 本论文的内容安排如下：第一章介绍了无线扩频通信技术的发展状态以及国内外开发扩频通信芯片的现状，并给出了本论文的研究内容和安排。第二章主要介绍了扩频通信的基本原理，主要包括扩频通信的定义、理论基础和分类，直接序列扩频通信方式的数学模型。第三章介绍了基本的信道编码原理，信道编码的分类和各自的特点。第四章给出了本课题选择的信道编码方案——“串联级联码+两次交织”，详细讨论了方案中里德-所罗门(Reed-Solomon)码和卷积码的基本原理、编码算法和译码算法。最后给出编码方案的实际参数。第五章对第四章提出的编码方案进行了性能仿真。第六章结合项目实际，讨论了FPGA开发基带扩频通信系统的设计思路和方法。首先对FPGA开发流程以及实际开发的工具进行了简要的介绍，然后给出了扩频通信系统的总体设计。对发射和接收子系统中信道编码、解码等相关功能模块的实现原理和方法进行分析。第七章对论文的工作进行总结。
上传时间： 2013-07-07
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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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本文以Turbo码译码器的FPGA实现为目标，对Turbo码的迭代译码算法及用硬件语言实现其译码算法进行了深入研究。 本文首先在理论上对Turbo码的编译码原理进行了深入的研究，并用C语言对其MAP译码算法进行了验证仿真，接着就Turbo码MAP算法的衍生算法即LOG_MAP和MAX_LOG_MAP算法用C程序做了仿真和测试。随后本文就一些对MAP译码性能起着重要影响的参数也用C程序做了仿真对比。 最后，考虑到硬件实现的简化，MAX-Log-MAP算法成为了本文的硬件实现方案。本文采用了模块化设计，在对各个模块进行设计的基础上提出了一些改进的方案，对Turbo码编码器设计中的同步问题进行了改进，对分块并行Turbo码译码算法的硬件实现进行了研究。在设计中综合运用了“自顶向下”和“自下而上”的设计方去，通过功能模块分割，合理设置系统参数，并通过模块之间的参数传递，使Turbo码编译码器具有较好的灵活性。
上传时间： 2013-04-24
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最新的研究进展是OFDM的出现，并且在2000年出现了第一个采用此技术的无线标准(HYPERLAN-Ⅱ)。由于它与TDMA及CDMA相比能处理更高数据速率，因此可以预想在第四代系统中也将使用此技术。 宽带应用和高速率数据传输是OFDM调制/多址技术通信系统的重要特征之一。作者通过参与国家863计划项目“OFDM通信系统”一年以来的研发工作，对OFDM通信系统及相关技术有了深入的理解，积累了大量实际经验，并在相关工作中取得了部分研究成果。 另一方面，关于宽带自适应均衡技术的研究在近年来也引起了广泛的关注。它是补偿信道畸变的重要的技术之一。作者通过参与该项目FPGA部分的开发与调试工作，基于单片FPGA实现了均衡部分；此外，作者在频域自适应均衡算法方面也取得了一些理论成果。 本文的主体部分就是根据上述工作的内容展开的。 首先介绍了本课题相关技术的发展情况，主要包括：OFDM系统的技术原理、技术优势、历史和现状，均衡技术的特点和发展等。末尾叙述了本课题的来源和研究意义，并简介了作者的主要工作和贡献。确定将WSSUS分布和瑞利衰落作为本文研究的信道模型。主要分析了常用的时域均衡器，均是单载波非扩频数字调制中常用到的均衡器和均衡算法，为接下来的进一步研究作理论参考。 接着，论述了均衡必须用到的信道估计技术。重点就该方案的核心算法(频域均衡算法)进行了数学上进行了较深入的研究，建立系统模型，并据此推导了三种频域均衡的算法：频域消除HICI，Gauss-Seidel迭代算法，频域线性内插。采用WSSUS信道模型进行了计算机仿真，得出了采用这些均衡算法在不同条件下的性能曲线。并且系统地、有重点地对该方案的原理和实质进行了较深入的讨论。归纳比较了各种算法的算法复杂度和能达到的性能，并且结合信道纠错编解码进行了细致的分析。进一步尝试设计了无线局域网OFDM系统的设计，采用典型的欧洲Hyperlan2系统为例，把研究成果引入到实际的整个系统中来看。结合具体的系统指出了该均衡算法在抗衰落和相位偏移方面的应用。 最后，描述了利用Xilinx的xc2v3000-4FG676型号芯片针对OFDM系统实现频域自适应均衡的方法，主要给出了设计方法、时序仿真结果和处理速度估值等；并结合最新的FPGA发展动态和特点，对基于FPGA实现其他均衡算法的升级空间进行了讨论。 本文的结束语中，对作者在本文中所作贡献进行了总结，并指出了仍有待深入研究的几个问题。
