购买

¥20.0

加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 DCR标准4FSK基带信号系统的设计毕业设计论文

DCR标准4FSK基带信号系统的设计毕业设计论文.doc

DCR标准4FSK基带信号系统的设计毕业设计论文

不系舟红枫
2019-01-24 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《DCR标准4FSK基带信号系统的设计毕业设计论文doc》,可适用于高等教育领域

摘要随着通信技术、航空航天技术、电子科学技术的迅速发展数字通信技术的发展速度呈现出爆发式增长。如何提高数字通信技术中更好地过滤噪声成为数字对讲机发展的重要环节而基于DCR标准的FSK基带信号处理技术则应运而生成为了一个热门的研究领域。本文以数字对讲机为基础研究并设计数字对讲机中的滤波器系统即基带信号处理系统的。通过针对日本的数字对讲机标准DCR研究了FSK调制解调系统中基带信号处理的几项关键技术。本文设计主要包括均方根余弦滚降滤波器、Isinc滤波器和帧同步检测器的设计方法给出了相应的仿真结果分析了整个系统的误码率仿真结果表明系统误码率接近理论值可以满足DCR标准的要求。关键词:DCRFSK成形滤波器匹配滤波器Isinc滤波器帧同步检测器AbstractWithfastdevelopmentofcommunicationtechnology,aeronauticalandspacetechnologies,electronicscienceandtechnology,thedigitalcommunicationtechnologydigitalcommunicationtechnologybecomeanimportantpartofthedigitalinterphonedevelopment,andbasedonDCRstandardofFSKbasebandsignalprocessingtechnologyarisesatthethispaper,basedonthedigitalinterphone,researchanddesigndigitalfilterofintercomsystem,namelythebasebandsignalprocessingsystemthroughtheseveralkeytechnologiesofbasebandsignalprocessingarestudiedinFSKmodulationanddemodulationmodulebasedontheJapaneseDCRstandard.TheworkincludesthedesignmethodsofsquarerootraisedcosineFIRfilter,inversedsinc(Isinc)filterandframesyncdetectorTh纪后半叶随着人造地球卫星的发射大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。)移动通信的出现和卫星通信的升空人们逐渐掌握了实时通信技术即时通信成为了可能。()微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。()光导纤维的出现大幅度的提升了通信容量。()电子计算机的出现使通信技术产生了质的飞跃通过通信网络和计算机的结合世界变成了地球村。()微电子技术的发展使通信终端的体积越来越小成本越来越低范围越来越广。目前数字对讲机发展较为成熟为欧美国家和日本。美国的数字对讲机标准为美国公众安全通信官员协会(APCO)第计划委员会和电信工业协会(TIA)共同制定的APCO标准。欧洲电信标准委员会(ETSI)则推出DMR(DigitalMobileRadio)和dPMR(digitalPrivateMobileRadio)数字对讲机标准。我国现行的对讲机模式和市场都是以模拟对讲机为主流形式流行于市场我国在对讲机方面一直处于低端技术层面。而从年月在深圳成立的“数字对讲机联盟”(简称“DRA”)标志着我国数字对讲机进入了一个新的时代“DRA”成为我国新一代数字对讲机的标准相信在不久的未来拥有我国自主研制的数字对讲机会走进千家万户。本文采用的DCR(DigitalConvenienceRadio)协议是日本ARIB(AssociationofRadioIndustriesandBusinesses)针对数字商业对讲机市场推出的数字对讲机标准是在dPMR基础之上制定的其现行标准为ARIBSTD。研究意义本文采用的DCR(DigitalConvenienceRadio)标准是日本无线电工业协会年针对数字商业对讲机市场制定的数字对讲机标准目前技术比较成熟的符合DCR标准的芯片大都被外国垄断。CMX是用于数字专网移动通信的专用芯片由CML半导体公司研制而出。是一款适用于ARIBSTDDCR标准的FSK调制解调芯片。它可以实现DCR标准中数据链路层和呼叫控制层的大部分功能。AMBETM是与CMX兼容的声码器芯片AMBTM声码器采用的是由DVSI公司研制的AMBETM语音编码压缩算法的声码器。目前语音压缩技术广泛运用于集群通信、中转台以及数字对讲机而运用这种语音压缩技术的数字对讲机目前也正在被不少公司所采用。在本文中主要研究了基于AMBE的信源编码技术和基于CMX信道编码技术设计遵从DCR标准的数字对讲机中的滤波器并实现良好的滤波效果。本文主要内容本文主要对DCR标准FSK基带信号系统做出设计。本文主要内容分为以下几个部分第章主要介绍了数字对讲机的研究背景及意义并简要介绍了国内外对数字对讲机的发展现状。第章主要介绍了本设计方案所需算法、设计要求以及设计所需的实验平台。第章主要介绍了本设计方案的设计流程及设计方法。