現(xiàn)代的計算機追求的是更快的速度、更高的數(shù)據(jù)完整性和靈活性。無論從物理性能，還是從電氣性能來看，現(xiàn)今的并行總線都已出現(xiàn)了某些局限，無法提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率。而SATA以其傳輸速率快、支持熱插拔、可靠的數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c，得到各行業(yè)越來越多的支持。 目前市場上的SATA IP CORE都是面向IC設計的，不利于在FPGA上集成，因此，本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上實現(xiàn)SATAⅡ協(xié)議，對SATA技術的推廣、國內邏輯IP核的發(fā)展都有一定的意義。 本文將SATAⅡ協(xié)議的FPGA實現(xiàn)劃分成物理層、鏈路層、傳輸層和應用層四個模塊。提出了物理層串行收/發(fā)器設計以及物理鏈路初始化方案。分析了鏈路層模塊結構，給出了作為SATAⅡ鏈路層核心的狀態(tài)機的設計。為滿足SATAⅡ協(xié)議3．0Gbps的速率，采用擴大數(shù)據(jù)處理位寬的方法，設計完成了鏈路層的16b/20b編碼模塊，同時為提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性和信號的穩(wěn)定性，分別實現(xiàn)了鏈路層CRC校驗模塊和并行擾碼模塊。在描述協(xié)議傳輸層的模塊結構的基礎上，給出了作為傳輸層核心的狀態(tài)機的設計，并以DMA DATA OUT命令的操作為例介紹了FIS在傳輸層中的處理過程。完成了命令層協(xié)議狀態(tài)機的設計，并實現(xiàn)了SATAⅡ新增功能NCQ技術，從而使得數(shù)據(jù)傳輸更加有效。最后為使本設計應用更加廣泛，設計了基于AHB總線的用戶接口。 本設計采用Verilog HDL語言對需要實現(xiàn)的電路進行描述，并使用Modelsim軟件仿真。仿真結果表明，本文設計的邏輯電路可靠穩(wěn)定，與SATAⅡ協(xié)議定義功能一致。
上傳時間： 2013-06-16
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寬帶無線通信的持續(xù)高速的需求增長刺激了新的通信技術的不斷產生，而這些技術的發(fā)展，很大程度上都來自于不同技術的互相補充與融合，這也成為新標準的源泉。正交頻分復用(OFDM)技術在提供高效的頻譜利用率以及良好的抗多徑性能的同時，通過多輸入輸出(MIMO)技術來進一步增加信道容量，在不增加信號帶寬的基礎上取得更高的傳輸速率和更好的傳輸質量。因此MIMO-OFDM技術近年來在成為研究熱點的同時，已被認為是下一帶移動通信和網絡接入標準中的核心技術。 本文主要對MIMO-OFDM系統(tǒng)物理層的關鍵技術進行了研究，并主要對系統(tǒng)的同步和信道估計算法進行了深入的分析，并提出了一些改進。最后進行了MIMO-OFDM基帶系統(tǒng)基于FPGA的物理層設計，對其中一些關鍵模塊的設計，比如信道估計和空時譯碼模塊進行了詳細的討論。 第一章緒論部分首先結合寬帶無線通信技術發(fā)展的歷史就MIMO-OFDM技術產生發(fā)展的背景進行了分析，指出了MIMO-OFDM研究與發(fā)展方向，最后總結了本文的工作目標和基本要求。 第二章主要是推導分析了MIMO-OFDM系統(tǒng)的基本原理，先分別從OFDM技術和MIMO技術兩方面概括性的介紹了其理論以及技術特點，最后對MIMO與OFDM結合的關鍵技術進行了討論。 第三章是對MIMO-OFDM同步算法的研究，主要針對基于訓練序列的同步算法進行了深入討論，關注點是訓練序列的設計。針對原有的一些算法進行了總結與比較，并主要對基于頻域設計的訓練序列符號同步算法做出了改進。 第四章首先從基于導頻的信道估計算法推導開始，關注點放在MIMO-OFDM系統(tǒng)下的自適應信道估計算法研究。文章將原有的一些OFDM自適應信道估計算法擴展到MIMO領域，結合基于共軛梯度的自適應算法并做出了一些改進。 第五章節(jié)是本文的硬件設計部分，文章基于一個2發(fā)2收MIMO-OFDM系統(tǒng)進行了基帶數(shù)字處理部分的FPGA設計工作，根據(jù)設計要求實現(xiàn)了發(fā)送端和接收端數(shù)據(jù)處理的基本功能，為完善的和更高性能的MIMO-OFDM系統(tǒng)實現(xiàn)奠定了基礎。
上傳時間： 2013-06-26
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偏移正交相移鍵控(OQPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying)調制技術是一種恒包絡調制技術，具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點，廣泛應用于衛(wèi)星通信和移動通信領域。 論文以某型偵收設備中OQPSK解調器的全數(shù)字化為研究背景，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的全數(shù)字OQPSK調制解調器，其中調制器主要用于仿真未知信號，作為測試信號源。論文研究了全數(shù)字OQPSK調制解調的基本算法，包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復、定時恢復等；完成了整個調制解調算法的MATLAB仿真。在此基礎上，采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發(fā)環(huán)境下設計并實現(xiàn)了各個算法模塊，并在硬件平臺上加以實現(xiàn)。通過實際現(xiàn)場測試，實現(xiàn)了對所偵收信號的正確解調。論文還實現(xiàn)了解調器的百兆以太網接口，使得系統(tǒng)可以方便地將解調數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機進行后續(xù)處理。
