軟件無線電作為一種新的無線通信概念和體制，近年來隨著3G標準的提出，日益受到國內外相關通信廠商的重視。尤其是基于軟件無線電和智能天線技術的TD-SCDMA作為通信史上第一個“中國標準”，有望扭轉多年來我國移動通信制造業的被動局面，是實現信息產業騰飛的一個絕好機會。軟件無線電使得通信體制具有很好的通用性、靈活性和可配置性，并使系統互聯和升級變得容易。本文以軟件無線電中的FIR濾波器為線索，貫穿了信號重構、多抽樣率信號處理、積分梳狀濾波器等理論分析，重點闡釋了FIR濾波器的設計方法及濾波器的FPGA實現等技術問題。 本文首先針對軟件無線電中的多抽樣率信號處理理論進行了討論和分析。討論了軟件無線電中如何實現整數倍抽取、整數倍內插、分數倍抽樣率變換，并分析了網絡結構的等效變換、多相濾波及積分梳狀濾波器的設計理論。 緊接著重點闡述了軟件無線電中FIR濾波器的設計理論，包括窗函數法、頻率抽樣法及等紋波法。分析了各種設計方法所能達到的性能指標及優缺點，并結合工程實例給出了相關的Matlab程序。并對FIR濾波器結構的選擇及系數字長的確定等問題進行了分析。此外，也介紹了在Matlab進行輔助設計時一些常用函數和命令的用法。 本文選用FPGA來實現中頻軟件無線電，FPGA與參數化ASIC、DSP比較有很多優勢，它不但在功耗、體積、成本方面優于參數化ASIC、DSP，而且處理效率高、現場可編程性能良好。不同于DSP的單流處理方式，FPGA是多流并行處理，這種處理方式使FPGA能完成DSP難以實現的許多功能。在簡單介紹了FPGA的一般原理，以及FPGA設計中的關鍵技術和在信號處理中的設計原則以后，重點介紹了FIR濾波器的FPGA實現方法。提出了分布式算法、加法器網絡法以及分段FIFO等實現方法。最后，提出了一種QuartusII與MATLAB聯合仿真的方法。此方法能夠直觀的檢驗濾波器的濾波效果，提高設計效率。并結合工程實例詳盡的介紹了FIR濾波器的設計開發流程。
上傳時間： 2013-04-24
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伴隨高速DSP技術的廣泛應用，實時快速可靠地進行數字信號處理成為用戶追求的目標。同時，由于可編程器件在速度和集成度方面的飛速提高，使得利用硬件實現數字信號實時快速可靠處理有了新的途徑。 FIR濾波器是數字信號處理中常用部件，它的最大優點在于：設計任何幅頻特性時，可以具有嚴格的線性相位，這一點對數字信號的實時處理非常關鍵。 FPGA是常用的可編程器件，它所具有的查找表結構非常適用于實現實時快速可靠的FIR濾波器，在加上VHDL語言靈活的描述方法以及與硬件無關的特點，使得使用VHDL語言基于FPGA芯片實現FIR濾波器成為研究的方向。 本文對基于FPGA的FIR數字濾波器實現進行了研究，并設計了一個16階的FIR低通濾波器。所做的主要工作為： 1.以FIR數字濾波器的基本理論為依據，使用分布式算法作為濾波器的硬件實現算法，并對其進行了詳細的討論。針對分布式算法中查找表規模過大的缺點，采用多塊查找表的方式減小硬件規模。 2.在設計中采用了自頂向下的層次化、模塊化的設計思想，將整個濾波器劃分為多個模塊，利用VHDL語言的描述方法進行了各個功能模塊的設計，最終完成了FIR數字濾波器的系統設計。 3.采用FLEX10K系列器件實現一個16階的FIR低通濾波器的設計實例，用MAX+PLUSII軟件進行了仿真，并用MATLAB對仿真結果進行了分析，證明所設計的FIR數字濾波器功能正確。 仿真結果表明，本論文所設計的FIR濾波器硬件規模較小，采樣率達到了17.73MHz。同時只要將查找表進行相應的改動，就能分別實現低通、高通、帶通FIR濾波器，體現了設計的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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建立在數據率轉換技術之上的寬帶數字偵察接收機要求能夠實現高截獲概率、高靈敏度、近乎實時的信號處理能力。雙信號數據率轉換技術是寬帶數字偵察接收機關鍵技術之一，是解決寬帶數字接收機中前端高速ADC采樣的高速數據流與后端DSP處理速度之間瓶頸問題的可行方案。測頻技術以及帶通濾波，即寬帶數字下變頻技術，是實現數據率轉換系統的關鍵技術。