第章主要介绍了本设计方案的实现及仿真结果。第二章方案设计算法及论证dPMR数字对讲机制式dPMR(digitalPrivateMobileRadio)是ETSI组织公开的数字设备标准。dPMR采用KHzFDMA技术FSK调制方式、数据传输速率为Kbs。基于该技术后续相继制定出NXDN、DCR等标准。dPMR已完成标准有ETSITS(Tier)、ETSITS(Tier)等。dPMR由FDMA为接入端具有成本低廉技术实现容易等优点。其协议的实现分为直通与转发。于年由日本的建伍、ICOM提出自年月正式发布协议文件为ETSITS和TS采用FSK调制kHz信道间隔业务速率kbps。语音编码算法不作规定但dPMR的MOU组织推荐采用AMBE声码器编码速率为kbps。FDMA(FrequencyDivisionMultipleAccessAddress),有许多不同技术可以用户来实现信道共享。其实现原理为分割信道频带形成数个更窄的相互不干扰的频带(称为子频带)然后将各个子频带分给一个指定唯一的用户(称为地址)。这种技术被称为“频分多址”技术。其中频分复用(FDM)是指将载波带宽划分为多种不同频带的子信道子信道相互之间可以并行传输一路信号的一种技术。在运用到FDM时多个不同的用户可以共享一个物理通信信道这个过程被称为为多频复用(FDMA)。窗函数基本概念在实际进行数字信号处理时往往需要把信号的观察时间限制在一定的时间间隔内只需要选择一段时间信号对其进行分析。这样取用有限个数据即将信号数据截断的过程就等于将信号进行加窗函数操作。而这样操作以后常常会发生频谱分量从其正常频谱扩展开来的现象即所谓的“频谱泄漏”。当进行离散傅立叶变换时时域中的截断是必需的因此泄漏效应也是离散傅立叶变换所固有的必须进行抑制。而要对频谱泄漏进行抑制可以通过窗函数加权抑制DFT的等效滤波器的振幅特性的副瓣或用窗函数加权使有限长度的输入信号周期延拓后在边界上尽量减少不连续程度的方法实现。窗函数的基本概念。设x(n)是一个长序列w(n)是长度为N的窗函数用w(n)截断x(n)得到N点序列xn(n)即在频域上则有由此可见窗函数即会影响原信号在时域上变化的波形也会改变频域内原函数的形状。窗函数设计原理窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应序列逼近。由于往往是无限长序列而且是非因果的所以用窗函数将截断并进行加权处理得到:就作为实际设计的FIR数字滤波器的单位脉冲响应序列其频率响应函数为:式中N为所选窗函数的长度。用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数的类型及窗口长度N的取值。设计过程中要根据对阻带最小衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度N。窗函数数字信号处理的主要数学工具是博里叶变换.而傅里叶变换是研究整个时间域和频率域的关系。不过当运用计算机实现工程测试信号处理时不可能对无限长的信号进行测量和运算而是取其有限的时间片段进行分析。做法是从信号中截取一个时间片段然后用观察的信号时间片段进行周期延拓处理得到虚拟的无限长的信号然后就可以对信号进行傅里叶变换、相关分析等数学处理。无线长的信号被截断以后其频谱发生了畸变原来集中在处的能量被分散到两个较宽的频带中去了(这种现象称之为频谱能量泄漏)。为了减少频谱能量泄漏可采用不同的截取函数对信号进行截短截断函数称为窗函数简称为窗。信号截短以后产生的能量泄漏现象是必然的因为窗函数是一个频带无限的函数所以即使原信号是有限带宽信号而在截短以后也必然成为无限带宽的函数即信号在频域的能量与分布被扩展了。又从采样定理可知无论采样频率多高只要信号一经截短就不可避免地引起混叠因此信号截短必然导致一些误差。泄漏与窗函数频谱的两侧旁瓣有关如果两侧瓣的高度趋于零而使能量相对集中在主瓣就可以较为接近于真实的频谱为此在时间域中可采用不同的窗函数来截短信号。本设计采用窗函数截断带来的直接后果就是过渡带变宽码间串扰增大。以下是矩形窗设计的FIR滤波器截止频率=kHz采样速率为kHz阶数分别为、、、进行比较冲击响应如图所示。(a)(b)(c)(d)由表可以看出阶数越大滤波器码间串扰越小从其频谱来看越大过渡带越窄阻带最小衰减越大。但是越大实现起来越困难综合考虑后选择=。阶数最大码间串扰....表不同阶数滤波器的码间串扰ParksMcCellan算法在线性相位FIR滤波器设计中和是零相位频率响应。因此设计的方伟是迭代调整滤波器的参数以便使加权误差最小得到的线性相位FIR滤波器通常称为等波纹FIR滤波器。长度为N的线性相位FIR滤波器的频率响应的一般形式为。式中幅度响应是的实函数。在这种情况下加权误差函数定义为。式中是期望的幅度响应是一个正的权重函数。在指定的频带中选择合适的来控制峰值误差的大小。ParksMcCellan算法可以迭代地调整幅度响应的系数直到的峰值绝对值最小。种类型的线性相位FIR滤波器的幅度响应表达式可以用统一的形式来表示因此可以用同样的算法来设计中滤波器(表)中的任意形式中。种类型线性相位FIR滤波器的幅度响应可以表示为由此可以得到加权逼近函数的修正形式为若使用记号和则上式可以重写为这就是加权逼近误差函数的最终表达式。利用这一表达式线性相位FIR滤波器的加权切比雪夫等波逼近问题可看成是求一组系数可表示成或或或。在系数确定以后由原幅度响应的系数计算得到吧滤波器的系数使其在完成逼近的各个频带上(这里只指通带或阻带)的最大绝对值达到极小。对于线性相位滤波器设计的切比雪夫等波纹逼近法引进了逼近理论的一个定理即瑞米兹(Remez)交错算法。这是一种高效的迭代算法它假设已知滤波器长度N(或L)和比率。如果选择了权函数也正确地选择了阶数N并且设就可以得到解。滤波器技术指标中给出了因此需要设定N的值。