通信与信息技术行业飞速发展，已成为我国支柱产业之一。随着该行业的迅速发展，社会对具备实际动手能力人才的需求也不断增加，高校通信教学改革势在必行。在最初的通信原理实验设备中每个实验独立占用一块硬件资源，随着EDA技术的发展，实验设备厂商将CPLD/FPGA技术作为独立的一项实验内容，加入到通信原理实验设备中。FPGA技术具备集成度高、速度快和现场可编程的优势，适合高集成度和高速的时序运算。本文总结现有通信原理实验设备的优缺点，采用FPGA技术设计出集验证性和设计性于一体，具备较高的综合性和系统性的通信原理实验系统。 本系统提供了一个开放性的硬件、软件平台，从培养学生实际动手能力出发，利用FPGA在通用的硬件上实现所有实验内容。学生在本系统上除了能完成已固化的实验内容，还可以实现电子设计开发和验证。这对培养学生的实践能力大有裨益。 本文结合数字通信系统基本模型，把基于FPGA的通信原理实验系统划分为信号源模块、发送端模块、信道仿真模块、接收端模块和同步模块几部分。其中，模拟信号源采用DDS技术，能够生成非常高的频率精度，可作为任意波形发生器。发送端和接收端模块结合到一起组成多体制调制解调器，形成多频段、多波形的软件无线电系统。载波同步采用全数字COSTAS环提取技术，具备良好的载波跟踪特性，利用对载波相位不敏感 的Gardner算法跟踪位同步信号。 本文首先介绍了通信原理实验系统的研究现状和意义；然后根据通信系统模型从《通信原理》各个章节中提炼出各模块的实验内容，分别列出各实验的数字化实现模型；继而根据各模块资源需求选取合适FPGA芯片，并给出硬件设计方案；最后，给出各模块在FPGA上具体实现过程、系统测试结果及分析。测试和实际运行结果表明设计方法正确，且功能和技术指标满足设计要求。 关键词：通信原理，实验系统，FPGA，DDS，多体制调制解调，全数字COSTAS环，位同步
上传时间： 2013-07-07
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作为性能优异的纠错编码，Turbo码自诞生以来就一直受到理论界以及工程应用界的关注。TD—SCDMA是我国拥有自主知识产权的3G通信标准，该标准把Turbo码是作为前向纠错体制，但Turbo码的译码算法比较复杂并且需要多次迭代，这造成Turbo码译码延时大，译码速度慢，因此限制了Turbo码的实际应用。因此有必要研究如何将现有的Turbo码译码算法进行简化，加速，使其转化成为适合在硬件上实现的算法，将实验室的理论研究成果转化成为硬件产品。 论文主要的研究内容有以下两点： 其一，提出信道自适应迭代译码方案。在事先设定最大迭代次数的情况下，自适应Turbo码译码算法能够根据信道的变化自动调整迭代次数。 仿真结果表明：该自适应迭代译码方案能够根据信道的变化自动调整迭代次数，在保证译码性能基本上没有损失的情况下，有效减少译码时间，明显提高译码速度。 其二，根据得到的信道自适应迭代译码方案，借助Xilinx公司Spartan3 FPGA硬件平台，使用Verilog硬件描述语言，将用C/C++语言写成的信道自适应迭代译码算法转化成为硬件设计实现，得到硬件电路，并对得到的译码器硬件电路进行测试。 测试结果表明：随着信道的变化，硬件电路的译码速度也随之自动变化，信噪比越高译码速度越快，并且硬件译码器性能（误比特率）与实验仿真基本一致。
上传时间： 2013-05-31
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软件无线电（Software Defined Radio）是无线通信系统收发信机的发展方向，它使得通信系统的设计者可以将主要精力集中到收发机的数字处理上，而不必过多关注电路实现。在进行数字处理时，常用的方案包括现场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）。FPGA以其相对较低的功耗和相对较低廉的成本，成为许多通信系统的首先方案。正是在这样的前提下，本课题结合软件无线电技术，研究并实现基于FPGA的数字收发信机。 @@ 本论文主要研究了发射机和接收机的结构和相关的硬件实现问题。