現場可編程門陣列(FPGA，Field Programmable Gate Array)是可編程邏輯器件的一種，它的出現是隨著微電子技術的發展，設計與制造集成電路的任務已不完全由半導體廠商來獨立承擔。系統設計師們更愿意自己設計專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)．芯片，而且希望ASIC的設計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設計出合適的ASIC芯片，并且立即投入實際應用之中。現在，FPGA已廣泛地運用于通信領域、消費類電子和車用電子。 本文中涉及的I/O端口模塊是FPGA中最主要的幾個大模塊之一，它的主要作用是提供封裝引腳到CLB之間的接口，將外部信號引入FPGA內部進行邏輯功能的實現并把結果輸出給外部電路，并且根據需要可以進行配置來支持多種不同的接口標準。FPGA允許使用者通過不同編程來配置實現各種邏輯功能，在IO端口中它可以通過選擇配置方式來兼容不同信號標準的I/O緩沖器電路。總體而言，可選的I/O資源的特性包括：IO標準的選擇、輸出驅動能力的編程控制、擺率選擇、輸入延遲和維持時間控制等。 本文是關于FPGA中多標準兼容可編程輸入輸出電路(Input/Output Block)的設計和實現，該課題是成都華微電子系統有限公司FPGA大項目中的一子項，目的為在更新的工藝水平上設計出能夠兼容單端標準的I/O電路模塊；同時針對以前設計的I/O模塊不支持雙端標準的缺點，要求新的電路模塊中擴展出雙端標準的部分。文中以低壓雙端差分標準(LVDS)為代表構建雙端標準收發轉換電路，與單端標準比較，LVDS具有很多優點： (1)LVDS傳輸的信號擺幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過4mA，負載阻抗為100Ω。這一特征使它適合做并行數據傳輸。 (2)LVDS信號擺幅小，從而使得該結構可以在2.5V的低電壓下工作。 (3)LVDS輸入單端信號電壓可以從0V到2.4V變化，單端信號擺幅為400mV，這樣允許輸入共模電壓從0.2V到2.2V范圍內變化，也就是說LVDS允許收發兩端地電勢有±1V的落差。 本文采用0.18μm1.8V/3.3V混合工藝，輔助Xilinx公司FPGA開發軟件ISE，設計完成了可以用于Virtex系列各低端型號FPGA的IOB結構，它有靈活的可配置性和出色的適應能力，能支持大量的I/O標準，其中包括單端標準，也包括雙端標準如LVDS等。它具有適應性的優點、可選的特性和考慮到被文件描述的硬件結構特征，這些特點可以改進和簡化系統級的設計，為最終的產品設計和生產打下基礎。設計中對包括20種IO標準在內的各電器參數按照用戶手冊描述進行仿真驗證，性能參數已達到預期標準。
上傳時間： 2013-05-15
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軟件無線電思想的出現帶來了接收機實現方式的革新。隨著近年來軟件無線電理論和應用趨于成熟與完善，軟件無線電技術已經被越來越廣泛地應用于無線通信系統和電子測量測試儀器中。數字下變頻技術作為軟件無線電的核心技術之一，在頻譜分析儀中也得到了越來越普遍的應用。 本人參與的手持式頻譜分析儀項目采用的是中頻數字化實現方式，可滿足輕巧，可重配置和低功耗的需求。數字化中頻的關鍵部件數字下變頻器DDC采用的是Intersil公司的ISL5216，這個器件和高性能FPGA共同組成手持頻譜儀的數字信號處理前端。這個數字前端就手持頻譜分析儀來說存在一定的局限性，ISL5216的信號處理帶寬單通道為1 MHz，4個通道級聯為3MHz，未能滿足譜儀分析帶寬日益增加的需求；系統集成度不高，ISL5216的功能要是集成到FPGA，可進一步提高系統集成度，降低物料成本和系統功耗。基于以上兩個方面的考慮，現正以手持頻譜分析儀項目為依托，基于Xilinx Spartan3A-DSP系列FPGA實現高速高處理帶寬的DDC。 本論文首先描述了數字下變頻基本理論和結構，對完成各級數字信號處理所涉及的數字正交變換、CORDIC算法、CIC、HB、多相濾波等關鍵算法做了適當介紹；然后介紹了當前主流FPGA的數字信號處理特性和其內部的DSP資源。接著詳細描述了數控振蕩器NCO、復數數字混頻器MIXER、5級CIC濾波器、5級HB濾波器和255階可編程FIR的設計和實現，并對各個模塊的不同實現方式作了對比和仿真測試數據作了分析。最后介紹了所設計DDC在手持頻譜分析儀中的主要應用。