凯泽提出了一个简单的公式来逼近N即由于N是近似的最大误差可能不等于。如果出现这种情况需要增加N或减少N再次用Remez算法确定一个新的。重复此过程至。这样就得到了等波滤波器。奈奎斯特三大准则数字信号在传输过程中产生二种畸变:叠加干扰与噪声出现波形失真。瑞典科学家奈奎斯特在年为解决电报传输问题提出了数字波形在无噪声线性信道上传输时的无失真条件称为奈奎斯特准则。奈奎斯特三大准则:奈奎斯特第一准则:抽样点无失真准则或无码间串扰(ISIFree)准则奈奎斯特第二准则:转换点无失真准则或无抖动(JitterFree)准则奈奎斯特第三准则:波形面积无失真准则。第一准则:抽样值无失真。即如果信号经传输后整个波形发生了变化但只要其特定点的抽样值保持不变那么用再次抽样的方法仍然可以准确无误地恢复原始信码。奈奎斯特第一准则规定带限信道的理想低道截止频率为fH时最高的无码间干扰传输的极限速度为fH。例如信道带宽为Hz时每秒最多可传送个二进制码元。一路数字电话速率为kbits则无码间干扰的信道带宽为kHz。第二准则:转换点无失真。有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰而在其余码元的抽样时刻无码间干扰就能使频带利用率达到理论上的最大值同时又可降低对定时精度的要求。通常把满足奈奎斯特第二准则的波形称为部分响应波形。利用部分响应波形进行传送的基带传输系统称为部分响应系统。第三准则:脉冲波形面积保持不变。即如果在一个码元间隔内接收波形的面积正比于发送矩形脉冲的幅度而其他码元间隔的发送脉冲在此码元间隔内的面积为零则接收端也能无失真地恢复原始信码。实验平台介绍本课题选用SDR无线电实验箱本实验平台采用数字中频设计方案系统整体采用FPGAADDARF的架构实现可以重配置的通信系统。实验平台分为以下部分:、核心板:FPGA实现全数字通信系统主要包括基带信号处理与中频信号处理两部分。、底板:承载FPGA核心板以及外设接口。、模数转换器(ADC)数模转换器(DAC):ADDA实现数字信号与模拟信号的转换。、射频(RF)单元:RF实现模拟信号的发射与接收。该软件无线电实验平台主要由系统底板(接口板)、FPGA核心板、高速并行ADDA模块和RF模块构成。FPGA开发工具简介与使用ISE简介FoundationSeriesISE(简称ISE)是由著名的可编程期间开发Xilinx公司提供的集成化开发平台ISE的主要功能包括设计输入、综合、仿真、实现和下载涵盖了FPGA开发的全过程。()设计输入ISE提供的设计输入工具包括用于HDL代码输入和查看报告的ISE文本编辑器(TheISETextEditor)用于原理图编辑的工具ECS(TheEngineeringCaptureSystem),用于状态机设计的StateCAD及用于约束文件编辑的ConstraintEditor等。()综合ISE的综合工具不但包含了Xilinx自身提供的综合工具XST同时还可以内嵌MentorGraphics公司的LeonardoSpectrum和Synplicity公司的Synplify实现无缝链接。()仿真ISE本身自带了一个具有图形化波形编辑功能的仿真工具HDLBencher同时又提供了使用ModelTech公司的ModelSim进行仿真的接口。()实现此功能包括了翻译、映射、布局布线的还具备时序分析、管脚指定以及增量设计等高级功能。()下载下载功能包括了BitGen用于将布局布线后的设计文件转换为位流文件还包括了IMPACT功能是进行设备配置和通信控制将程序烧写到FPGA芯片中。使用ISE进行FPGA设计的流程框图如图所示:图ISE设计框图Modelsim仿真工具简介与安装Modelsim是由Model公司开发的一款强大的仿真软件。它支持Verilog、VHDL以及他们的混合仿真它可以将整个程序分步执行使设计者直接看到它的程序下一步要执行的语句而且在程序执行的任何步骤任何时刻都可以查看任意变量的当前值可以在Dataflow窗口查看某一单元或模块的输入输出的连续变化等是目前业界最通用的仿真器之一。其功能侧重于编译和仿真不具备制定编译的器件和下载配置的能力因此需要与ISE等软件关联使用。第三章系统设计与实现根据DCR协议基带信号处理过程主要包括部分的设计分别是调制过程的成型滤波器、解调过程的匹配滤波器、Isinc函数滤波器、帧同步检测器。本文的主要工作是实现调制过程的成型滤波器、解调过程的匹配滤波器这两个滤波器在实现上是一样的。系统实现的总体结构DCR标准FSK调制解调系统的具体实现结构框图如图所示调制过程包括组帧、零点内插、成形滤波、Sinc滤波、DA转换经过无线发送模块发送出去解调过程首先接收信号经过AD转换进入FPGA内然后经过匹配滤波、Isinc滤波、采样判决、最后进行帧同步检测。TA、x调制解调器基带信号处理图DCR标准FSK调制解调系统a)DCR标准FSK调制过程DCR标准:语音信号首先进行组帧然后经过零点内插成形滤波器和Sine函数滤波器经过DA最后由射频模块发送出去。具体过程如下:()组帧:将语音信号按DCR标准进行组帧总共分为种帧格式同步脉冲SB通信用信道SC。()零点内插:对每一帧数据按DCR符号化准则进行电平转换由二进制变换为四进制。设定每个符号周期采样个值则在每个原四电平信号之间等间隔插入个零值点。()成形滤波器和Sine函数滤波器:成形滤波器采用均方根升余弦滚降滤波器其频率响应满足升余弦特性。可以滤除高频成分限制信号的频带和降低码间串扰。b)DCR标准FSK解调过程从射频接收来的信号先经AD采样转换成数字信号通过匹配滤波器Isinc函数滤波器抽样判决器最后通过帧同步检测器恢复出数字信号。()匹配滤波器和Isinc函数滤波器:接收滤波器与调制过程的成形滤波器完全相同。Isinc函数滤波器采用切比雪夫等波纹滤波器进行设计可以有效减少码间串扰校准波形。