首先，从理论上对发射机和接收机结构进行研究，找到收发信机设计中关键问题。其次，在理论上有深刻认识的基础上，以FPGA为手段，将反馈控制算法、反馈补偿算法和前馈补偿算法落实到硬件电路上。同步一直是数字通信系统中的关键问题，它也是本文的研究重点。本文在研究了已有各种同步方法的基础上，设计了一种新的同步方法和相应的接收机结构，并以硬件电路将其实现。最后，针对所设计的硬件系统，本文还进行了充分的硬件系统测试。硬件测试的各项数据结果表明系统设计方案是可行的，基本实现了数字中频收发机系统的设计要求。 @@ 本文中发射机系统是以Altera公司EP2C70F672C6为硬件平台，接收机系统以Altera公司EP2S180F1020C3为硬件平台。收发系统均是在Ouartus Ⅱ 8．0环境下，通过编写Verilog HDL代码和调用Altera IP core加以实现。在将设计方案落实到硬件电路实现之前，各种算法均使用MATLAB进行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正确结果的基础上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和时序仿真工具进行了前仿真和后仿真。所有仿真结果无误后，可下载至硬件平台进行调试，通过Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap逻辑分析仪，可以实时观察电路中各点信号的变化情况，并结合示波器和频谱仪，得到硬件测试结果。 @@关键词：SDR；数字收发机；FPGA；载波同步；符号同步
上传时间： 2013-04-24
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GSM是全球使用最为广泛的一种无线通信标准，不仅在民用领域，也在铁路GSM-R等专用领域发挥着极为重要的作用。由于无线信道具有瑞利衰落和延时效应，在通信系统的收发两端也存在不完全匹配等未知因素，因此接收的信号叠加有各种误差因素的影响。GSM接收机的实现离不开系统的同步，为了得到更好的同步质量，就必须对GSM基带同步技术进行研究，选择一种最合适的同步算法。GSM的同步既有时间同步，也有频率同步。 @@ 软件无线电是当前通信领域引入注目的热点之一。长期以来，GSM的接收和解调都是由专用的ASIC芯片来完成的，通过软件来实现GSM接收机的基带算法，体现了软件无线电技术的思想，选择用它们来实现的GSM接收机具有灵活、可靠、扩展性好的优点。 @@ 论文主要讨论GSM接收机同步算法与基于FPGA和DSP的GSM接收机设计， @@ 主要内容包括： @@ 通过相关理论知识的学习，设计验证了GSM基带同步算法。对FB时间同步，讨论了包络检测和FFT变换两种不同的方法；对SB时间同步，介绍实相关和复相关两种方法；对频率同步，给出了一种对FB运用相关运算来精确估计频率误差的算法。 @@ 设计了使用GSM射频收发芯片RDA6210并通过实验室的ALTERA EP3C25FPGA开发板进行控制的GSM射频端的解决方案，论文对RDA6210的性能和控制方式进行了详细的介绍，设计了芯片的控制模块，得到了下变频后的GSM基带信号。 @@ 设计了基于RF前端+FPGA的GSM接收机方案。利用ALTERA EP2S180开发平台来完成基带数据的处理。针对ALTERA EP2S180开发平台模数转换器AD9433的特点使用THS4501设计了单独的差分运算放大器模块；设计了平台的数据存储方案并将该平台得到的基带采样数据用于同步算法的仿真。 @@ 设计了基于RF前端+DSP的GSM接收机方案。利用模数转换器AD9243、FPGA芯片和TMS320C6416TDSP芯片来完成基带数据的处理。设计了McBSP+EDMA传输的数据存储方案。 @@ 给出了接收机硬件测试的结果，从多方面验证了所设计硬件平台的可靠性。 @@关键词：GSM接收机；同步；RF； FPGA；DSP；
上传时间： 2013-07-01
