隨著中國二代導航系統(tǒng)的建設(shè)，衛(wèi)星導航的應(yīng)用將普及到各個行業(yè)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導航接收機的研究與設(shè)計是該領(lǐng)域的一個研究熱點。在接收機的設(shè)計中，對于成熟技術(shù)將利用ASIC芯片進行批量生產(chǎn)，該芯片是專用芯片，一旦制造成型不能改變。但是對于正在研究的接收機技術(shù)，特別是在需要利用接收機平臺進行提高接收機性能研究時，利用FPGA通用可編程門陣列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，進行批量生產(chǎn)。本課題就是基于FPGA研究GPS并行捕獲技術(shù)的硬件電路，著重進行了其中一個捕獲通道的設(shè)計和實現(xiàn)。 GPS信號捕獲時間是影響GPS接收機性能的一個關(guān)鍵因素，尤其是在高動態(tài)和實時性要求高的應(yīng)用中或者對弱GPS信號的捕獲方面。因此，本文在滑動相關(guān)法基礎(chǔ)上引出了基于FFT的并行快速捕獲方法，采用自頂向下的方法對系統(tǒng)進行總體功能劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并采用自底向上的方法對系統(tǒng)進行功能實現(xiàn)和驗證。 本課題以Xilinx公司的Spartan3E開發(fā)板為硬件開發(fā)平臺，以ISE9.2i為軟件開發(fā)平臺，采用Verilog HDL編程實現(xiàn)該系統(tǒng)。并利用Nemerix公司的GPS射頻芯片NJ1006A設(shè)計制作了GPS中頻信號產(chǎn)生平臺。該平臺可實時地輸出采樣頻率為16.367MHz的GPS數(shù)字中頻信號。 本課題主要是基于采樣率變換和FFT實現(xiàn)對GPS C/A碼的捕獲。該算法利用平均采樣的方法，將信號的采樣率降低到1.024 MHz，在低采樣率下利用成熟的1024點FFT IP核對C/A碼進行粗捕，給出GPS信號的碼相位(精度大約為1/4碼片)和載波的多普勒頻率，符合GPS后續(xù)跟蹤的要求。 同時，由于FFT算法是以資源換取時間的方法來提高GPS捕獲速度的，所以在設(shè)計時，合理地采用FPGA設(shè)計思想與技巧優(yōu)化系統(tǒng)。基于實用性的要求，詳細的給出了基于FFT的GPS并行捕獲各個模塊的實現(xiàn)原理、實現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及仿真結(jié)果。并達到降低系統(tǒng)硬件資源，能夠快速、高效地實現(xiàn)對GPS C/A碼捕獲的要求。 本研究是導航研究所承擔的國家863課題“利用多徑信號提高GNSS接收機性能的新技術(shù)研究”中關(guān)于接收機信號捕獲算法的一部分，對接收機的設(shè)計具有一定的參考價值。
上傳時間： 2013-07-22
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通信與信息技術(shù)行業(yè)飛速發(fā)展，已成為我國支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著該行業(yè)的迅速發(fā)展，社會對具備實際動手能力人才的需求也不斷增加，高校通信教學改革勢在必行。在最初的通信原理實驗設(shè)備中每個實驗獨立占用一塊硬件資源，隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，實驗設(shè)備廠商將CPLD/FPGA技術(shù)作為獨立的一項實驗內(nèi)容，加入到通信原理實驗設(shè)備中。FPGA技術(shù)具備集成度高、速度快和現(xiàn)場可編程的優(yōu)勢，適合高集成度和高速的時序運算。本文總結(jié)現(xiàn)有通信原理實驗設(shè)備的優(yōu)缺點，采用FPGA技術(shù)設(shè)計出集驗證性和設(shè)計性于一體，具備較高的綜合性和系統(tǒng)性的通信原理實驗系統(tǒng)。 本系統(tǒng)提供了一個開放性的硬件、軟件平臺，從培養(yǎng)學生實際動手能力出發(fā)，利用FPGA在通用的硬件上實現(xiàn)所有實驗內(nèi)容。學生在本系統(tǒng)上除了能完成已固化的實驗內(nèi)容，還可以實現(xiàn)電子設(shè)計開發(fā)和驗證。這對培養(yǎng)學生的實踐能力大有裨益。 本文結(jié)合數(shù)字通信系統(tǒng)基本模型，把基于FPGA的通信原理實驗系統(tǒng)劃分為信號源模塊、發(fā)送端模塊、信道仿真模塊、接收端模塊和同步模塊幾部分。其中，模擬信號源采用DDS技術(shù)，能夠生成非常高的頻率精度，可作為任意波形發(fā)生器。