()抽样判决器:设定合适判决阈值恢复四电平信号然后再转换为二电平信号。()帧同步检测:查找每一帧数据的帧头和帧同步字确定帧起始位置后进行解帧恢复出原来数据。本文主要研究工作是在调制解调器基带信号处理部分的相关数字滤波器设计。VHDL语言概述VHDL是硬件描述语言即VeryHighHardwareDescriptionLanguage的简称。VHDL语言于年诞生年底它被美国国防部和IEEE定为标准硬件描述语言这个标准公布后很多开发EDA工具的公司推出了自己开发环境或宣布自己开发的设计环境可与VHDL兼容此后VHDL语言得到了快速发展在电子设计领域也获得了广泛的认可。年IEEE经过修改发布了新的VHDL版本从系统描述和更高的抽象层次扩展VHDL语言。VHDL语言是用于实现硬件电路的一种高级语言最初由美国国防部开发VHDL语言主要是为了提高美军武器的可靠性和缩短武器研制周期的一种使用范围较窄的设计语言。VHDL语言主要用于数字系统设计的行为、结构、功能以及接口等功能的描述采用VHDL语言设计硬件电路一般采用自上而下的设计方法即先从整体结构设计再向下细化各个模块的具体实现分模块调试验证最后将各个模块连接在一起进行调试。目前世界主流的硬件描述语言有VHDL和Verilog两种在年Verilog硬件描述语言成为IEEE标准。这两种语言有以下共同特点:)均能抽象描述电路的行为和结构)均能采用层次化设计方法)均能对电路进行仿真和验证)均能实现电路由高层到底层的综合转换)容易理解且设计可重用等。这两者的区别有一下几点:)VHDL语言语法非常严谨Verilog类似于C语言的描述在学术界、航天设备中VHDL语言应用的较多在企业界Verilog语言应用较多)VHDL系统级抽象比Verilog语言好很多适合大型系统的设计Verilog语言在门级、RTL级以及算法级比Verilog有优势)在芯片设计中Verilog语言应用的较多在不同应用领域各有各的优势。由于VHDL语法非常严谨本对于初学者采用VHDL有利于提高自己写代码的风格本设计采用VHDL语言实现多功能豆浆机的控制电路。系统实现原理分析有限状态机原理本系统控制器的核心是有限状态机的设计FPGA工程中有限状态机的设计也起到非常重要的作用有限状态机不仅依赖当前的输入状态还依赖于之前的输入状态有限状态机包含时序电路和组合逻辑组成时序逻辑即寄存器组由同一个时钟控制的触发器组用来寄存当前输入的状态组合逻辑分为输出译码器和状态译码器状态译码器主要用于在时钟驱动下跳入下一状态输出译码器主要用来产生状态机的输出向量。有限状态机根据输入、输出以及当前状态的函数关系分为Moore型有限状态机和Mealy型有限状态机Moore型有限状态机指输出仅与当前的输入状态有关Mealy型有限状态机不仅与当前的输入状态有关还与之前的输入状态有关Mealy型有限状态机又可分为异步Mealy型状态机和同步Mealy型状态机。有限状态机状态编码也是非常重要的一部分编码方式不一样会导致实现时状态机面积过大或速度太慢。一般采用的编码方式有三种:格雷码、二进制码和独热码。格雷码和二进制码是采用的压缩状态编码使用较少的状态位实现更多的状态编码当使用格雷码编码时相邻状态机只有一位发生变化这样即可以减少多条状态转换信号传输的延迟产生的毛刺也可以降低功耗。当使用独热码时每一个状态使用唯一的状态编码M个状态的状态机使用M个触发器这样使用的触发器资源较多但是状态译码简单状态转换实现速度较快且能减少组合逻辑。这种编码方式在增加状态或改变状态转换条件时都可以不影响其他的状态机而很方便的实现。FPGA状态机设计时若状态机的个数小于等于时一般采用格雷码或二进制码若状态机的个数大于时通常采用独热码编码的方式。状态机的基本描述方式在数字系统设计中常用的状态机的基本描述有种:状态转换图、状态转换表和硬件语言描述。)状态转换图状态机描述比较自然直观的方式是状态转换图通过状态转换图可以很直观的理解设计中的状态转换过程经常在设计过程中定义具体实现的逻辑功能是使用在分析代码中的状态机实现时也可以使用如图所示状态转换图中列出了S、S、S和S四个状态、状态转换关系以及转换条件和输出图中隐含了状态转换的时钟大部分EDA设计软件里状态转换图可作为逻辑设计输入可自动生成状态机实现的硬件描述语言的代码。图状态转换图)状态转换表状态机描述采用列表的方式数字系统设计中状态化简常用状态转换表对于FPGA来说由于内部逻辑资源比较丰富且状态机编码要充分考虑整个设计的稳定性、安全性等因素因此优化状态机时不常用状态转换表。)HDL语言描述状态机HDL语言描述是状态机具体实现中常用的设计方法本文多功能给豆浆机控制器的状态机(FSM)设计采用HDL语言描述HDL语言描述状态机的具体实现非常灵活通过规范化的设计方法描述状态机可使系统更安全、高效、稳定、便于维护。状态机实现的HDL描述方法FSM状态机设计分为三部分当前状态寄存器转换状态(currentstates)、下一个状态寄存器转换状态(nextstates)和状态逻辑输出。常用的状态机描述有一段式、两段式和三段式一段式即将整个状态机写在一个进程(Process)中一段式设计方法不符合将时序逻辑和组合逻辑分开设计的基本原则不利于对添加附加约束和EDA工具布局布线时对设计进行优化两段式设计即采用两个进程(Process)实现一个进程采用时序逻辑实现状态的转换另一个进程使用组合逻辑描述状态转换规律状态机输出根据情况放入其中一个进程三段式设计即在两段式的基础上增加了使用同步逻辑时序描述每个状态输出的结果。有限状态机(FSM)采用二段式或三段式的设计方法将组合逻辑和时序逻辑分开编写代码结构设计清晰方便维护有利于附加约、综合以及有利于布局布线工具对其进行优化设计。滤波器的实现原理DCR协议规定升余弦频谱特性在发送滤波器和接收滤波器之间均等的划分则成型滤波器和匹配滤波器具有相同的频率响应如下:其中T=(k符号sec)滚降系数=。