上傳時間： 2013-06-30
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近年來，移動通信技術在全球范圍內得到了迅猛的發(fā)展及應用，各種全新的無線通信概念層出不窮、各種新的體制及其關鍵技術日新月異。由于正交頻分復用(OFDM)技術可以高效地利用頻譜資源并有效地對抗頻率選擇性衰落，多入多出(MIMO)利用多個天線實現(xiàn)多發(fā)多收，在不增加帶寬和發(fā)送功率的情況下，可以成倍提高信道容量，因此OFDM-MIMO技術被廣泛認為是后三代通信系統(tǒng)(B3G)的關鍵技術，是當今移動通信領域研究的熱點。 本文對OFDM-MIMO通信系統(tǒng)接收機的關鍵技術--數(shù)字下變頻，OFDM同步、解調進行了相關研究，在多天線接收板的XC2VP70-5FF1704芯片上，完成了數(shù)字下變頻，OFDM同步和解調的FPGA設計與實現(xiàn)。通過功能仿真、時序仿真、板級電路測試，驗證了該設計的正確性。 本文首先介紹了OFDM基本原理以其特點，然后對同步技術和數(shù)字下變頻技術作了相應的介紹。同步是OFDM系統(tǒng)設計中的一項關鍵技術，即是針對系統(tǒng)中存在的時間偏差、頻率偏差進行定時恢復、頻偏的估計與補償，來減少各種同步偏差對系統(tǒng)性能的影響。數(shù)字下變頻是軟件無線電的核心技術之一，其基本功能是從高速中頻數(shù)字信號中提取所需的窄帶信號，將其下變頻為基帶信號，降低數(shù)據(jù)率，以供后續(xù)DSP器件作進一步處理。 在數(shù)字下變頻器的設計和實現(xiàn)方面，本文先介紹了數(shù)字下變頻器的原理和基本結構，然后根據(jù)系統(tǒng)要求對其進行了設計，并在實現(xiàn)上作了一些簡化，節(jié)約了硬件資源。 在對時間同步的設計和實現(xiàn)方面，本文采用了利用PN序列進行時間同步的算法。在實現(xiàn)上根據(jù)系統(tǒng)實際情況將數(shù)據(jù)分為四路分別與本地PN碼做滑動相關運算，更有效的利用了同步數(shù)據(jù)，達到了更好的同步性能。 在OFDM的頻率同步的設計和實現(xiàn)方面，本文采用重復的PN碼兩兩相關來估計頻偏值，并聯(lián)合一個二階負反饋環(huán)路進行補償。該算法利用環(huán)路自身噪聲帶寬抑制噪聲，提高頻率估計精度，并同時利用負反饋擴大頻偏估計范圍。本文在對算法的詳細研究分析的基礎上對其進行了FPGA設計與實現(xiàn)。
上傳時間： 2013-04-24
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低密度校驗碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領域標準中，包括我國的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴省W洲第二代衛(wèi)星數(shù)字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統(tǒng)中的核心技術之一。 當今LDPC碼構造的主流方向有兩個，分別是結合準循環(huán)（QC，Quasi Cyclic）移位結構的單次擴展構造和類似重復累積（RA，Repeat Accumulate）碼構造。相應地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實現(xiàn)簡單，但是吞吐量不高，且不容易構造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構造和編碼算法之后，結合編譯碼器綜合實現(xiàn)的復雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構造方法，以實現(xiàn)高吞吐量的LDPC碼收發(fā)端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環(huán)移位結構的特點，結合RU算法，提出了一種新編碼器的設計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環(huán)移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現(xiàn)的。