上傳時間： 2013-04-24
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當今，移動通信正處于向第四代通信系統發展的階段，OFDM技術作為第四代數字移動通信(4G)系統的關鍵技術之一，被包括LTE在內的眾多準4G協議所采用。IDFT/DFT作為OFDM系統中的關鍵功能模塊，其精度對基帶解調性能產生著重大的影響，尤其對LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。為了使定點化IDFT/DFT達到較好的性能，本文采用數字自動增益控制(DAGC)技術，以解決過大輸入信號動態范圍所造成的IDFT/DFT輸出信噪比(SNR)惡化問題。 首先，本文簡單介紹了較為成熟的AAGC(模擬AGC)技術，并重點關注近年來為了改善其性能而興起的數字化AGC技術，它們主要用于壓縮ADC輸入動態范圍以防止其飽和。針對基帶處理中具有累加特性的定點化IDFT/DFT技術，進一步分析了AAGC技術和基帶DAGC在實施對象，實現方法等上的異同點，指出了基帶DAGC的必要性。 其次，根據LTE協議，搭建了從調制到解調的基帶PUSCH處理鏈路，并針對基于DFT的信道估計方法的缺點，使用簡單的兩點替換實現了優化，通過高斯信道下的MATLAB仿真，證明其可以達到理想效果。仿真結果還表明，在不考慮同步問題的高斯信道下，本文所搭建的基帶處理鏈路，采用64QAM進行調制，也能達到在SNR高于17dB時，硬判譯碼結果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎上，通過理論分析和MATLAB仿真，證明了包括時域和頻域DAGC在內的基帶DAGC具有穩定接收鏈路解調性能的作用。同時，通過對幾種DAGC算法的比較后，得到的一套適用于實現的基帶DAGC算法，可以使IDFT/DFT的輸出SNR處于最佳范圍，從而滿足LTE系統基帶解調的要求。針對時域和頻域DAGC的差異，分別選定移位和加法，以及查表的方式進行基帶DAGC算法的實現。 最后，本文對選定的基帶DAGC算法進行了FPGA設計，仿真、綜合和上板結果說明，時域和頻域DAGC實現方法占用資源較少，容易進行集成，能夠達到的最高工作頻率較高，完全滿足基帶處理的速率要求，可以流水處理每一個IQ數據，使之滿足基帶解調性能。
上傳時間： 2013-05-17
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由于移動環境的復雜性，無線信號在發送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現象，特別是在高頻無線通信中，多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴重。通過分集接收技術，Rake接收機在CDMA移動通信系統中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式，多載波CDMA充分利用了OFDM最優頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集，且系統容量和抗符號間干擾性能明顯優于傳統的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴頻通信系統，介紹了其Rake接收機工作原理和設計思想，進行了理論仿真并用FPGA予以實現。 @@ 本文首先介紹了移動通信系統的發展歷史以及OFDM和CDMA技術原理，并描述了OFDM和CDMA結合的三種系統（MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA）的原理和系統模型；接著，介紹了目前影響移動通信的主要衰落以及Rake接收機基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息，Rake接收機就是通過多個相關接收器接收多徑信號中各路信號，通過信道估計和信道補償消去信道因子的附加相位，并把他們合并在一起，以此來改善信號的信噪比和系統的可靠性；在此基礎上，論文提出了一種多載波擴頻通信系統的實現方案，并詳細介紹了其Rake接收機實現原理，給出了最大比合并時各種分徑數目下系統誤碼率的仿真圖；最后介紹了此方案中Rake接收機的FPGA硬件實現設計方案及其系統 測試結果。