根据上式滤波器的频域响应是有限的其时域响应是无限的这样的系统在现实中不可实现。因此采用FIR滤波器的设计方法对时域响应h(t)进行对称截断、抽样得到相应的FIR数字滤波器。FIR算法的具体实现直接型FIR滤波器的具体实现结构如图所示图中bN是滤波器系数N是滤波器阶数。由直接型结构图可见N阶FIR滤波器要用N个系数表示通常需要用N个乘法器和N个加法器来实现即在FPGA内需完成相应的乘加运算。SHAPE*MERGEFORMAT图FIR滤波结构图并行FIR滤波器具有速度快、易于设计的特点但滤波器阶数较高时需要占用大量的资源采用串行优化算法可减少资源占用量。数字滤波器的设计过程为:根据FIR滤波器的频响特性利用Matlab计算出滤波器系数通过Matlab仿真验证所设计的系统是否符合要求。算法实现软件流程图如下:图算法流程图阶FIR实现的顶层框图如图所示CLK是系统工作时钟READCLK是AD输入的数据使能信号DATAIN是采集输入的有效信号ADCLK是AD的采样时钟DACLK是AD的转换时钟DAOUT是DA转换的数字信号。图FIR顶层框图FIR算法的具体实现框图如图所示FPGA内部主要包括个部分AD信号采集模块、FPGA内部核心设计部分FIR滤波算法的具体实现、FIR滤波结果输出模块。FPGA内部逻辑具体代码见附录。图FIR滤波器实现框图FIR滤波算法主控具体实现主要由状态机控制状态主要由表所示FIR主控状态转换图如图所示。表状态内实现的具体功能状态编号实现具体功能SFIR滤波算法初始化S移位并接受最低位或扩展符号位SFIR算法乘加运算S等待乘加运算完毕S等待乘加运算完毕SFIR算法累加位扩展SFIR算法溢出处理图FIR主控状态转换图第四章系统功能验证仿真验证方法数字系统设计的仿真主要包含功能仿真和时序仿真FPGA的数字系统设计一般分为四个步骤具体实现框图如图所示首先是根据设计要求提出具体实现的方案方案提出后通过调用IP或编写硬件描述语言实现设计的具体思路逻辑功能实现后不断优化代码然后综合、布局布线生成下载文件将下载文件烧写到FPGA器件外挂的FLASH里。在这个的实现过程中每个过程都有一个仿真与之对应设计输入对应有功能仿真设计综合与实现对应时序仿真可下载文件加载到FPGA里后对应有个器件测试。图设计实现与仿真的对应关系(a)功能仿真功能仿真即代码实现时的RTL级仿真在这个阶段可以查找设计输入的代码语法错误及逻辑错误等这个过程没有具体实现时电路的延时等信息在理想情况下对系统进行验证因此只能确保功能的正确性。(b)时序仿真时序仿真也称之为后仿真这个过程在布局布线后进行仿真充分考虑电路具体实现时的延时信息以及器件的延时信息主要验证器件在FPGA里实际工作时的情况。(c)硬件仿真硬件仿真即器件测试过程将生成的可下载文件加载到FPGA器件通过运行的实际工作效果判断设计的正确性这个过程可以采用辅助工具如示波器、频谱分析仪等测试仪器测试相关信号来判断运行结果的正确性。仿真验证流程我们所说的仿真大多数情况是系统的功能仿真功能仿真可以初步确定设计的正确性。通过系统功能仿真可以快速找到设计中的不足之处提高系统设计的效率同时也可以提高系统功能的可靠性。一般系统功能仿真的流程如图所示首先对设计中各个子模块进行功能验证针对各个子模块编写测试激励不断优化调整逻辑代码确定各个子模块功能的正确性。各个子模块功能验证后根据设计将各个模块级联起来编写系统整体测试的测试激励激励编写时尽量考虑提高测试的覆盖率不断修改调整激励及代码是整个功能达到设计的要求。图功能仿真流程本系统基于FPGA的FIR算法的实现采用Modelsim仿真验证仿真验证的实现框图如图所示首先采用VHDL语言编写测试激励输入有时钟信号、复位信号、模拟AD采集的信号输入。添加激励输入到VDHL实现的FIR算法模块中一次FIR运算完后输入一个标志信号使能再次产生激励数据输入到FIR运算模块进行运算。运算的结果可以写入一个txt文档通过分析文档中的数据判断FIR运算的正确性或者通过MATLAB工具将文本中数据以图形的方式显示出来也可以在Modelsim仿真软件的图形界面里分析FIR运算结果的正确性。图FIR测试实现框图系统仿真结果分析软件仿真基于FPGA的FIR设计首先采用Modelsim进行功能仿真滤波器通的带仿真结果如图所示图中clk是系统工作时钟cyclk是ad的采样时钟datain是输入的信号daout是滤波后输出的信号。Modelsim仿真时输入的波形数据首先通过Matlab工具编写代码产生然后写入一个文本中。FIR算法信号输入时将波形数据从文本中读出数据输入到FIR算法的输入端。图FIR的Modelsim仿真图硬件仿真基于FPGA的FIR算法的阻带硬件仿真如图所示其中xn是AD采集输入的信号yn是滤波器系数tempxn是经过FIR算法滤波后的信号信号的抓取通过系统同步时钟CLK。从图中可以很明显的看到滤波效果根据傅里叶变化我们知道一个正弦波形是由很多个不同频的正弦波形组合而成xn是AD采集输入的信号从图中可以看到非常平滑经过FIR算法滤掉其中一些高频分量后得到tempxn如图所示的波形。图FIR阻带仿真图基于FPGA的FIR算法通带硬件仿真波形如图所示信号定义与图中相同将输入信号的改为通带内的频率再次通过在线仿真工具抓取数据波形如图所示从图中可以明显看到输入输出只是稍微有点延迟波形一致。图FIR通带仿真图通过Modelsim软件和ISE在线调试工具仿真并对仿真波形进行分析充分验证了基于FPGA的FIR设计的正确性。第五章总结与展望论文总结本文设计了DCR调制解调系统首先从基带信号处理滤波器人手实现了平方根余弦滚降FIR滤波器充分考虑了码问串扰和实现的复杂程度用最简单的窗函数方法实现直接型FIR滤波器。同时用切比雪夫等波纹逼近法设计Isinc滤波器有效的降低了滤波器采样点数以及在边界频率的控制上更加准确。根据DCR标准设计的帧同步检测器设计算法简单分辨率高实现容易。