本文首先介紹了寬帶數字偵察接收關鍵技術之一的數據率轉換技術，著重研究了快速、高精度雙信號測頻算法以及實驗系統硬件實現。論文主要工作如下： (1)分析了現代電子偵察環境下的信號特征，指出寬帶數字接收機必須滿足寬監視帶寬、流水作業以及近實時的響應時間。給出了一種頻率引導式的數字接收機方案，簡要介紹這種接收機的關鍵技術——快速、高精度頻率估計以及高效的數據率轉換。 (2)介紹了FFT技術在測頻算法中的應用，比較了FFT專用芯片及其優點和缺點，指出為了滿足實時處理要求，必須選用FPGA設計FFT模塊。 (3)在分析常規的插值算法基礎上，提出了一種單信號的快速插值頻率估計方法，只需三個FFT變換系數的實部構造頻率修正項，計算量低。該方法具有精度高、測頻速率快的特點。 (4)基于DFT理論和自相關理論，提出了結合FFT和自相關的雙信號頻率估計算法。該方法先用DFT估計其中一個信號的頻率和幅度，以此頻率對信號解調并對消該頻率成分，最后利用自相關理論估計出另一個信號的頻率。 (5)基于DFT理論和FFT技術，研究了信號平方與FFT結合的雙信號頻率估計算法。根據信號中兩頻率分量的幅度比，只需一次一維平方信號譜峰搜索，就可以得到雙信號的和頻與差頻分量的估計值，并利用插值技術提高測頻精度。該算法能夠精確地估計頻率間隔小的雙信號頻率，且容易地擴展到復信號，FPGA硬件實現容易。 (6)基于現代譜分析理論，研究了基于AR(2)模型的雙信號頻率估計算法。方法在利用AR(2)模型系數估計雙正弦信號頻率之和的同時，利用FFT快速測頻算法估計其中強信號分量的頻率值。算法仿真驗證和性能分析表明了提出的算法能快速高精度地估計雙信號頻率。 (7)給出了基于頻譜重心算法的雷達雙信號頻率估計的FPGA硬件實現架構，并進行了時序仿真。 (8)討論了雙信號帶寬匹配接收系統的硬件設計方案，給出了快速測頻及帶寬估計模塊設計。
上傳時間： 2013-06-02
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自適應濾波器的硬件實現一直是自適應信號處理領域研究的熱點。隨著電子技術的發展，數字系統功能越來越強大，對器件的響應速度也提出更高的要求。 本文針對用通用DSP 芯片實現的自適應濾波器處理速度低和用HDL語言編寫底層代碼用FPGA實現的自適應濾波器開發效率低的缺點，提出了一種基于DSP Builder系統建模的設計方法。以隨機2FSK信號作為研究對象，首先在matlab上編寫了LMS去噪自適應濾波器的點M文件，改變自適應參數，進行了一系列的仿真，對算法迭代步長、濾波器的階數與收斂速度和濾波精度進行了研究，得出了最佳自適應參數，即迭代步長μ=0.0057，濾波器階數m=8，為硬件實現提供了參考。 然后，利用最新DSP Builder工具建立了基于LMS算法的8階2FSK信號去噪自適應濾波器的模型，結合多種EDA工具，在EPFlOKl00EQC208-1器件上設計出了最高數據處理速度為36.63MHz的8階LMS自適應濾波器，其速度是文獻[3]通過編寫底層VHDL代碼設計的8階自適應濾波器數據處理速度7倍多，是文獻[50]采用DSP通用處理器TMS320C54X設計的8階自適應濾波器處理速度25倍多，開發效率和器件性能都得到了大大地提高，這種全新的設計理念與設計方法是EDA技術的前沿與發展方向。 最后，采用異步FIFO技術，設計了高速采樣自適應濾波系統，完成了對雙通道AD器件AD9238與自適應濾波器的高速匹配控制，在QuartusⅡ上進行了仿真，給出了系統硬件實現的原理框圖，并將采樣濾波控制器與異步FIF0集成到同一芯片上，既能有效降低高頻可能引起的干擾又降低了系統的成本。
上傳時間： 2013-06-01
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隨著國民經濟的飛速發展，傳統的電機已無法滿足當前工程的要求，其作用也由過去簡單的起停控制、提供動力上升到要求對其速度、位置、轉矩等進行精確的控制，并能實現快速加速、減速、反轉以及準確停止等，使被驅動的機械運動符合于集的要求。在集成電路、現代電子技術及控制理論飛速發展的今天，電機控制技術也得到了飛快的發展，電機控制器也由模擬分立元件構成的電路向數模混合、全數字方向發展。本論文主要研究了FPGA芯片在電機控制器中的應用。 論文首先對無刷直流電機系統進行了綜合性論述。