扩频通信具有较强的抗干扰、抗侦查和抗衰落能力,可以实现码分多址,目前广泛应用于通信抗干扰、卫星通信、导航、保密通信、测距和定位等各个方面。另外,随着集成电路技术的飞速发展,数字接收机和软件无线电也已经是现代通信研究的一个热点。 本文正是顺应这种发展趋势,在某工程项目的通信分系统中建立CDMA直接序列扩频通信系统。 本文作者承担了多点无线扩频通信系统的研究,建立了一个完整的仿真系统。提出了适合于本系统的实现算法,同时还建立了基于软件无线电平台的系统的全FPGA设计和实现,包括各个模块的测试和整个系统的联合测试。 文章的主要内容如下: 1.简述了扩频通信及软件无线电的发展及现状。 2. 对直扩系统的基本原理和系统中采用的相关关键技术进行了阐述。相关关键技术包括扩频码的研究和选取,扩频码同步的研究,包括捕获算法和跟踪算法的研究,以及自适应门限的研究。 3.详细讨论了该多点无线通信系统的设计与实现,提出了适合于本系统的算法。首先阐述了系统的总体设计方案和设计参数,接着分为物理层和链路层详细阐述了各个模块的设计与仿真,包括matlab仿真和modelsim仿真,文中给出了大量的仿真结果图。仿真结果证明算法的正确性,仿真性能也能满足系统设计的要求。 4.介绍了该多点无线通信系统的硬件平台与系统调试。首先介绍了系统的硬件平台和硬件框图,介绍了系统的相关器件及其配置,接着介绍了FPGA的开发流程、开发工具、设计原则及遇到的相关问题,最后介绍了系统的设计验证与性能分析,给出了系统的调试方案和调试结果。 本文所讨论的多点无线通信系统已经在某工程项目的通信分系统中实现。目前工作正常,性能良好,具有通用性、可移植性,有重要的理论及实用价值。
上传时间: 2013-04-24
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低密度校验码(LDPC,Low Density Parity Check Code)是一种性能接近香农极限的信道编码,已被广泛地采用到各种无线通信领域标准中,包括我国的数字电视地面传输标准、欧洲第二代卫星数字视频广播标准(DVB-S2,Digital Video Broadcasting-Satellite 2)、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至将来4G通信系统中的核心技术之一。 当今LDPC码构造的主流方向有两个,分别是结合准循环(QC,Quasi Cyclic)移位结构的单次扩展构造和类似重复累积(RA,Repeat Accumulate)码构造。相应地,主要的LDPC码编码算法有基于生成矩阵的算法和基于迭代译码的算法。基于生成矩阵的编码算法吞吐量高,但是需要较多的寄存器和ROM资源;基于迭代译码的编码算法实现简单,但是吞吐量不高,且不容易构造高性能的好码。 本文在研究了上述几种码构造和编码算法之后,结合编译码器综合实现的复杂度考虑,提出了一种切实可行的基于二次扩展(Dex,Duplex Expansion)的QC-LDPC码构造方法,以实现高吞吐量的LDPC码收发端;并且充分利用该类码校验矩阵准循环移位结构的特点,结合RU算法,提出了一种新编码器的设计方案。 基于二次扩展的QC-LDPC码构造方法,是通过对母矩阵先后进行乱序扩展(Pex,Permutation Expansion)和循环移位扩展(CSEx,Cyclic Shift Expansion)实现的。在此基础上,为了实现可变码长、可变码率,一般编译码器需同时支持多个乱序扩展和循环移位扩展的扩展因子。本文所述二次扩展构造方法的特点在于,固定循环移位扩展的扩展因子大小不变,支持多个乱序扩展的扩展因子,使得译码器结构得以精简;构造得到的码字具有近似规则码的结构,便于硬件实现;(伪)随机生成的循环移位系数能够提高码字的误码性能,是对硬件实现和误码性能的一种折中。 新编码器在很大程度上考虑了资源的复用,使得实现复杂度近似与码长成正比。