整个DCR标准FSK基带信号处理系统在MATLAB下进行了性能仿真仿真的误码率与公式推导得出的BER接近。展望数字基带信号处理系统技术已经发展了很久也出现了很多成熟的系统但对于数字通信技术还有很长的路要走。()数字通信的宽带化当前大多数数字通信的传输载体为光纤因此具有传输频带宽通信容量大:传输损耗小中继距离长抗电磁干扰性能好保密性好元串音干扰体积小重量轻等优点。所以提高传输速率和增长无中继距离技术成为未来技术发展的主要方向。()数字通信的系统化通过将各行业的信息整合化与数字通信系统的数字化处理以此来实现信息、业务和数字的系统化分类便于各行业集中使用和大规模生产。()数字通信的差异化数字通信的差异化是指根据个人的需要将通信信息进行差别化处理是个人使用的数字通信信息具有个人的特点有别于共同使用信息和他人使用的信息。目前数字通信的差异化受到终端设备、中央处理器和智能网络建设的影响尚处于初级的研究准备阶段数字通信技术人员应该紧跟这一行业的趋势和动态。()数字通信的智能化智能数字通信网是能够灵活方便地开设和提供新业务的网络。它是隐藏在现存通信网里的一个网而不是脱离现有的通信网而另建一个独的“智能网”而只是在已有的通信网中增加一些功能单元。当网络提供的某种服务因故障中断时智能网可以自动诊断故障和恢复原来的服务。致谢时光荏苒大学四年的路已经悄悄的来到了尽头回首过去真心感谢学校中给予我在学习和生活中帮助的老师和同学是他们的陪伴让我成长提高我的能力让我能从容的步入社会为社会建设添一份力。本次毕业设计能够顺利完成十分感谢李玉峰的关切指导同时也感谢班级中给予帮助的同学在他们不厌其烦的耐心、丰富的理论知识和熟练的软硬件操作帮助完成了本次毕业设计。开始时作为一名做毕业设计的学生对于课题基于FPGA的FIR算法的实现感到无从下手深知本次课题的难度。但经过李老师和同学给出的建议深入理解理论知识由浅及深先确定整个算法系统的流程图、分清模块及模块功能。由于对软件的不了解对VHDL语言的陌生导致算法程序无法设计。李老师联系以前学过的软件及语言的师兄给我打开思路确定了完成算法的流程。在整个毕业设计的过程中在各个方面得到了李老师指导每次出现问题都耐心的为我排疑、解答。她严谨的科学作风、一丝不苟的治学态度对我产生了很大的影响使我受益终身。从李老师身上我看到了一个老师对教学的认真态度对学生负责的心理使我很受感动。总之毕业设计的完成都离不开学校领导、老师和同学的帮助、指导和栽培。在此我对他们表示衷心的感谢!参考文献郑君里等信号与系统M北京:高等教育出版社年月第版:程佩青数字信号处理教程M北京:清华大学出版社,年月第版:阎石数字电子技术基础M北京:高等教育出版社年第五版:王辉等MAXPLUSII和QuartusII应用与开发技巧M北京:机械工业出版社,年月第版:姜雪松等VHDL设计实例与仿真M北京:机械工业出版社年月第版:求是科技VHDL应用开发技术与工程实践M北京:人民邮电出版社年月第版:潘松等EDA技术与VHDLM北京:清华大学出版社,年月第版:潘松等现代DSP技术M西安:西安电子科技大学出版社年月第版:田丰等FFT算法的一种FPGA实现J现代电子技术,,():-杨兴谢志远基于FPGA的FFT处理器设计J国外电子元器件,年():钱文明,刘新宁,张艳丽基于Cyclone系列FPGA的点FFT算法的实现J电子工程师,,():李小进,初建朋,赖宗声等高速基FFT处理器的结构设计与FPGA实现J电路与系统学报,,():潘明海,刘英哲,于维双一种基于FPGA实现的FFT结构J微计算机信息,,():连冰,宫丰奎,张力,等基于FPGA的快速傅立叶变换J国外电子元器件件,,():附录FIR实现的RTL级图AD采集具体实现代码SHAPE*MERGEFORMATFIR主控逻辑毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文)是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知除文中特别加以标注和致谢的地方外不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名:     日 期:     ​​​​​​​​​​​​指导教师签名:     日  期:     使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版并提供目录检索与阅览服务学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文在不以赢利为目的前提下学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名:     日 期:     ​​​​​​​​​​​​学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。本人授权    大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日指导教师评阅书指导教师评价:一、撰写(设计)过程、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格、研究方法的科学性技术线路的可行性设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)质量、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格三、论文(设计)水平、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)指导教师:(签名)单位:(盖章)年月日评阅教师评阅书评阅教师评价:一、论文(设计)质量、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)水平、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)评阅教师:(签名)单位:(盖章)年月日教研室(或答辩小组)及教学系意见教研室(或答辩小组)评价:一、答辩过程、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文(设计)质量、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?