發(fā)送端和接收端模塊結(jié)合到一起組成多體制調(diào)制解調(diào)器，形成多頻段、多波形的軟件無線電系統(tǒng)。載波同步采用全數(shù)字COSTAS環(huán)提取技術(shù)，具備良好的載波跟蹤特性，利用對載波相位不敏感 的Gardner算法跟蹤位同步信號。 本文首先介紹了通信原理實驗系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和意義；然后根據(jù)通信系統(tǒng)模型從《通信原理》各個章節(jié)中提煉出各模塊的實驗內(nèi)容，分別列出各實驗的數(shù)字化實現(xiàn)模型；繼而根據(jù)各模塊資源需求選取合適FPGA芯片，并給出硬件設(shè)計方案；最后，給出各模塊在FPGA上具體實現(xiàn)過程、系統(tǒng)測試結(jié)果及分析。測試和實際運行結(jié)果表明設(shè)計方法正確，且功能和技術(shù)指標滿足設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：通信原理，實驗系統(tǒng)，F(xiàn)PGA，DDS，多體制調(diào)制解調(diào)，全數(shù)字COSTAS環(huán)，位同步
標簽： FPGA 通信原理 實驗系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-07
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作為性能優(yōu)異的糾錯編碼，Turbo碼自誕生以來就一直受到理論界以及工程應(yīng)用界的關(guān)注。TD—SCDMA是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的3G通信標準，該標準把Turbo碼是作為前向糾錯體制，但Turbo碼的譯碼算法比較復(fù)雜并且需要多次迭代，這造成Turbo碼譯碼延時大，譯碼速度慢，因此限制了Turbo碼的實際應(yīng)用。因此有必要研究如何將現(xiàn)有的Turbo碼譯碼算法進行簡化，加速，使其轉(zhuǎn)化成為適合在硬件上實現(xiàn)的算法，將實驗室的理論研究成果轉(zhuǎn)化成為硬件產(chǎn)品。 論文主要的研究內(nèi)容有以下兩點： 其一，提出信道自適應(yīng)迭代譯碼方案。在事先設(shè)定最大迭代次數(shù)的情況下，自適應(yīng)Turbo碼譯碼算法能夠根據(jù)信道的變化自動調(diào)整迭代次數(shù)。 仿真結(jié)果表明：該自適應(yīng)迭代譯碼方案能夠根據(jù)信道的變化自動調(diào)整迭代次數(shù)，在保證譯碼性能基本上沒有損失的情況下，有效減少譯碼時間，明顯提高譯碼速度。 其二，根據(jù)得到的信道自適應(yīng)迭代譯碼方案，借助Xilinx公司Spartan3 FPGA硬件平臺，使用Verilog硬件描述語言，將用C/C++語言寫成的信道自適應(yīng)迭代譯碼算法轉(zhuǎn)化成為硬件設(shè)計實現(xiàn)，得到硬件電路，并對得到的譯碼器硬件電路進行測試。 測試結(jié)果表明：隨著信道的變化，硬件電路的譯碼速度也隨之自動變化，信噪比越高譯碼速度越快，并且硬件譯碼器性能（誤比特率）與實驗仿真基本一致。
上傳時間： 2013-05-31
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本文完成了對MIPS-CPU的指令集確定，流水線與架構(gòu)設(shè)計，代碼編寫，并且在x86計算機上搭建了稱為gccmips_elf的仿真系統(tǒng)，完成了對MIPS-CPU硬件系統(tǒng)的模擬仿真，最終完成FPGA芯片的下載與實現(xiàn)。 @@ 本文完成了包含34條指令的MIPS-CPU指令集的制定，完成了整個MIPS-CPU的架構(gòu)設(shè)計與5級流水線級數(shù)的確定。制定了整個CPU的主控制模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；根據(jù)MIPS-CPU的指令集的模式，完成了對不同模式下的指令的分析，給出了相應(yīng)的取指，譯碼，產(chǎn)生新的程序存儲器尋址地址，執(zhí)行，數(shù)據(jù)存儲器與寄存器文件回寫的控制信號，完成取指令模塊，譯碼模塊，執(zhí)行模塊，數(shù)據(jù)回寫等模塊代碼的編寫，從而完成了流水線模塊的代碼設(shè)計。 @@ 重點分析了由于流水線設(shè)計而引入的競爭與冒險，分析了在不同流水線階段可能存在的競爭與冒險，對引起競爭與冒險的原因進行了確定，并通過增加一些電路邏輯來避免競爭與冒險的發(fā)生，完成了競爭與冒險檢測電路模塊以及數(shù)據(jù)回寫前饋電路模塊的代碼編寫，從而解決了競爭與冒險的問題，使設(shè)計的5級流水線得以暢順實現(xiàn)。 @@ 完成了MIPS-CPU的仿真系統(tǒng)平臺的搭建，該仿真器用來對應(yīng)用程序進行編譯，鏈接與執(zhí)行，生成相應(yīng)匯編語言程序以及向量文件(16進制機器碼)；并且同時產(chǎn)生相關(guān)的Modelsim仿真，及Quartus II下載驗證的文件。本設(shè)計利用該仿真系統(tǒng)來評估設(shè)計的MIPS-CPU的硬件系統(tǒng)，模擬仿真結(jié)果證明本文設(shè)計的MIPS-CPU可以實現(xiàn)正常功能。本論文課題的研究成功對今后從事專用RISC-CPU設(shè)計的同行提供了有益的參考。 @@ 最終將設(shè)計的MIPS-CPU下載到ALTERA公司的FPGA-EP1C6Q240芯片，并且借助ALTERA公司提供的Quartus II軟件進行了編譯與驗證，對設(shè)計的MIPS-CPU的資源使用，關(guān)鍵路徑上的時序，布線情況進行了分析，最終完成各個指標的檢查，并且借助Quartus II軟件內(nèi)嵌的Signal Tap軟件進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試，結(jié)果表明設(shè)計的MIPS-CPU功能正常，滿足約束，指標正確。 @@關(guān)鍵詞 MIPS；流水線；競爭與冒險；仿真器；FPGA
上傳時間： 2013-07-31
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卷積碼是廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、無線通信等多種通信系統(tǒng)的信道編碼方式。Viterbi算法是卷積碼的最大似然譯碼算法，該算法譯碼性能好、速度快，并且硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)比較簡單，是最佳的卷積碼譯碼算法。隨著可編程邏輯技術(shù)的不斷發(fā)展，使用FPGA實現(xiàn)Viterbi譯碼器的設(shè)計方法逐漸成為主流。不同通信系統(tǒng)所選用的卷積碼不同，因此設(shè)計可重配置的Viterbi譯碼器，使其能夠滿足多種通信系統(tǒng)的應(yīng)用需求，具有很重要的現(xiàn)實意義。 本文設(shè)計了基于FPGA的高速Viterbi譯碼器。在對Viterbi譯碼算法深入研究的基礎(chǔ)上，重點研究了Viterbi譯碼器核心組成模塊的電路實現(xiàn)算法。本設(shè)計中分支度量計算模塊采用只計算可能的分支度量值的方法，節(jié)省了資源；加比選模塊使用全并行結(jié)構(gòu)保證處理速度；幸存路徑管理模塊使用3指針偶算法的流水線結(jié)構(gòu)，大大提高了譯碼速度。在Xilinx ISE8.2i環(huán)境下，用VHDL硬件描述語言編寫程序，實現(xiàn)(2，1，7)卷積碼的Viterbi譯碼器。在(2，1，7)卷積碼譯碼器基礎(chǔ)上，擴展了Viterbi譯碼器的通用性，使其能夠?qū)Σ煌木矸e碼譯碼。譯碼器根據(jù)不同的工作模式，可以對(2，1，7)、(2，1，9)、(3，1，7)和(3，1，9)四種廣泛運用的卷積碼譯碼，并且可以修改譯碼深度等改變譯碼器性能的參數(shù)。 本文用Simulink搭建編譯碼系統(tǒng)的通信鏈路，生成測試Viterbi譯碼器所需的軟判決輸入。使用ModelSim SE6.0對各種模式的譯碼器進行全面仿真驗證，Xilinx ISE8.2i時序分析報告表明譯碼器布局布線后最高譯碼速度可達200MHz。在FPGA和DSP組成的硬件平臺上進一步測試譯碼器，譯碼器運行穩(wěn)定可靠。最后，使用Simulink產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對本文設(shè)計的Viterbi譯碼器的譯碼性能進行了分析，仿真結(jié)果表明，在同等條件下，本文設(shè)計的Viterbi譯碼器與Simulink中的Viterbi譯碼器模塊的譯碼性能相當。
上傳時間： 2013-06-24