上传时间： 2013-04-24
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本论文主要对无线扩频集成电路设计中的信道编解码算法进行研究并对其FPGA实现思路和方法进行相关研究。 近年来无线局域网IEEE802.11b标准建议物理层采用无线扩频技术，所以开发一套扩频通信芯片具有重大的现实意义。无线扩频通信系统与常规通信相比，具有很强的抗干扰能力，并具有信息荫蔽、多址保密通信等特点。无线信道的特性较复杂，因此在无线扩频集成电路设计中，加入信道编码是提高芯片稳定性的重要方法。 在了解扩频通信基本原理的基础上，本文提出了“串联级联码+两次交织”的信道编码方案。串联的级联码由外码——(15，9，4)里德-所罗门(Reed-Solomon)码，和内码-(2，1，3)卷积码构成，交织则采用交织深度为4的块交织。重点对RS码的时域迭代译码算法和卷积码的维特比译码算法进行了详细的讨论，并完成信道编译码方案的性能仿真及用FPGA实现的方法。 计算机仿真的结果表明，采用此信道编码方案可以较好的改善现有仿真系统的误符号率。 本论文的内容安排如下：第一章介绍了无线扩频通信技术的发展状态以及国内外开发扩频通信芯片的现状，并给出了本论文的研究内容和安排。第二章主要介绍了扩频通信的基本原理，主要包括扩频通信的定义、理论基础和分类，直接序列扩频通信方式的数学模型。第三章介绍了基本的信道编码原理，信道编码的分类和各自的特点。第四章给出了本课题选择的信道编码方案——“串联级联码+两次交织”，详细讨论了方案中里德-所罗门(Reed-Solomon)码和卷积码的基本原理、编码算法和译码算法。最后给出编码方案的实际参数。第五章对第四章提出的编码方案进行了性能仿真。第六章结合项目实际，讨论了FPGA开发基带扩频通信系统的设计思路和方法。首先对FPGA开发流程以及实际开发的工具进行了简要的介绍，然后给出了扩频通信系统的总体设计。对发射和接收子系统中信道编码、解码等相关功能模块的实现原理和方法进行分析。第七章对论文的工作进行总结。
上传时间： 2013-07-18
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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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正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术，具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强、成本低等特点，适合无线通信的高速化、宽带化及移动化的需求，将成为下一代无线通信系统(4G)的核心调制传输技术。 本文首先描述了OFDM技术的基本原理。对OFDM的调制解调以及其中涉及的特性和关键技术等做了理论上的分析，指出了OFDM区别于其他调制技术的巨大优势；然后针对OFDM中的信道估计技术，深入分析了基于FFT级联的信道估计理论和基于联合最大似然函数的半盲分组估计理论，在此基础上详细研究描述了用于OFDM系统的迭代的最大似然估计算法，并利用Matlab做了相应的仿真比较，验证了它们的有效性。 而后，在Matlab中应用Simulink工具构建OFDM系统仿真平台。在此平台上，对OFDM系统在多径衰落、高斯白噪声等多种不同的模型参数下进行了仿真，并给出了数据曲线，通过分析结果可正确评价OFDM系统在多个方面的性能。 在综合了OFDM的系统架构和仿真分析之后，设计并实现了基于FPGA的OFDM调制解调系统。