在此基礎上，為了實現(xiàn)可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環(huán)移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構造方法的特點在于，固定循環(huán)移位擴展的擴展因子大小不變，支持多個亂序擴展的擴展因子，使得譯碼器結構得以精簡；構造得到的碼字具有近似規(guī)則碼的結構，便于硬件實現(xiàn)；（偽）隨機生成的循環(huán)移位系數(shù)能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現(xiàn)和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復用，使得實現(xiàn)復雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結構完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，F(xiàn)orward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結構，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數(shù)大致相同。 這種碼字構造和編碼聯(lián)合設計方案具有以下優(yōu)勢：相比RU算法，新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節(jié)省了50％以上的寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復累積碼結構的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構造更為方便。以上結果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗證。 通過在實驗板上實測表明，上述基于二次擴展的QC-LDPC碼構造和相應的編碼方案能夠實現(xiàn)高吞吐量LDPC碼收發(fā)端，在實際應用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規(guī)則、自適應、信源信道及調制聯(lián)合編碼方向發(fā)展。跨層聯(lián)合編碼的構造方法，及其對應的編碼算法，也必將成為信道編碼理論未來的研究重點。
上傳時間： 2013-07-26
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擴頻通信技術是信息時代的三大高技術通信傳輸方式之一，與常規(guī)的通信技術相比。具有低截獲率、強抗噪聲、抗干擾性，具有信息隱蔽和多址通信等特點，目前已從軍事領域向民用領域迅速發(fā)展。在民用化之后，它被迅速推廣到各種公用和專用通信網絡之中，如衛(wèi)星通信、數(shù)據(jù)傳輸、定位、測距等系統(tǒng)中。 擴頻通信技術中，最常見的是直接序列擴頻通信(DSSS)系統(tǒng)，然而目前專用擴頻芯片大部分功能都已固化。缺少產品開發(fā)的靈活性。其次，目前用FPGA與DSP相結合實現(xiàn)的直接序列擴頻的收發(fā)系統(tǒng)比較多，系統(tǒng)復雜且成本高。另外，現(xiàn)代擴頻通信系統(tǒng)在接收和發(fā)送端需要完成許多快速復雜的信號處理，這對電路的可靠性和處理速度提出了更高的要求。因此，設計一個全部用FPGA技術實現(xiàn)的擴頻通信收、發(fā)系統(tǒng)具有較強的實際應用價值。 根據(jù)FPGA的高速并行處理能力和全硬件實現(xiàn)的特點，采用直接序列擴頻技術，借助QuartusⅡ6.0及Protel99se工具，完成了系統(tǒng)的軟件仿真和硬件電路設計。實驗結果表明，比用傳統(tǒng)的FPGA與DSP相結合實現(xiàn)方式，提高了處理速度，減少了硬件延時。同時采用了流水線技術，提高了系統(tǒng)并行處理的能力。并且系統(tǒng)功能可以通過程序來修改和升級，與專用擴頻芯片相比，具有很大的靈活性。所有模塊都集成在一個芯片中，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
上傳時間： 2013-05-18
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激光測距是一種非接觸式的測量技術，已被廣泛使用于遙感、精密測量、工程建設、安全監(jiān)測以及智能控制等領域。早期的激光測距系統(tǒng)在激光接收機中通過分立的單元電路處理激光發(fā)、收信號以測量光脈沖往返時間，使得開發(fā)成本高、電路復雜，調試困難，精度以及可靠性相對較差，體積和重量也較大，且沒有與其他儀器相匹配的標準接口，上述缺陷阻礙了激光測距系統(tǒng)的普及應用。 本文針對激光測距信號處理系統(tǒng)設計了一套全數(shù)字集成方案，除激光發(fā)射、接收電路以外，將信號發(fā)生、信號采集、綜合控制、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸五個部分集成為一塊專用集成電路。這樣就不再需要DA轉換和AD轉換電路和濾波處理等模塊，可以直接對信號進行數(shù)字信號處理。與分立的單元電路構成的激光測距信號處琿相比，可以大大降低激光測距系統(tǒng)的成本，縮短激光測距的研制周期。并且由于專用集成電路帶有標準的RS232接口，可以直接與通信模塊連接，構成激光遙測實時監(jiān)控系統(tǒng)，通過LED實時顯示測距結果。這樣使得激光測距系統(tǒng)只需由激光器LD、接收PD和一片集成電路組成即可，提出了橋梁的位移監(jiān)測技術方法，并設計出一種針對橋梁的位移監(jiān)測的具有既便攜、有效又經濟實用的監(jiān)測樣機。 本文基于xil inx公司提供的開發(fā)環(huán)境(ise8.2)、和Virtex2P系列XC2VP30的開發(fā)版來設計的，提出一種基于方波的利用DCM(數(shù)字時鐘管理器)檢相的相位式測距方法；采用三把側尺頻率分別是30MHz、3MHz、lOkHz，對應的測尺長度分別為5米、50米和15000米，對應的精度分別為±0.02米、±0.5米和±5米。設計了一套激光測距全數(shù)字信號處理系統(tǒng)。為了證明本系統(tǒng)的準確性，另外設計了一套利用延時的方法來模擬激光光路，經過測試，證明利用DCM檢相的相位式測距方法對于橋梁的位移監(jiān)測是可行的，測量精度和測量結果也滿足設計方案要求。