對系統的組成、及系統中主要部分：如位置傳感器、逆變器和功率器件、供電直流電源進行了較詳細的說明；并且提出了與本研究相關的控制機理和實施方案。 其次，論文對FPGA芯片的特點及配置電路、以及以FPGA-FLEX10K10為核心的控制器電路的組成進行了較詳細的論述；同時對超高速集成電路硬件描述語言(VHDL)的特點和應用進行了研究；并提出了應用FPGA芯片對電機速度進行控制的系統構成及工作原理。 論文還對FPGA芯片與DSP芯片共同完成電機控制的方案進行了論述，利用ALTERA公司的FPGA芯片完成了電機控制器的設計、制造和調試，并在此基礎上分析研究了利用此控制器對無刷直流電機進行調速控制的方法；兩種控制器共同工作，組合方便、功能強大，適合在高精度、高效、寬變速控制的應用場合下，可對電機實現精度更高、策略更復雜的控制。 論文最后還對在具體產品中的應用效果及行了簡單分析。
上傳時間： 2013-08-04
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可編程邏輯器件FPGA(現場可編程門陣列)和CPLD(復雜可編程邏輯器件)越來越多的應用于數字信號處理領域，與傳統的ASIC(專用集成電路)和DSP(數字信號處理器)相比，基于FPGA和CPLD實現的數字信號處理系統具有更高的實時性和可嵌入性，能夠方便地實現系統的集成與功能擴展。 FFT的硬件結構主要包括蝶形處理器、存儲單元、地址生成單元與控制單元。本文提出的算法在蝶形處理器內引入流水線結構，提高了FFT的運算速度。同時，流水線寄存器能夠寄存蝶形運算中的公共項，這樣在設計蝶形處理器時只用到了一個乘法器和兩個加法器，降低了硬件電路的復雜度。 為了進一步提高FFT的運算速度，本文在深入研究各種乘法器算法的基礎上，為蝶形處理器設計了一個并行乘法器。在實現該乘法器時，本文采用改進的布斯算法，用以減少部分積的個數。同時，使用華萊士樹結構和4-2壓縮器對部分積并行相加。 本文以32點復數FFT為例進行設計與邏輯綜合。通過設計相應的存儲單元，地址生成單元和控制單元完成FFT電路。電路的仿真結果與軟件計算結果相符，證明了本文所提出的算法的正確性。 另外，本文還對設計結果提出了進一步的改進方案，在乘法器內加入一級流水線寄存器，使FFT的速度能夠提高到當前速度的兩倍，這在實時性要求較高的場合具有極高的實用價值。
上傳時間： 2013-07-18
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快速傅立葉變換(FFT)是數字信號處理中的重要內容之一，是很多信號處理過程中的核心算法。本文先總結了快速傅立葉變換的一些常用算法，并綜合種種因素，采用了基2按頻率抽取算法作為實現算法，然后將以現場可編程門陣列(FPGA)和以DSP處理器這兩種實現數字信號處理的方式進行了比較，指出了各自的優點和不足之處。最后以FPGA芯片XCS200為硬件平臺，以ISE6為軟件平臺，利用VHDL語言描述的方式實現了512點16Bit復數的快速傅立葉變換系統，并進行了仿真、綜合等工作。仿真結果表明其計算結果達到了一定的精度，運行速度可以滿足一般實時信號處理的要求。
上傳時間： 2013-06-08
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近年來微光、紅外、X光圖像傳感器在軍事、科研、工農業生產、醫療衛生等領域的應用越來越為廣泛，但由于這些成像器件自身的物理缺陷，視覺效果很不理想，往往需要對圖像進行適當的處理，以得到適合人眼觀察或機器識別的圖像。因此，市場急需大量高效的實時圖像處理器能夠在傳感器后端對這類圖像進行處理。而FPGA的出現，恰恰解決了這個問題。 近十年來，隨著FPGA(現場可編程門陣列)技術的突飛猛進，FPGA也逐漸進入數字信號處理領域，尤其在實時圖像處理方面。Xilinx的研究表明，在2000年主要用于DSP應用的FPGA的發貨量，增長了50％；而常規的DSP大約增長了40％。由于FPGA可無比擬的并行處理能力，使得FPGA在圖像處理領域的應用持續上升，國內外，越來越多的實時圖像處理應用都轉向了FPGA平臺。與PDSP相比，FPGA將在未來統治更多前端(如傳感器)應用，而PDSP將會側重于復雜算法的應用領域。可以說，FPGA是數字信號處理的一次重大變革。 