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IIR数字滤波器是冲激响应为无限长的一类数字滤波器，是电子、通信及信号处理领域的重要研究内容，国内外学者对IIR数字滤波器的优化设计进行了大量研究。其中，进化算法优化设计IIR数字滤波器虽然取得了一定的效果，但是其也有自身的一些不足；另外，基于粒子群算法以及人工鱼群算法的IIR数字滤波器优化设计也取得了较好的效果。但这些方法都是将多目标优化问题转化为单目标优化问题，这种方法是将每个目标赋一个权值，然后将这些赋了权值的目标相加，把相加的结果作为目标函数，在此基础上寻找目标函数的最小值，这样做造成的问题是可能将其中的任何一种满足目标函数值最小的情况作为最优解，但实际上得到的不一定是最优解。也就是说，单目标的方法难以区分哪一种情况为最优解，这样的寻优模型从理论上来说是难以得到最优解的。另外，在将多目标转化为单目标时，各个目标的权值难以确定，而且最终只能得到唯一解。针对这些问题，本文在研究传统遗传算法、进化规划算法以及量子遗传算法的IIR数字滤波器优化设计的基础上，将重点研究IIR数字滤波器的粒子进化规划优化、遗传多目标优化以及量子多目标优化。另外，由于在通信系统中IIR数字滤波器有广泛应用，并且大量采用FPGA实现，多目标优化方法得到的滤波器性能也值得验证，因此，对多目标优化方法得到的IIR数字滤波器系数进行FPGA仿真验证有重要的现实意义。 @@ 论文的主要工作及研究成果具体如下： @@ 1.分析IIR数字滤波器的数学模型及其优化设计的参数；针对低通IIR数字滤波器，采用遗传算法及量子遗传算法对其进行优化设计，并给出相应的仿真结果及分析。 @@ 2.针对使用进化规划算法优化设计IIR数字滤波器时容易陷入局部极值的问题，研究粒子进化规划算法，并将其应用于IIR数字滤波器的优化设计，该算法将粒子群优化算法与进化规划算法相结合，继承了粒子群算法局部搜索能力强和进化规划算法遗传父代优良基因能力强的优点。将这种新的粒子进化规划算法应用于IIR低通、高通、带通、带阻数字滤波器的优化设计，显示了较好的效果。 @@ 3.优化设计IIR数字滤波器时，通常将多目标转化为单目标的优化问题，这种方法虽然设计简单，但是在将多目标转化为单目标时，各个目标的权值难以确定，而且最终只能得到唯一解，不能提供更多的有效解给决策者。针对常 用基于单目标优化算法的不足，在分析IIR数字滤波器优化模型和待优化参数的基础上，本文研究遗传算法的IIR数字滤波器多目标优化设计方法，该方法将多个目标值直接映射到适应度函数中，通过比较函数值的占优关系来搜索问题的有效解集，使用这种方法可以求得一组有效解，并且将多目标转化为单目标的优化方法得到的唯一解也能被包括在这一组有效解中。@@ 4.将量子遗传算法应用于IIR数字滤波器多目标优化设计，研究量子遗传算法的IIR数字滤波器多目标优化设计方法，并将优化结果与传统遗传算法的多目标优化方法进行了比较。仿真结果表明，在对同一种滤波器进行优化设计时，使用该方法得到的结果通带波动更小，过渡带更窄，阻带衰减也更大。 @@ 5.针对IIR数字滤波器的硬件实现问题，在对IIR数字滤波器的结构特征进行分析的基础上，分别采用遗传多目标优化方法量子多目标方法优化设计IIR数字滤波器的系数，然后针对两组系数进行了FPGA( Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)仿真验证，并对两种结果进行了对比分析。 @@关键词：IIR数字滤波器；优化设计
上传时间： 2013-06-09
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烟叶烘烤是烟叶生产中一个非常重要的环节，为保证烟叶烘烤的质量，需要有效的控制温度和湿度让其按照“三段式”工艺曲线进行变化。本文通过对三段式工艺的分析，构建了以FPGA为控制核心，采用数字式温湿度传感器进行温湿度测量的烤烟自动控制系统。 整个系统的实现是基于CYCLONEⅡ系列的FPGA器件EP2C8Q208C8进行的。同时对系统的配置电路、驱动电路、显示控制电路、语音提示和温湿度测量电路进行了设计，并给出了各个模块的电路原理图。由于温湿度测量是系统设计实现的重要部分，所以本文重点讨论了温度传感器DS18820和湿度传感器HS1101的性能特点、工作原理、处理次序和设计流程。针对烟叶烘烤过程中烤房温湿度的测量和控制中，存在的强时变、大时滞、非线性的问题，采用了模糊控制算法进行控制，并给出了模糊控制器设计的方法。另外，为方便用户调用烟叶烘烤中经验曲线，提出了使用EEPROM对烘烤经验曲线参数进行处理。而且讨论了如何通过I2C总线与EEPROM进行读写操作进而实现参数的保存和读取。系统的测试结果表明烤烟自动控制系统基本上达到了实际的要求，具有一定的先进性。
