复杂信号处理算法的FPGA实现技术研究

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近年来,以数字信号处理为核心的软件无线电技术取得了飞速的发展,已经广泛应用于个人移动通信、现代雷达、微波遥感等领域。FPGA由于其高密度、高速、可编程等优点在高速数字信号实时处理中有着重要的运用。基于FPGA的软件无线电技术的实现已经成为当前的研究热点。  本文基于软件无线电技术中的非线性失真处理技术,以Altera公司的Stratix_Ⅱ FPGA为信号处理核心,两片512Mbit的SDRAM为数据存储介质,完成整个算法在硬件平台上的高速数据处理。  本文首先简介了信号处理算法在FPGA中实现的流程和方法,基于软件无线电的非线性处理技术系统介绍了功放线性度的性能指标和当前常用的线性化技术,并分析比较了其优缺点。  其次,以基于模型参数辨识的非线性自适应滤波处理技术为例,结合实际硬件平台对算法实现过程中的定点化、硬件资源消耗、复杂度等进行分析,并设计了算法在硬件系统实现的方案。根据算法的结构划分不同的功能模块,并详细描述了算法的核心模块的设计,包括非线性分量生成模块、FFTIP核模块、功率统计模块、矩阵相乘模块、流水线求和模块和数据缓冲模块。并借助ModelSim仿真工具对模块进行功能仿真,给出仿真波形结果。完成各模块设计后,根据信号处理的流程进行模块间的连接和控制,实现整个算法在系统中的高速信号处理。  最后,基于PXI总线的工控机的平台,进行了整机测试,通过测试验证,该算法具有较好性能,达到了预期目标。在完成整个算法的FPGA实现后,对算法实现中的不足进行了在FPGA上的优化设计。
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