@@ 仿真結果顯示出隨著分集徑數的增加，系統的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機抗多徑衰落效果顯著，且在多載波CDMA系統中其分集效果更好，實現相對簡單。最終Rake接收機的FPGA實現結果同理論仿真一致，時序通過，資源耗費不大，具有較大的實用價值。 @@關鍵詞：多載波擴頻通信，CDMA，Rake接收機，FPGA
上傳時間： 2013-07-25
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擴頻通信，即擴展頻譜通信技術(Spread Spectrum Communication)，它與光纖通信、衛星通信一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。 擴頻通信是將待傳送的信息數據用偽隨機編碼序列，也即擴頻序列(SpreadSequence)調制，實現頻譜擴展后再進行傳輸。接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理，恢復出原始信息數據。 擴頻通信系統與常規的通信系統相比，具有很強的抗人為干擾，抗窄帶干擾，抗多徑干擾的能力，并具有信息隱蔽、多址保密通信等特點。 現場可編輯門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)提供了極強的靈活性，可讓設計者開發出滿足多種標準的產品。FPGA所固有的靈活性和性能也可讓設計者緊跟新標準的變化，并能提供可行的方法來滿足不斷變化的標準要求。 EDA 工具的出現使用戶在對FPGA設計的輸入、綜合、仿真時非常方便。EDA打破了軟硬件之間最后的屏障，使軟硬件工程師們有了真正的共同語言，使目前一切仍處于計算機輔助設計(CAD)和規劃的電子設計活動產生了實在的設計實體論文對擴頻通信系統和FPGA設計方法進行了相關研究，并且用Altera公司的最新的FPGA開發平臺QuartusII實現了一個基帶擴頻通信系統的發送端部分，最后用軟件Protel99SE設計了相應的硬件電路。 該系統的設計主要分為兩個部分。第一部分是用QuartusII軟件設計了系統的VHDL語言描述代碼，并對系統中每個模塊和整個系統進行相應的功能仿真和時序時延仿真；第二部分是設計了以FPGA芯片EP1C3T144C8N為核心的系統硬件電路，并進行了相關測試，完成了預定的功能。
上傳時間： 2013-07-26
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高速、高精度已經成為伺服驅動系統的發展趨勢，而位置檢測環節是決定伺服系統高速、高精度性能的關鍵環節之一。光電編碼器作為伺服驅動系統中常用的檢測裝置，根據結構和原理的不同分為增量式和絕對式。本文從原理上對增量式光電編碼器和絕對式光電編碼器做了深入的分析，通過對比它們的特性，得出了絕對式光電編碼器更適合高速、高精度伺服驅動系統的結論。 絕對式光電編碼器精度高、位數多的特點決定其通信方式只能采取串行傳輸方式，且由相應的通信協議控制信息的傳輸。本文首先針對編碼器主要生產廠商日本多摩川公司的絕對式光電編碼器，深入研究了通信協議相關的硬件電路、數據幀格式、時序等。隨后介紹了新興的電子器件FPGA及其開發語言硬件描述語言Verilog HDL，并對基于FPGA的絕對式編碼器通信接口電路做了可行性的分析。在此基礎上，采用自頂向下的設計方法，將整個接口電路劃分成發送模塊、接收模塊、序列控制模塊等多個模塊，各個模塊采用Verilog語言進行描述設計編碼器接口電路。最終的設計在相關硬件電路上實現。最后，通過在TMS320F2812伺服控制平臺上編寫的硬件驅動程序驗證了整個設計的各項功能，達到了設計的要求。
上傳時間： 2013-07-11
