基于FPGA的高速数字分路算法的研究和实现

论文摘要

基于均匀DFT滤波器组的数字分路算法是一种有效实现多载波信号频分分路的技术。近年来,随着微电子技术的发展和FPGA日益广泛的应用,基于FPGA实现数字分路算法已经成为一个备受关注的课题。然而在时钟频率较高情况下的数字分路技术的实现依然是一个难题。本文在深入研究数字分路算法的两种实现结构（多相滤波结构和加权叠接-相加结构）的基础上,完成了一组32路载波信号数字分路算法的多相滤波结构和加权叠接-相加结构的FPGA设计并用一片FPGA芯片分别实现了其功能,时钟速率为100MHz。本文的主要成果有:1.深入研究了数字分路算法的两种实现结构:多相滤波结构和加权叠接-相加结构。根据算法原理,用MATLAB编写了实现这两种结构的数字分路算法的浮点程序,并通过MATLAB仿真验证了结果的正确;2.基于FPGA设计了实现这两种结构数字分路算法的方案,从各方面比较了这两种方案的优劣,并编写了MATLAB的定点仿真程序以验证源代码的正确性;3.用VHDL编写源代码分别实现了多相滤波结构的数字分路算法和加权叠接-相加结构的数字分路算法;4.在完成设计之后,进行了功能仿真和时序仿真,最后在硬件平台上调试程序,正确地输出了结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究工作的背景和发展动态
• 1.1.1 多载波信号频分分路技术简介
• 1.1.2 FPGA发展动态
• 1.1.3 FPGA硬件设计流程
• 1.1.4 FPGA设计的优化
• 1.2 研究工作的主要内容
• 第二章 基于均匀DFT滤波器组的数字分路技术原理
• 2.1 滤波器组的一般概念和定义
• 2.2 基于均匀DFT滤波器组的短时傅里叶分析器原理
• 2.2.1 基于复调制器的滤波器组解释
• 2.2.2 有效实现K=MI情况DFT滤波器组的多相滤波结构
• 2.2.3 有效实现DFT滤波器组的加权叠接相加结构
• 2.2.4 多相滤波结构和加权叠接-相加结构的比较
• 2.3 小结
• 第三章 基于MATLAB的数字分路算法仿真
• 3.1 技术要求
• 3.1.1 信号参数要求
• 3.1.2 速率及位数要求
• 3.2 基于MATLAB的多相滤波结构的数字分路算法仿真
• 3.2.1 基于多相滤波的数字分路算法结构
• 3.2.2 滤波器设计
• 3.2.3 输入信号仿真
• 3.2.4 输出信号仿真
• 3.3 基于MATLAB的加权叠接-相加结构的数字分路算法仿真
• 3.3.1 基于加权叠接-相加的数字分路算法结构
• 3.3.2 滤波器设计
• 3.3.3 输入信号仿真
• 3.3.4 输出信号仿真
• 3.4 多相滤波结构和加权叠接-相加结构仿真结果的比较
• 3.5 小结
• 第四章 基于多相滤波结构的数字分路算法的FPGA实现
• 4.1 多相滤波结构数字分路FPGA总体设计框图
• 4.2 时钟模块的FPGA实现
• 4.3 串并转换模块的FPGA实现
• 4.4 多相滤波模块的FPGA实现
• 4.5 32 点FFT变换模块的FPGA实现
• 4.5.1 8 点FFT变换模块的FPGA实现
• 4.5.2 系数调整模块的FPGA实现
• 4.5.3 4 点FFT变换模块的FPGA实现
• 4.6 整个数字分路模块的FPGA实现
• 4.7 小结
• 第五章 基于加权叠接-相加结构数字分路算法的FPGA实现
• 5.1 加权叠接-相加结构数字分路FPGA总体设计框图
• 5.2 时钟模块的FPGA实现
• 5.3 乒乓转换模块的FPGA实现
• 5.4 滤波系数相乘模块的FPGA实现
• 5.5 混叠相加模块的FPGA实现
• 5.6 串并转换模块的FPGA实现
• 5.7 循环移位模块的FPGA实现
• 5.8 32 点FFT变换模块的FPGA实现
• 5.9 整个数字分路模块的FPGA实现
• 5.10 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 两种实现结构的比较
• 6.2 论文总结
• 6.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间的研究成果