考虑到吞吐量的要求,新编码器结构完全抛弃了RU算法中串行的前向替换(FS,Forward Substitution)模块,同时简化了流水线结构,由原先RU算法的6级降低为4级;为了缩短编码延时,设计时安排每一级流水线计算所需的时钟数大致相同。 这种码字构造和编码联合设计方案具有以下优势:相比RU算法,新方案对可变码长、可变码率的支持更灵活,吞吐量也更大;相比基于生成矩阵的编码算法,新方案节省了50%以上的寄存器和ROM资源,单位资源下的吞吐量更大;相比类似重复累积码结构的基于迭代译码的编码算法,新方案使高性能LDPC码的构造更为方便。以上结果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到验证。 通过在实验板上实测表明,上述基于二次扩展的QC-LDPC码构造和相应的编码方案能够实现高吞吐量LDPC码收发端,在实际应用中具有很高的价值。 目前,LDPC码正向着非规则、自适应、信源信道及调制联合编码方向发展。跨层联合编码的构造方法,及其对应的编码算法,也必将成为信道编码理论未来的研究重点。
上传时间: 2013-07-26
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GPS(全球定位系统)是美国建立的高精度卫星定位导航系统,高动态GPS接收机可应用于卫星、飞机、高速列车等许多场合。高动态给GPS信号带来很大的多普勒频移和多普勒频移变化率,普通民用接收机无法正常工作。适用于高动态条件的接收机可以有效消除多普勒频移及其变化率对信号接收的影响,提高导航定位精度。 本文在深入研究GPS的系统组成、工作原理以及信号格式的基础上,重点研究高动态条件下C/A码和载波的捕获与跟踪方案。论文的主要工作如下: 1.深入研究扩频信号的各种捕获算法,提出了一种适用于高动态的基于FFT的C/A码快速捕获算法; 2.研究扩频码跟踪和载波跟踪技术,设计了载波辅助的码跟踪环路——数字延迟锁定环(DLL)及一种叉积自动频率跟踪环(CPAFC)与科斯塔斯(Costas)环相结合的载波跟踪方案,并在MATLAB环境下建立系统模型,对环路参数进行了详细的设计; 3.初步完成了GPS接收机基带处理模块核心单元的FPGA设计和功能仿真。
上传时间: 2013-07-10
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扩频通信技术是信息时代的三大高技术通信传输方式之一,与常规的通信技术相比。具有低截获率、强抗噪声、抗干扰性,具有信息隐蔽和多址通信等特点,目前已从军事领域向民用领域迅速发展。在民用化之后,它被迅速推广到各种公用和专用通信网络之中,如卫星通信、数据传输、定位、测距等系统中。 扩频通信技术中,最常见的是直接序列扩频通信(DSSS)系统,然而目前专用扩频芯片大部分功能都已固化。缺少产品开发的灵活性。其次,目前用FPGA与DSP相结合实现的直接序列扩频的收发系统比较多,系统复杂且成本高。另外,现代扩频通信系统在接收和发送端需要完成许多快速复杂的信号处理,这对电路的可靠性和处理速度提出了更高的要求。因此,设计一个全部用FPGA技术实现的扩频通信收、发系统具有较强的实际应用价值。 根据FPGA的高速并行处理能力和全硬件实现的特点,采用直接序列扩频技术,借助QuartusⅡ6.0及Protel99se工具,完成了系统的软件仿真和硬件电路设计。实验结果表明,比用传统的FPGA与DSP相结合实现方式,提高了处理速度,减少了硬件延时。同时采用了流水线技术,提高了系统并行处理的能力。并且系统功能可以通过程序来修改和升级,与专用扩频芯片相比,具有很大的灵活性。所有模块都集成在一个芯片中,提高了系统的稳定性和可靠性。
上传时间: 2013-05-18
