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基于FPGA自适应均衡器的研究与实现

作　者: 蔺永朋
导　师: 王静
学　校: 大连海事大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 自适应均衡器码间干扰多径传播最小均方误差算法递归最小二乘算法现场可编程门阵列
分类号: TN715
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在当今信息日益膨胀的数字化、信息化时代,通信系统担负了重大的任务,这要求数字通信系统向着高速率、高可靠性的方向发展,而信道的非理想特性成为制约这一发展的主要障碍。均衡作为通信系统中一项重要的技术,能够很好地补偿信道的非理想特性,从而减轻信号的畸变,降低误码率,使得信息的高质量传输成为可能。尤其是在高速通信、无线通信领域,信道对信号的畸变将更加地严重,信道均衡更是不可或缺的,自适应均衡因其具有能够自动调节抽头系数来跟踪信道变化的能力,成为通信系统中一项关键和实用的技术。本文主要研究了多径衰落信道中自适应均衡器的结构和自适应均衡的算法,以及基于FPGA自适应均衡器的设计与实现。首先,本文阐述了码间干扰的产生原因及其数学模型,进而给出了时域均衡器的原理；然后介绍了两类目前常用的自适应均衡算法—LMS类和RLS类算法及其它们的改进型算法,并且对各类算法进行了MATLAB仿真,通过对仿真结果的分析,得出了各类算法性能的优劣；随后在ISE 9.2i软件环境下对便于用FPGA实现的基于LMS算法的时域、线性、横向结构的自适应均衡器进行了详细的设计,并利用MODELSIM SE 6.0软件对设计的系统进行了行为级的全面仿真验证；最后在XUP Xilinx Virtex-ⅡPro开发板上成功实现,实现的自适应均衡器能够自动跟踪信道变化、补偿信道畸变、减少误码,达到了设计的要求。本文是在软件无线电思想指导下完成的,用FPGA设计的自适应均衡器体积小、收敛速度快、实现容易、灵活性强,在数字通信领域有很广阔的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究的意义  9
  1.2 均衡器的发展与研究状况  9-11
  1.3 自适应均衡技术简介  11-12
  1.4 自适应均衡器的应用  12-13
  1.5 论文的主要研究内容  13-15
第2章码间干扰与均衡原理  15-22
  2.1 信道的概念  15
  2.2 码间干扰的产生  15-18
    2.2.1 信道畸变  15-16
    2.2.2 多径传播  16-18
  2.3 码间干扰的数学模型  18-19
  2.4 时域均衡原理  19-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章自适应均衡算法  22-36
  3.1 信道的等效离散时间模型  22-23
  3.2 最小均方误差类自适应算法  23-33
    3.2.1 最小均方误差算法  23-28
    3.2.2 变步长LMS算法  28-30
    3.2.3 解相关LMS算法  30-32
    3.2.4 符号LMS算法  32-33
  3.3 递归最小二乘(RLS)类自适应算法  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章基于FPGA自适应均衡器的设计与仿真  36-56
  4.1 FPGA基本知识  36-40
    4.1.1 FPGA简介  36-37
    4.1.2 FPGA的设计流程与注意事项  37-40
  4.2 自适应均衡算法的选择  40-41
  4.3 自适应均衡器的FPGA设计  41-49
    4.3.1 自适应参数的选择  41
    4.3.2 数据位的选择与处理  41-47
    4.3.3 时钟控制信号的设计  47-48
    4.3.4 FPGA芯片的选择  48-49
    4.3.5 芯片资源利用情况  49
  4.4 仿真  49-55
    4.4.1 均方误差的仿真  49-51
    4.4.2 判决信号的仿真  51-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章自适应均衡器的FPGA实现  56-64
  5.1 信号的处理与管脚的分配  56-58
  5.2 系统的FPGA设计  58-60
  5.3 示波器波形显示  60-63
    5.3.1 信道未突变下的示波器波形  60-62
    5.3.2 信道突变下的示波器波形  62-63
  5.4 本章小结  63-64
第6章结论  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-71
研究生履历  71-72

基于FPGA自适应均衡器的研究与实现

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