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MPEG-2是MPEG組織在1994年為了高級工業(yè)標準的圖象質(zhì)量以及更高的傳輸率所提出的視頻編碼標準，其優(yōu)秀性使之成為過去十年應(yīng)用最為廣泛的標準，也是未來十年影響力最為廣泛的標準之一。 本文以MPEG-2視頻標準為研究內(nèi)容，建立系統(tǒng)級設(shè)計方案，設(shè)計FPGA原型芯片，并在FPGA系統(tǒng)中驗證視頻解碼芯片的功能。最后在0.18微米工藝下實現(xiàn)ASIC的前端設(shè)計。完成的主要工作包括以下幾個方面： 1.完成解碼系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，采用了自頂而下的設(shè)計方法，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能單元的劃分；根據(jù)其視頻解碼的特點，確定解碼器的控制方式；把視頻數(shù)據(jù)分文幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)兩種數(shù)據(jù)的并行解碼。 2.實現(xiàn)了具體模塊的設(shè)計：根據(jù)本文研究的要求，在比特流格式器模塊設(shè)計中提出了特有的解碼方式；在可變長模塊中的變長數(shù)據(jù)解碼采用組合邏輯外加查找表的方式實現(xiàn)，大大減少了變長數(shù)據(jù)解碼的時間；IQ、IDCT模塊采用流水的設(shè)計方法，減少數(shù)據(jù)計算的時間：運動補償模塊，針對模塊數(shù)據(jù)運算量大和訪問幀存儲器頻繁的特點，采用四個插值單元同時處理，增加像素緩沖器，充分利用并行性結(jié)構(gòu)等方法來加快運動補償速度。 3.根據(jù)視頻解碼的參考軟件，通過解碼系統(tǒng)的仿真結(jié)果和軟件結(jié)果的比較來驗證模塊的功能正確性。最后用FPGA開發(fā)板實現(xiàn)了解碼系統(tǒng)的原型芯片驗證，取得了良好的解碼效果。 整個設(shè)計采用Verilog HDL語言描述，通過了現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的原型驗證，并采用SIMC0.18μm工藝單元庫完成了該電路的邏輯綜合。經(jīng)過實際視頻碼流測試，本文設(shè)計可以達到MPEG-2視頻主類主級的實時解碼的技術(shù)要求。
上傳時間： 2013-07-27
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隨著敵對人為干擾的日益增多和電磁環(huán)境的日益惡劣，抗干擾逐漸成為衛(wèi)星導航接收機的必備能力之一。傳統(tǒng)的單天線多延遲系統(tǒng)僅從時域抗干擾，抑制干擾能力有限。利用陣列天線，增加空域自由度，通過空域—時域級聯(lián)或空時聯(lián)合處理能夠顯著增強導航信號接收機的抗干擾性能。多個天線以不同的方式放置，即不同的陣形，會使得導航接收機具有不同的空域抗干擾性能。針對多種陣形對空域抗干擾性能的影響差異，開展了基于L陣、十字陣、均勻圓陣和帶圓心圓陣的自適應(yīng)抗干擾性能研究，分析了導致差異的原因，通過對比仿真，發(fā)現(xiàn)帶圓心的圓陣具有所選陣形中最優(yōu)的輸出信干噪比，進一步推廣到空時自適應(yīng)抗干擾，也具有同樣的結(jié)論。結(jié)合工程實現(xiàn)，基于FPGA完成空時抗干擾硬件模塊設(shè)計，用Matlab產(chǎn)生的量化數(shù)據(jù)作為激勵，對硬件模塊的輸出結(jié)果進行分析，與非自適應(yīng)空時波束形成結(jié)果相比，實驗驗證了模塊的有效性；與Matlab仿真處理的結(jié)果相比，驗證了模塊的正確性。多種陣形自適應(yīng)抗干擾性能差異的研究對于一定孔徑和陣元個數(shù)條件下的陣列布陣具有一定的參考價值，空時抗干擾硬件模塊是抗干擾系統(tǒng)的核心，所做工作對工程實現(xiàn)具有一定的借鑒意義。
標簽： FPGA 時域 導航系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-28
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本文著重研究用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來開發(fā)設(shè)計精插補芯片。選用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8芯片設(shè)計了逐點比較法，數(shù)字積分法和比較積分法三種經(jīng)典插補算法，并對各種算法模塊進行了仿真驗證。又設(shè)計了三個算法選通信號，將三種算法模塊綜合成了一個整電路。 在完成了FPGA內(nèi)部三種算法的實現(xiàn)后，設(shè)計以一個STC單片機為粗插補處理器的FPGA實驗開發(fā)系統(tǒng)，并制作了PCB板。實驗開發(fā)系統(tǒng)板中設(shè)計了單片機程序下載和的FPGA下載配置電路，并且配有FPGA專用配置芯片，能實現(xiàn)FPGA上電自動配置。可用該實驗系統(tǒng)板進行精插補芯片的設(shè)計與開發(fā)，以及對所完成設(shè)計的功能進行驗證。 為驗證所設(shè)計芯片的插補功能，編寫了單片機粗插補程序，將產(chǎn)生的粗插補坐標增量發(fā)給FPGA進行插補實驗，得到了理想的插補輸出脈沖。又編寫了單片機脈沖處理程序，讀回了FPGA的輸出脈沖，并由串口發(fā)送給PC機。最后通過編寫PC機的串口通信程序以及根據(jù)插補脈沖繪圖的程序，把FPGA的輸出脈沖繪制成了插補軌跡圖形。 最終繪圖結(jié)果顯示，在20M輸入時鐘頻率下，由插補脈沖生成的插補軌跡圖形正確，驗證了本文設(shè)計的三種插補算法功能的正確性。本設(shè)計插補芯片達到了高速插補功能要求。