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偏移正交相移键控(OQPSK:Offset Quadrature Phase Shift Keying)调制技术是一种恒包络调制技术,具有频谱利用率高、频谱特性好等特点,广泛应用于卫星通信和移动通信领域。 论文以某型侦收设备中OQPSK解调器的全数字化为研究背景,设计并实现了基于FPGA的全数字OQPSK调制解调器,其中调制器主要用于仿真未知信号,作为测试信号源。论文研究了全数字OQPSK调制解调的基本算法,包括成形滤波器、NCO模型、载波恢复、定时恢复等;完成了整个调制解调算法的MATLAB仿真。在此基础上,采用VHDL硬件描述语言在Xilinx公司ISE7.1开发环境下设计并实现了各个算法模块,并在硬件平台上加以实现。通过实际现场测试,实现了对所侦收信号的正确解调。论文还实现了解调器的百兆以太网接口,使得系统可以方便地将解调数据发送给计算机进行后续处理。
上传时间: 2013-05-19
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在卫星通信、移动通信技术快速发展的今天,短波这一最古老和传统的通信方式不仅没有被淘汰,还在快速发展。其通信距离远、设备简单以及移动方便等优点被广泛应用于无线通信领域。 数字调制技术作为通信领域中极为重要的一个方面,也得到了迅速发展。全数字调制解调技术的使用使各类现代调制解调技术融合一体,目前国内多速率/多制式调制解调大多基于通用.DSP实现,支持的速率比较低。由于运算量大和硬件参数的限制,采用通用DSP无法胜任高速率调制解调的任务。现代FPGA可以提供支持以低系统丌销、低成本实现高速乘.累加超前进位链的DSP算法。本文采用理论与实践相结合的方式研究基于FPGA技术来实现短波数字信号的调制解调。通过对具体的FPGA系统设计与调试,将理论应用到实际中。 本文通过具体的EPlC60240C8芯片作为处理器的FPGA实验板,研究了短波数字信号调制解调的设计与丌发过程。分析了现代通信的各种调制方式.误码率。得出了不同的调制方式的优劣性。最后重点提出了QPSK的调制解调方法。给出了Qf'SK的调制解调框图、QPSK的SystemView系统仿真、VHDL程序进行调制解调,在OUARTUS上进行仿真。然后设计AD/DA输入输出电路,对短波数字信号进行调制解调。通过设计的AD/DA电路输入短波数字信号进行调制解调,然后输出原始的模拟信号。文中还对比了其他的调制解调方式,通过对比,发现不同的调制解调方式对短波信号的影响。最后,通过比较FPGA与DSP在处理高速率、大容量的数字信号,得出不同的结论。展示了FPGA在这方面的优越性。
上传时间: 2013-06-05
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遥感图像在人类生活和军事领域的应用日益广泛,适合各种要求的遥感图像编码技术具有重要的现实意义。基于小波变换的内嵌编码技术已成为当前静止图像编码领域的主流,其中就包括基于分层树集合分割排序(Set Partitioning inHierarchical Trees,SPIHT)的内嵌编码算法。这种算法具有码流可随机获取以及良好的恢复图像质量等特性,因此成为实际应用中首选算法。随着对图像编码技术需求的不断增长,尤其是在军事应用领域如卫星侦察等方面,这种编码算法亟待转换为可应用的硬件编码器。 在静止图像编码领域,高性能的图像编码器设计一直是相关研究人员不懈追求的目标。本文针对静止图像编码器的设计作了深入研究,并致力于高性能的图像编码算法实现结构的研究,提出了具有创新性的降低计算量、存储量,提高压缩性能的算法实现结构,并成功应用于图像编码硬件系统中。这个方案还支持压缩比在线可调,即在不改变硬件框架的条件下可按用户要求实现16倍到2倍的压缩,以适应不同的应用需求。本文所做的工作包括了两个部分。 1.一种基于行的实时提升小波变换实现结构:该结构同时处理行变换和列变换,并且在图像边界采用对称扩展输出边界数据,使得图像小波变换时间与传统的小波变换相比提高了将近2.6倍,提高了硬件系统的实时性。该结构还合理地利用和调度内部缓冲器,不需要外部缓冲器,大大降低了硬件系统对存储器的要求。 2.一种采用左遍历的比特平面并行SPIHT编码结构:在该编码结构中,空间定位生成树采用深度优先遍历方式,比特平面同时处理极大地提高了编码速度。