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國家863項目“飛行控制計算機系統FC通信卡研制”的任務是研究設計符合CPCI總線標準的FC通信卡。本課題是這個項目的進一步引伸，用于設計SCI串行通信接口，以實現環上多計算機系統間的高速串行通信。 本文以此項目為背景，對基于FPGA的SCI串行通信接口進行研究與實現。論文先概述SCI協議，接著對SCI串行通信接口的兩個模塊：SCI節點模型模塊和CPCI總線接口模塊的功能和實現進行了詳細的論述。 SCI節模型包含Aurora收發模塊、中斷進程、旁路FIFO、接受和發送存儲器、地址解碼、MUX。在SCI節點模型的實現上，利用FPGA內嵌的RocketIO高速串行收發器實現主機之間的高速串行通信，并利用Aurora IP核實現了Aurora鏈路層協議；設計一個同步FIFO實現旁路FIFO；利用FPGA上的塊RAM實現發送和接收存儲器；中斷進程、地址解碼和多路復合分別在控制邏輯中實現。 CPCI總線接口包括PCI核、PCI核的配置模塊以及用戶邏輯三個部分。本課題中，采用FPGA+PCI軟核的方法來實現CPCI總線接口。PCI核作為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁：PCI核的配置模塊負責對PCI核進行配置，得到用戶需要的PCI核；用戶邏輯模塊負責實現整個通信接口具體的內部邏輯功能；并引入中斷機制來提高SCI通信接口與主機之間數據交換的速率。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL和VHDL，在開發工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統的設計、綜合、布局布線，利用Modelsim進行功能及時序仿真，使用DriverWorks為SCI串行通信接口編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。最后，將FPGA設計下載到FC通信卡中運行，并利用ISE內嵌的ChipScope Pro虛擬邏輯分析儀對設計進行驗證，運行結果正常。 文章最后分析傳輸性能上的原因，指出工作中的不足之處和需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-04-24
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自香農先生于1948年開創信息論以來，經過將近60年的發展，信道編碼技術已經成為通信領域的一個重要分支，各種編碼技術層出不窮。目前廣泛研究的低密度奇偶校驗(LDCP)碼是由R.G.Gallager先生提出的一種具有逼近香農限性能的優秀糾錯碼，并已在數字電視、無線通信、磁盤存儲等領域得到大量應用。 目前數字電視已經成為最熱門的話題之一，用手機看北京奧運，已經成為每一個中國人的夢想。最近兩年我國頒布了兩部與數字電視有關的通信標準，分別是數字電視地面傳輸標準(DMB-TH)和移動多媒體(CMMB)即俗稱的手機電視標準。數字電視正與每個人走得越來越近，我國預期在2015年全面實現數字電視并停止模擬電視的播出。作為數字電視標準的核心技術之一的前向糾錯碼技術已經成為眾多科研單位的研究熱點，相應的編解碼芯片更成為重中之重。在DMB-TH標準中用到了LDPC碼和BCH碼的級聯編碼方式，在CMMB標準中用到了LDPC碼和RS碼的級聯編碼方式，在DVB-S2標準中用到了LDPC碼和BCH碼的級聯編碼方式。 本論文以目前最重要的三個與數字電視相關的標準：數字電視地面傳輸標準(DMB-TH)、手機電視標準(CMMB)以及數字衛星電視廣播標準(DVB-S2)為切入點，深入研究它們的編碼方式，設計了這三個標準中的LDPC碼編碼器，并在FPGA上實現了前兩個標準的編碼芯片，實現了DMB-TH標準中0.4、0.6以及0.8三種碼率的復用。在研究CMMB標準中編碼器設計時，提出一種改進的LU分解算法，該分解方式適合任意的H矩陣，具有一定的廣泛性。測試結果表明，芯片邏輯功能完全正確，速度和資源消耗均達到了標準的要求，具有一定的商用價值。
上傳時間： 2013-07-07