□优□良□中□及格□不及格三、论文(设计)水平、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意?设计是否有创意?□优□良□中□及格□不及格、论文(设计说明书)所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩:□优□良□中□及格□不及格(在所选等级前的□内画“√”)教研室主任(或答辩小组组长):(签名)年月日教学系意见:系主任:(签名)年月日学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者(本人签名):年月日学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版并同意编入CNKI《中国知识资源总库》在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级:□公开□保密(年月至年月)(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)作者签名:导师签名:年月日年月日独创声明本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)是本人在指导老师的指导下独立进行研究工作所取得的成果成果不存在知识产权争议。尽我所知除文中已经注明引用的内容外本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:二〇一〇年九月二十日 毕业设计(论文)使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版同意学校保存学位论文的印刷本和电子版或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计(论文)同意学校在不以营利为目的的前提下建立目录检索与阅览服务系统公布设计(论文)的部分或全部内容允许他人依法合理使用。(保密论文在解密后遵守此规定) 作者签名:二〇一〇年九月二十日致谢时间飞逝大学的学习生活很快就要过去在这四年的学习生活中收获了很多而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计我的能力有了很大的提高比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助我将无法顺利完成这次设计。首先我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导为我理清了设计思路和操作方法并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求感谢他们对我学习上和生活上的帮助使我了解了许多专业知识和为人的道理能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持与他们一起学习、生活让我在大学期间生活的很充实给我留下了很多难忘的回忆。最后我要感谢我的父母对我的关系和理解如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持我将无法顺利完成今天的学业。四年的大学生活就快走入尾声我们的校园生活就要划上句号心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出对我的人生来说将是踏上一个新的征程要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年取得了些许成绩生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲对我成长的关心和爱护。学友情深情同兄妹。四年的风风雨雨我们一同走过充满着关爱给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里离不开父母的鼓励和支持是他们辛勤的劳作无私的付出为我创造良好的学习条件我才能顺利完成完成学业感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后我要特别感谢我的导师***老师、和研究生助教***老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励给了我很多解决问题的思路在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中都给与我很大的帮助使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助帮助解决了不少的难点使得论文能够及时完成这里一并表示真诚的感谢。致谢这次论文的完成不止是我自己的努力同时也有老师的指导同学的帮助以及那些无私奉献的前辈正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少通过这次论文我想我成长了很多不只是磨练了我的知识厚度也使我更加确定了我今后的目标:为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师***老师感谢您的指导才让我有了今天这篇论文您不仅是我的论文导师也是我人生的导师谢谢您!