上传时间： 2013-04-24
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3D加速引擎是3D图形加速系统的重要组成部分，以往在软件平台上对3D引擎的研究，实现了复杂的渲染模型和渲染算法，但这些复杂算法与模型在FPGA上综合实现具有一定难度，针对FPGA的3D加速引擎设计及其平台实现需要进一步研究。 本文在研究3D加速引擎结构的基础上，实现了基于FPGA的图像处理平台，使用模块化的思想，利用IP核技术分析设计实现了3D加速管道及其他模块，并进行了仿真、验证、实现。 图像处理平台选用Virtex-Ⅳ FPGA为核心器件，并搭载了Hynix HY5DU573222F-25、AT91FR40162S、XCF32P VO48及其他组件。 为满足3D加速引擎的实现与验证，设计搭建的图像处理平台还实现了DDR-SDRAM控制器模块、VGA输出模块、总线控制器模块、命令解释模块、指令寄存器模块及控制寄存器模块。 3D加速引擎设计包含3D加速渲染管道、视角变换管道、基元读取、顶点FIFO、基元FIFO、写内存等模块。针对FPGA的特性，简化、设计、实现了光照管道、纹理管道、着色管道和Alpha融合管道。 最后使用Modelsim进行了仿真测试和图像处理平台上的验证，其结果表明3D加速引擎设计的大部分功能得到实现，结果令人满意。
上传时间： 2013-07-30
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卷积码是广泛应用于卫星通信、无线通信等多种通信系统的信道编码方式。Viterbi算法是卷积码的最大似然译码算法，该算法译码性能好、速度快，并且硬件实现结构比较简单，是最佳的卷积码译码算法。随着可编程逻辑技术的不断发展，使用FPGA实现Viterbi译码器的设计方法逐渐成为主流。不同通信系统所选用的卷积码不同，因此设计可重配置的Viterbi译码器，使其能够满足多种通信系统的应用需求，具有很重要的现实意义。 本文设计了基于FPGA的高速Viterbi译码器。在对Viterbi译码算法深入研究的基础上，重点研究了Viterbi译码器核心组成模块的电路实现算法。本设计中分支度量计算模块采用只计算可能的分支度量值的方法，节省了资源；加比选模块使用全并行结构保证处理速度；幸存路径管理模块使用3指针偶算法的流水线结构，大大提高了译码速度。在Xilinx ISE8.2i环境下，用VHDL硬件描述语言编写程序，实现(2，1，7)卷积码的Viterbi译码器。在(2，1，7)卷积码译码器基础上，扩展了Viterbi译码器的通用性，使其能够对不同的卷积码译码。译码器根据不同的工作模式，可以对(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四种广泛运用的卷积码译码，并且可以修改译码深度等改变译码器性能的参数。 本文用Simulink搭建编译码系统的通信链路，生成测试Viterbi译码器所需的软判决输入。使用ModelSim SE6.0对各种模式的译码器进行全面仿真验证，Xilinx ISE8.2i时序分析报告表明译码器布局布线后最高译码速度可达200MHz。在FPGA和DSP组成的硬件平台上进一步测试译码器，译码器运行稳定可靠。最后，使用Simulink产生的数据对本文设计的Viterbi译码器的译码性能进行了分析，仿真结果表明，在同等条件下，本文设计的Viterbi译码器与Simulink中的Viterbi译码器模块的译码性能相当。
上传时间： 2013-06-24