上传时间: 2013-06-17
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DVB-S(Digital Video Broadcasting bv Satellite)调制器是符合DVB-S协议的数字电视前端设备之一,也满足我国数字电视卫星广播标准,该设备可以广泛应用于数字电视卫星业务和相关数字电视业务。本文主要阐述了基于FPGA实现DVB-S调制器的信道编码和调制,按功能对DVB-S信道编码过程进行模块分解、模块接口定义,针对每个模块进行工作原理分析、算法分析、HDL描述、时序仿真及FPGA实现;DVB-S调制器的核心是信道编码和调制部分,利用FPGA在数字信号处理方面的优势,本文重点对其中的几个关键模块,包括RS编码、卷积交织器和卷积穿孔编码等的实现算法进行了比较详细的分析,并通过HDL描述和时序仿真来验证算法正确性;对FPGA各模块的资源进行了估计、利用Altera公司的Cyclone器件的内部锁相环实现ASI信号的接收;最后对整机进行了测试,测试结果表明,本文设计的DVB-S调制器技术指标满足设计要求。
上传时间: 2013-04-24
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在传统的数字传输系统中,纠错编码与调制是各自独立设计并实现的,译码与解调也是如此。80年代初,Ungerboeck根据调制解调与纠错编码的特点,提出了一种新的思想,称作网格编码调制,记为TCM。它是将调制解调与纠错编码当成一个整体来设计。它的中心思想是:采用编码方法将信号空间做最佳分割,使已调信号矢量端点间有最大的距离。这样就可以在相同发射功率、相同有效性的条件下提高信息传输的可靠性,特别适用于频带受限和功率受限信道。它在卫星通信和移动通信中的应用又使它成为研究热点。 本文介绍了TCM编码调制的基本原理,在此基础上提出了一种新的TCM编码的方法;介绍了卷积码Viterbi译码的基本原理和步骤,在此基础上分析了TCM的Viterbi译码的特点;研究了TCM在高斯白噪声条件下的误码性能及其编码增益,并在MATLAB上仿真来进行验证;介绍了数字逻辑设计的基本方法和流程,在此基础上介绍了基于FPGA的TCM系统的各个模块。
上传时间: 2013-07-26
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研制发射微小卫星,是我国利用空间技术服务经济建设、造福人类的重要途径。现代微小卫星在短短20年里能取得长足的发展,主要取决于微小卫星自身的一系列特点:重量轻,体积小,成本低,性能高,安全可靠,发射方便、快捷灵活等。在卫星通信系统中,由于传输信道的多径和各种噪声的影响,信号在接收端会引起差错,通过信道编码环节,可对这些不可避免的差错进行检测和纠正。 在微小卫星通信链路中,信道编码器的任务是差错控制。本文采用符合空间数据系统咨询委员会CCSDS标准的链接码进行信道编码,即内码为(2,1,6)的卷积码,外码为(255,223)的RS码,中间进行交织操作。其中,里德-索罗蒙码(简称RS码)是一种重要的非二进制BCH码,是分组码中纠错能力最强的纠错码,一次可以纠正多个突发错误,广泛地用于空间通信中。 本文针对南京航空航天大学自行研制的微小卫星通信分系统的技术要求,在用SystemView和C语言仿真的基础上,用硬件描述语言Verilog设计了RS(255,223)编码器和译码器,使用Modelsim软件进行了功能仿真,并通过Xilinx公司的软件ISE对设计进行综合、布局布线,最后生成可下载的比特流文件下载到Xilinx公司的型号为XC3S2000的FPGA芯片中,完成了电路的设计并实现了编码译码的功能,表明本文设计的信道编解码器的正确性和实用性,满足了微小卫星通信分系统的技术要求。
上传时间: 2013-08-01
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