算法是圖像處理應用的靈魂，是硬件得以發揮其強大功能的根本。”共軛變換”圖像處理方法是一種新型的圖像處理算法，由鄭智捷博士上個世紀90年代初提出。這種算法使用基元形狀(meta-shape)技術，而這種技術的特征正好具備幾何與拓撲的雙重特性，使得大量不同的基于形態的灰度圖像處理濾波器可用這種方法實現。該種算法在空域進行圖像處理，無需進行大量復雜的算術運算，算法簡單、快速、高效，易于硬件實現。通過十多年來的實驗與實踐證明，在微光圖像，紅外圖像，X光圖像處理領域，”共軛變換”圖像處理方法確實有其獨特的優異性能。本篇論文就針對”共軛變換”圖像處理方法在微光圖像處理領域的應用，就如何在FPGA上實現”共軛變換”圖像處理方法展開研究。首先在Matlab環境下，對常用的圖像增強算法和”共軛變換”圖像處理方法進行了比較，并且在設計制作“FPGA視頻處理開發平臺”的基礎上，用VHDL實現了”共軛變換”圖像處理方法的基本內核并進行了算法的硬件實現與效果驗證。此外，本文還詳細地討論了視頻流的采集及其編碼解碼問題以及I2C總線的FPGA實現。
上傳時間： 2013-04-24
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本文研究特種LCD的圖像處理方法和FPGA實現方案，并研制出基于FPGA的若干實際應用系統，有效地解決目前存在的問題。本文主要研究內容為： (1)給出一種基于彩色空間變換的色彩調整方法，在YCrCb空間內實現亮度和色度分離，避免了RGB空間兩者同時變化造成偏色和失真的現象，并在FPGA內采用流水線結構改進3階矩陣運算的邏輯結構，節省出2/3的邏輯資源，提高了模塊的最高運行速度。 (2)研究利用FPGA實現圖像實時縮放處理的方法，選擇能夠滿足特種LCD要求的雙線性插值法作為研究對象，實時計算插值系數dx和dy，并采用流水線結構進行插值計算，僅使用FPGA中的3個雙端口RAM來緩沖圖像數據，沒有外擴大容量幀存儲器，降低了成本，提高特種LCD的系統兼容性。 (3)設計一種針對特種LCD更為簡捷、有效的隔行轉逐行掃描的實現方案，即利用圖像實時縮放的方法，把一場圖像縮放到LCD的分辨率，實現復合視頻圖像在LCD的“滿屏”顯示，改善現有特種LCD在顯示隔行掃描的復合視頻信號時，遇到圖像信息丟失或顯示效果不佳的問題。 (4)設計出一種基于字符和位圖的數字OSD控制核，合理使用分布式RAM和塊RAM兩種邏輯資源來存儲字符和位圖信息，OSD圖像由數字邏輯自動合成，編程簡單靈活，使特種LCD的參數調整更加方便。 (5)研制成功基于FPGA的特種LCD顯示控制板，能顯示三種分辨率640×480，800×600，1024×768的圖像信號；支持寬范圍的亮度、對比度、顯示位置等參數的實時調整，并提供全功能的透明OSD菜單進行指示。 (6)研制成功基于FPGA的特種LCD圖像調節板，用于對某型號機載特種LCD進行改造，增加寬范圍的亮度、對比度、圖像顯示位置的實時調整功能，提供無信號輸入檢測與OSD指示功能，提高圖像顯示的性能，通過了環境溫度試驗與性能測試，并已裝機。 (7)研制成功基于DSP和FPGA的圖像采集顯示板，實現了對全分辨率復合視頻信號進行25幀/秒的實時采集和顯示，在DSP內使用“三幀”輪換的圖像數據緩沖方法提高了系統的實時處理能力，使之能夠完成一定復雜度的實時圖像處理。
上傳時間： 2013-06-12
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本文對G.729語音編碼算法的基本原理和實現系統開發方面進行了深入研究。針對G.729語音編碼算法在實際應用中存在的一些問題，在大量分析和實驗的基礎上，提出了新的改進算法。G.729語音編碼算法硬件實現方面，國內外現在主要以DSP為實現平臺，這是由于DSP以其卓越的運算能力為數字語音信號處理領域的研究及開發提供了有力的工具。但G.729語音編碼算法具有計算復雜和數據存儲量大的固有缺陷，隨著通信量的不斷增加和服務的擴展，對G.729語音編碼實時性的要求也越來越高。隨著微電子制造工藝的發展，越來越多的語音編碼平臺采用DSP與FPGA或MCU相互結合的系統，通過進行軟硬件協同設計提高編碼效率。
上傳時間： 2013-06-30
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