上傳時間： 2013-06-12
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偏移正交相移鍵控(OQPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying)調制技術是一種恒包絡調制技術，具有頻譜利用率高、頻譜特性好等特點，廣泛應用于衛(wèi)星通信和移動通信領域。 論文以某型偵收設備中OQPSK解調器的全數(shù)字化為研究背景，設計并實現(xiàn)了基于FPGA的全數(shù)字OQPSK調制解調器，其中調制器主要用于仿真未知信號，作為測試信號源。論文研究了全數(shù)字OQPSK調制解調的基本算法，包括成形濾波器、NCO模型、載波恢復、定時恢復等；完成了整個調制解調算法的MATLAB仿真。在此基礎上，采用VHDL硬件描述語言在Xilinx公司ISE7.1開發(fā)環(huán)境下設計并實現(xiàn)了各個算法模塊，并在硬件平臺上加以實現(xiàn)。通過實際現(xiàn)場測試，實現(xiàn)了對所偵收信號的正確解調。論文還實現(xiàn)了解調器的百兆以太網接口，使得系統(tǒng)可以方便地將解調數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機進行后續(xù)處理。
上傳時間： 2013-05-19
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本論文在詳細研究MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)總線協(xié)議以及參考國外芯片設計的基礎上，結合目前新興的EDA技術和大規(guī)模可編程技術，提出了一種全新的基于FPGA的1553B總線接口芯片的設計方法。 從專用芯片實現(xiàn)的具體功能出發(fā)，結合自頂向下的設計思想，給出了總線接口的總體設計方案，考慮到電路的具體實現(xiàn)對結構進行模塊細化。在介紹模擬收發(fā)器模塊的電路設計后，重點介紹了基于FPGA的BC、RT、MT三種類型終端設計，最終通過工作方式選擇信號以及其他控制信號將此三種終端結合起來以達到通用接口的功能。同時給出其設計邏輯框圖、算法流程圖、引腳說明以及部分模塊的仿真結果。為了資源的合理利用，對其中相當部分模塊進行復用。在設計過程中采用自頂向下、碼型轉換中的全數(shù)字鎖相環(huán)、通用異步收發(fā)器UART等關鍵技術。本設計使用VHDL描述，在此基礎之上采用專門的綜合軟件對設計進行了綜合優(yōu)化，在FPGA芯片EP1K100上得以實現(xiàn)。通過驗證證明該設計能夠完成BC/RT/MT三種模式的工作，能處理多種消息格式的傳輸，并具有較強的檢錯能力。 最后設計了總線接口芯片測試系統(tǒng)，選擇TMS320LF2407作為主處理器，測試主要包括主處理器的自發(fā)自收驗證，加入RS232串口調試過程提高測試數(shù)據(jù)的直觀性。驗證的結果表明本文提出的設計方案是合理的。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著無線通信技術的不斷發(fā)展，人們對移動通信及寬帶無線接入業(yè)務需求的不斷增長，無線頻譜資源顯得日益匱乏。因此，如何提高頻譜利用率，一直以來就是無線通信領域研究的主要任務。認知無線電的提出成為當下解決頻譜資源稀缺的一個有效方法。而認知無線電的特性要求認知無線系統(tǒng)必須具備一個可重構的自適應調制解調器。因此，對于認知無線電平臺中自適應可重構調制解調器的深入研究具有重大的意義。 軟件無線電是實現(xiàn)認知無線電的理想平臺。本文首先闡述了軟件無線電的基本工作原理及關鍵技術，對多速率信號處理中的內插和抽取、帶通采樣、數(shù)字下變頻、濾波等技術進行了分析與探討，為設計自適應可重構調制解調器的設計提供了理論基礎。然后介紹了認知無線電系統(tǒng)的構成和基本工作方式，接著重點研究了其中通信模塊的FPGA實現(xiàn)。在通信模塊的實現(xiàn)中，研究了基于認知無線電的BPSK、π/4 DQPSK、8PSK及16QAM調制解調技術，簡要論述了他們的基本概念和原理，并給出了設計方案。接著按信號流程逐一介紹了各個功能模塊在DSP+FPGA硬件平臺上的實現(xiàn)，并對得到的數(shù)據(jù)進行了分析，給出了性能測試結果。在此基礎上，結合認知無線電系統(tǒng)的要求，提出了可變調制方式，可變傳輸帶寬的自適應可重構調制解調器的設計方案，并對其中一些關鍵模塊的硬件實現(xiàn)給出了分析，同時給出了收端波特率識別的策略。最后，論文提出了一些新的自適應技術，如波特率估計、信噪比估計等，并給出了應用這些技術的自適應調制解調器的改進方案。
上傳時間： 2013-06-17
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