首先根据802.16协议和OFDM系统的具体要求，设定了合理的参数；然后从调制器和解调器的具体组成模块入手，对串/并转换，QPSK映射，过采样处理，插入导频，添加循环前缀，IFFT/FFT，帧同步检测等各个模块进行硬件设计，详细介绍了各个模块的设计和实现过程，并给出了相应的仿真波形和参数说明。其中，针对定点运算的局限性，为系统设计并自定义了24位的浮点运算格式，参与傅立叶反变换和傅立叶变换的运算，在系统参数允许的范围内，充分利用了有限资源，提高了系统运算精度；然后重点描述了基于FPGA的快速傅立叶变换算法的改进、优化和设计实现，针对原始快速傅立叶变换FPGA实现算法运算空闲时间过多，资源占用较大的问题，提出了带有流水作业功能、资源占用较少的快速傅立叶变换优化算法设计方案，使之运用于OFDM基带处理系统当中并加以实现，结果满足系统参数的需求。最后以理论分析为依据，对整个OFDM的基带处理系统进行了系统调试与性能分析，证明了设计的可行性。 综上所述，本文完成了一个基于FPGA的OFDM基带处理系统的设计、仿真和实现。本设计为OFDM通信系统的进一步改进提供了大量有用的数据。
上传时间： 2013-04-24
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本文以Turbo码编译码器的FPGA实现为目标，对Turbo码的编译码算法和用硬件语言将其实现进行了深入的研究。 首先，在理论上对Turbo码的编译码原理进行了介绍，确定了Max-log-MAF算法的译码算法，结合CCSDS标准，在实现编码器时，针对标准中给定的帧长、码率与交织算法，以及伪随机序列模块与帧同步模块，提出了相应解决方案；而在相应的译码器设计中，采用了FPGA设计中“自上而下”的设计方法，权衡硬件实现复杂度与处理时延等因素，优先考虑面积因素，提高元件的重复利用率和降低电路复杂度，来实现Turbo码的Max-log-MAP算法译码。把整个系统分割成不同的功能模块，分别阐述了实现过程。 然后，基于Verilog HDL 设计出12位固点数据的Turbo编译码器以及仿真验证平台，与用Matlab语言设计的相同指标的浮点数据译码器进行性能比较，得到该设计的功能验证。 最后，研究了Tuxbo码译码器几项最新技术，如滑动窗译码，归一化处理，停止迭代技术结合流水线电路设计，将改进后的译码器与先前设计的译码器分别在ISE开发环境中针对目标器件xilinx Virtex-Ⅱ500进行电路综合，证实了这些改进技术能有效地提高译码器的吞吐量，减少译码时延和存储器面积从而降低功耗。
上传时间： 2013-04-24
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机翼极限环振荡（LCO）是典型的非线性气动弹性问题，严重的会造成机翼的结构破坏。为了精确捕捉极限环振荡初始临界点，准确预测极限环的幅值，为机翼的设计提供准确的数据参考，本文综合考虑了气动与结构非线性的影响，提出了一种松耦合气动弹性仿真方法。在子迭代过程中分别采用LUSGS双时间推进和多步推进法交替求解气动和结构动力学方程；一种高效的插值技术应用于耦合界面数据的映射与传递；采用精确动网格技术模拟气体的非定常流动。对标准模型切尖三角翼的跨音速极限环振荡的计算与分析，表明相比同类仿真方法，通过此方法得到结果与实验值吻合更好；证明了结构几何非线性与气动非线性是诱发LCO的重要原因。耦合仿真方法保真度高，能为强非线性结构的强度设计提供重要依据。
上传时间： 2013-10-22
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局部保持映射（Locality Preserving Projection，LPP）算法是一种有效的特征提取方法。提出了利用巴氏距离和LPP相合算法对特征进行提取。当特征维数过高时，首先对样本用LPP进行特征提取和降维处理，然后采用巴氏距离特征的迭代算法，得到最小错误率上界。在ORL上实验，实验结果表明了提出算法在人脸识别中的有效性。
上传时间： 2014-01-25
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