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自20世纪80年代以来，正交频分复用技术不但在广播式数字音频和视频领域得到广泛的应用，而且已经成为无线局域网标准(例如IEEE802.11a和HiperLAN/2等)的一部分。OFDM由于其频谱利用率高，成本低等原因越来越受到人们的关注。随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化需求的增强，OFDM技术在综合无线接入领域将会获得越来越广泛的应用。人们开始集中越来越多的精力开发OFDM技术在移动通信领域的应用，本文也是基于无线通信平台上的OFDM技术的运用。 本文的所有内容都是建立在空地数据无线通信系统下行链路FPGA实现基础上的。本文作者的主要工作集中在链路接收端的FPGA实现和调试上。主要包括帧同步(时间同步)算法的研究与设计、OFDM频率同步算法的研究与设计以及同步模块、OFDM解调模块、QAM解调模块的FPGA实现。最终实现高速数字图像传输系统下行链路在无线环境中连通。 对于无线移动通信系统而言，多普勒频移、收发设备的本地载频偏差均可能破坏OFDM系统子载波之间的正交性，从而导致ICI，影响系统性能。另外，由于OFDM系统大多采用IFFT/FFT实现调制解调，因此在接收方确定FFT的起点对数据的正确解调也至关重要。同步技术即是针对系统中存在的定时偏差、频率偏差进行定时、频偏的估计与补偿，来减少各种同步偏差对系统性能的影响。在OFDM实现的关键技术中，同步技术是十分重要的一部分。本文花费了三个章节阐述了同步技术的原理、算法和实现方法。 目前OFDM系统的载波同步方案，可以归纳为三大类：辅助数据类，盲估计类和基于循环前缀的半盲估计类。本文首先分析了各种载波同步方案的优缺点，并举例说明了各个载波同步方式的实现方法。然后具体阐述了本文在FPGA平台上实现的OFDM接收端同步的同步方式，包括其具体算法和FPGA实现结构。本文所采用的帧同步和频率同步方案都是采用辅助数据类的，在阐述其具体算法的同时对算法在不同参数和不同形式下的性能做出了仿真对比分析。 OFDM的解调采用FFT算法，在FPGA上的实现是十分方便的。本文主要阐述其实现结构，重点放在提取有效数据部分有效数据位置的推导过程。最后介绍了本文实现QAM软解调的解调方法。 本文阐述算法采用先提出原理，然后给出具体公式，再根据公式中的系数和变量分析算法性能的方式。在阐述实现方式时首先给出实现框图，然后对框图中比较重要或者复杂的部分进行详细阐述。在介绍完每个模块实现方式之后给出了仿真或者上板结果，最后再给出整体测试结果。
上传时间： 2013-06-26
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数字存储示波器在仪器仪表领域中占有重要的地位，应用范围相当广泛，所以对示波器的研制有重要的理论和实际意义。本文针对数字存储示波器的设计进行了深入的研究，旨在研制出100MHz带宽的数字存储示波器。 从各个方面考虑，选用了DSP、FPGA和单片机的方案来设计整个系统。整个系统采用单通道的方式。信号进来首先经过前端的调理电路把信号电压调整到AD的输入电压范围之内，这里调理电路主要是由信号衰减电路和信号放大电路所组成。调理后的信号再送到AD变换电路里面完成信号的数字化。然后把AD转换后的数据送到FPGA中，并把数据保存到FPGA中的FIFO中，FPGA中的电路主要包括有FIFO、触发系统、峰值检测、时基电路等。 DSP处理器主要是用来从FIFO中提取数据并进行相应的处理。因为DSP运算速度快，所以本文利用DSP来完成滤波和波形重建的时候的插值算法等功能。然后DSP利用其多缓冲串口把数据送到单片机，单片机把从DSP中发送过来的数据显示到LCD上，同时利用单片机来管理键盘等功能。在软件方面主要完成了程序的一些初始化驱动，比如说是FLASH驱动、LCD驱动、DSP串口初始化、FPGA初始化等相关工作。 由于本文采用FPGA，使得数字存储示波器的设计比较灵活，容易升级。可以根据自己的需要进行相关的改进，例如对外围电路做进一步地扩展。
上传时间： 2013-04-24
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