我还要感谢我的同学四年的相处虽然我未必记得住每分每秒但是我记得每一个有你们的精彩瞬间我相信通过大学的历练我们都已经长大变成一个有担当有能力的新时代青年感谢你们的陪伴感谢有你们这篇论文也有你们的功劳我想毕业不是我们的相处的结束它是我们更好相处的开头祝福你们!我也要感谢父母这是他们给我的所有的一切感谢母校尽管您不以我为荣但我一直会以我是一名农大人为荣。通过这次毕业设计我学习了很多新知识也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理以及科学严谨的学术态度令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习天天向上的学习环境和机会。即将结束*大学习生活我感谢****大学提供了一次在农大接受教育的机会感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。受信者信道发送设备接收设备信息源噪声源受信者解调器信道调制器信息源噪声源受信者信源译码器信道译码器数字调制器数字解调器信息源信源编码器信道编码器信道噪声源设计验证设计输入功能仿真设计综合设计实现静态时序分析优化时序仿真反标注FPGA映射布局布线生成位流电路验证下载到Xilinx器件调制解调器基带信号处理RxADSwSinc滤波器成形滤波器零点内插组帧TxDA匹配滤波器Isinc滤波器采样判决器帧同步检测zzx(n)y(n)x(n)x(nN)bbbNbNzlibraryieeeuseieeestdlogicalluseieeestdlogicunsignedalluseieeestdlogicarithallentityreaddatisport(readclk:INSTDLOGICDATIN:INSTDLOGICvector(downto)DATOUT:OUTSTDLOGICvector(downto))endreaddatarchitectureoneofreaddatisbeginprocess(readclk,DATIN)beginIFreadclk'eventandreadclk=''THENDATOUT<=DATINENDIFendprocessendonecasecurrentstatesiswhens=>状态给接收数据的数组赋初值if(i>=)thensramxn(i):=(others=>'')i:=icurrentstates<=selsei:=currentstates<=sendifwhens=>状态移位并接受最低位regsum:=(others=>'')if(j>=)thenj:=jsramxn(j):=sramxn(j)currentstates<=selsej:=接收数据并扩展符号位sramxn():=datain()datain()datain()datainfstemp<=notfstempfs<=fstempcurrentstates<=sendifwhens=>addhn:=addhnifaddhn<=then一次算阶outxa<=sramxn(addhn)addha<=sramhn(addhn)outxb<=sramxn(addhn)addhb<=sramhn(addhn)outxc<=sramxn(addhn)addhc<=sramhn(addhn)outxd<=sramxn(addhn)addhd<=sramhn(addhn)outxe<=sramxn(addhn)addhe<=sramhn(addhn)outxf<=sramxn(addhn)addhf<=sramhn(addhn)outxg<=sramxn(addhn)addhg<=sramhn(addhn)outxh<=sramxn(addhn)addhh<=sramhn(addhn)currentstates<=selse计算剩下阶outxa<=sramxn()addha<=sramhn()outxb<=sramxn()addhb<=sramhn()outxc<=sramxn()addhc<=sramhn()outxd<=sramxn()addhd<=sramhn()outxe<=sramxn()addhe<=sramhn()outxf<=(others=>'')addhf<=(others=>'')outxg<=(others=>'')addhg<=(others=>'')outxh<=(others=>'')addhh<=(others=>'')addhn:=currentstates<=sendifwhens=>……PAGEIIunknownunknownunknownunknownunknownvsd�FIR实现的顶层结构CLKREADCLKDATAIN:vsd�设计准备设计输入原理图or硬件描述语言设计综合与实现*优化*综合、映射*布局、布线*生成下载文件vsd�各个子模块功能仿真输入文件优化模块级联进行功能仿真优化级联的模块vsd�测试激励VHDL实现的FIR算法vsd��FPGAAD信号采集�FIR滤波算法�滤波结果输出unknownunknownvsd�SSSSResetunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknow

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

评分:

/47

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利