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現代社會對各種無線通信業務的需求迅猛增長，這就要求無線通信在具有較高傳輸質量的同時，還必須具有較大的傳輸容量。這種需求要求在無線通信中必須采用效率較高的線性調制方式，以提高有限頻帶帶寬的數據速率和頻譜利用率，而效率較高的調制方式通常會對發端發射機的線性要求較高，這就使功率放大器線性化技術成為下一代無線通信系統的關鍵技術之一。 在本文中，研究了前人所提出的各種功放線性化技術，如功率回退法、正負反饋法、預失真和非線性器件法等等，針對功率放大器對信號的失真放大問題進行研究，對比和研究了目前廣泛流行的自適應數字預失真算法。在一般的自適應數字預失真算法中，主要有兩類：無記憶非線性預失真和有記憶非線性預失真。無記憶非線性預失真主要是通過比較功率放大器的反饋信號和已知輸入信號的幅度和相位的誤差來估計預失真器的各種修正參數。而有記憶非線性預失真主要是綜合考慮功率放大器非線性和記憶性對信號的污染，需要同時分析信號的當前狀態和歷史狀態。在對比完兩種數字預失真算法之后，文章著重分析了有記憶預失真算法，選擇了其中的多項式預失真算法進行了具體分析推演，并通過軟件無線電的方法將數字信號處理與FPGA結合起來，在內嵌了System Generator軟件的Matlab/Simulink上對該算法進行仿真分析，證明了這個算法的性能和有效性。 本文另外一個最重要的創新點在于，在FPGA設計上，使用了系統級設計的思路，與Xilinx公司提供的軟件能夠很好的配合，在完成仿真后能夠直接將代碼轉換成FPGA的網表文件或者硬件描述語言，大大簡化了開發過程，縮短了系統的開發周期。
上傳時間： 2013-06-20
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軟件無線電(SDR，Software Defined Radio)由于具備傳統無線電技術無可比擬的優越性，已成為業界公認的現代無線電通信技術的發展方向。理想的軟件無線電系統強調體系結構的開放性和可編程性，減少靈活性著的硬件電路，把數字化處理(ADC和DAC)盡可能靠近天線，通過軟件的更新改變硬件的配置、結構和功能。目前，直接對射頻(RF)進行采樣的技術尚未實現普及的產品化，而用數字變頻器在中頻進行數字化是普遍采用的方法，其主要思想是，數字混頻器用離散化的單頻本振信號與輸入采樣信號在乘法器中相乘，再經插值或抽取濾波，其結果是，輸入信號頻譜搬移到所需頻帶，數據速率也相應改變，以供后續模塊做進一步處理。數字變頻器在發射設備和接收設備中分別稱為數字上變頻器(DUC，Digital Upper Converter)和數字下變頻器(DDC，Digital Down Converter)，它們是軟件無線電通信設備的關鍵部什。大規模可編程邏輯器件的應用為現代通信系統的設計帶來極大的靈活性。基于FPGA的數字變頻器設計是深受廣大設計人員歡迎的設計手段。本文的重點研究是數字下變頻器(DDC)，然而將它與數字上變頻器(DUC)完全割裂后進行研究顯然是不妥的，因此，本文對數字上變頻器也作適當介紹。 第一章簡要闡述了軟件無線電及數字下變頻的基本概念，介紹了研究背景及所完成的主要研究工作。 第二章介紹了數控振蕩器(NCO)，介紹了兩種實現方法，即基于查找表和基于CORDIC算法的實現。對CORDIc算法作了重點介紹，給出了傳統算法和改進算法，并對基于傳統CORDIC算法的NCO的FPGA實現進行了EDA仿真。 第三章介紹了變速率采樣技術，重點介紹了軟件無線電中廣泛采用的級聯積分梳狀濾波器 (cascaded integratot comb， CIC)和ISOP(Interpolated Second Order Polynomial)補償法，對前者進行了基于Matlab的理論仿真和FPGA實現的EDA仿真，后者只進行了基于Matlab的理論仿真。 第四章介紹了分布式算法和軟件無線電中廣泛采用的半帶(half-band，HB)濾波器，對基于分布式算法的半帶濾波器的FPGA實現進行了EDA仿真，最后簡要介紹了FIR的多相結構。 第五章對數字下變頻器系統進行了噪聲綜合分析，給出了一個噪聲模型。 第六章介紹了數字下變頻器在短波電臺中頻數字化應用中的一個實例，給出了測試結果，重點介紹了下變頻器的：FPGA實現，其對應的VHDL程序收錄在本文最后的附錄中，希望對從事該領域設計的技術人員具有一定參考價值。
上傳時間： 2013-06-30
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