上傳時間： 2013-04-24
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LDPC(Low Density Parity Check)碼是一類可以用非常稀疏的校驗矩陣或二分圖定義的線性分組糾錯碼，最初由Gallager發(fā)現(xiàn)，故亦稱Gallager碼.它和著名Turbo碼相似，具有逼近香農(nóng)限的性能，幾乎適用于所有信道，因此成為近年來信道編碼界研究的熱點。 LDPC碼的奇偶校驗矩陣呈現(xiàn)稀疏性，其譯碼復(fù)雜度與碼長成線性關(guān)系，克服了分組碼在長碼長時所面臨的巨大譯碼計算復(fù)雜度問題，使長編碼分組的應(yīng)用成為可能。而且由于校驗矩陣的稀疏特性，在長的編碼分組時，相距很遠的信息比特參與統(tǒng)一校驗，這使得連續(xù)的突發(fā)差錯對譯碼的影響不大，編碼本身就具有抗突發(fā)差錯的特性。 本文首先介紹了LDPC碼的基本概念和基本原理，其次，具體介紹了LDPC碼的構(gòu)造和各種編碼算法及其生成矩陣的產(chǎn)生方法，特別是準循環(huán)LDPC碼的構(gòu)造以及RU算法、貪婪算法，并在此基礎(chǔ)上采用貪婪算法對RU算法進行了改進。 最后，選用Altera公司的Stratix系列FPGA器件EPls25F67217，實現(xiàn)了碼長為504的基于RU算法的LDPC編碼器。在設(shè)計過程中，為節(jié)省資源、提高速度，在向量存儲時采用稀疏矩陣技術(shù)，在向量相加時采用通過奇校驗直接判定結(jié)果的方法，在向量乘法中，采用了前向迭代方法，避開了復(fù)雜的矩陣求逆運算。結(jié)果表明，該編碼器只占用約10％的邏輯單元，約5％的存儲單元，時鐘頻率達到120MHz，數(shù)據(jù)吞吐率達到33Mb/s，功能上也滿足編碼器的要求。
上傳時間： 2013-06-09
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語音編碼技術(shù)始終是語音研究的熱點。語音編碼作為多媒體通信中信息傳輸?shù)囊粋€重要環(huán)節(jié)，越來越受到廣泛的重視。G729是由美國、法國、日本和加拿大的幾家著名國際電信實體聯(lián)合開發(fā)的，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)于1995年11月正式通過了G729。96年ITU-T又制定了G729的簡化方案G729A，主要降低了計算的復(fù)雜度以便于實時實現(xiàn)。因其具有良好的合成語音質(zhì)量、適中的復(fù)雜度、較低的時延等優(yōu)點，G729A標準已被廣泛應(yīng)用在VOIP網(wǎng)關(guān)、IP電話中。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的優(yōu)勢，對G729A語音編碼中的線性預(yù)測(LP)濾波器系數(shù)提取的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)實現(xiàn)進行了深入研究。論文首先對語音信號處理及其發(fā)展進行介紹，深入討論了G729A語音編解碼技術(shù)。第二，對Altera公司的Stratix系列可編程器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了研究，分析了在QuartusII開發(fā)平臺上進行FPGA設(shè)計的流程。第三，基于FPGA，對G729A編碼系統(tǒng)的LP分析部分做了具體設(shè)計，其中包括自相關(guān)函數(shù)和杜賓(Durbin)遞推兩個主要功能模塊，并對其工作過程進行了詳細的分析。第四，針對系統(tǒng)所使用的除法運算都是商小于1的特點，設(shè)計并實現(xiàn)了一個系統(tǒng)專用的除法器模塊。最后，在Altera FPGA目標芯片EP1S30F780C7上，對LP分析系統(tǒng)進行了驗證，證明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-06-20
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