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基于FPGA数字基带信号设计.rar

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    基于 FPGA 数字 基带 信号 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文基 于 FPGA 数 字 基 带 信 号 设 计学科专业: 电子信息科学与技术 指导教师: 李绪成 学生姓名: 雷建军 学生学号: 072004110474 中国﹒贵州﹒贵阳2010 年 5 月科技学院毕业论文(设计) 第 1 页1目录摘要 .................................................................ⅡAbstract .............................................................Ⅳ第一章 绪论 ...........................................................41.1 数字基带信号的发展及意义 .......................................41.2 研究内容 .......................................................5第二章 数字基带信号 ..................................................52.1 数字基带信号的模型 .............................................52.2,数字基带信号码型介绍 ..........................................9第三章 FPGA 实现数字基带信号传输系统 ..................................12第四章 模块的设计 ....................................................234.1 AMI 码的设计 .................................................234.2 AMI 译码器设计原则 ............................................244.3 AMI 译码器的仿真结果与分析 ....................................244.4 键值处理及 LCD 显示模块 .......................................25参考文献 .............................................................26致谢 .................................................................27科技学院毕业论文(设计) 第 2 页2摘要数字基带信号的传输是数字通信系统的重要组成部分。在数字通信系统中。为使基带信号适合在基带信道中传输,必须选择合适的码型,AMI码是常选的码型之一。本文针对数字基带传输系统中AMI码的特点,采用基于CPLD/FPGA的VHDL语言.在Max+pluslI的编程环境中。仿真实现了AMI的编码器和译码器。实验结果表明,实现的AMI编、译码器简单、可靠.下栽至芯片中能够方便地实现AMI码基带信号形成器。科技学院毕业论文(设计) 第 3 页3Abstracthe digital baseband signal transmission is the digital communication system important constituent. In the digital eommuni—cation system.for causes the baseband signal to suit in the baseband channel transmits.must choose the appropriate code ,the AMI code is one of choice codes.The AMI code characteristic in the digital baseband transmission system.the paper uses based on the CPLD/FPGA VHDL language.has realized the AMI encoder and the decoder in the Max—plusII programming environment.ne ex —perimental result show tllat.the coder&decoder is simply and reliable.downloads to the chip i11 can realize the AMI code base—band shaping unit conveniently.科技学院毕业论文(设计) 第 4 页4第一章 绪论1.1 数字基带信号的发展及意义世纪之交,回眸历史,我们深为 20 世纪人类的散打发明;相对论、量子论和量子力学、DNA 分子模型而感到豪情满怀;更为继农业革命和工业革命之后出现的人类社会第三次技术经济革命——信息革命而感到欢欣鼓舞。20 世纪是一个充满奇迹的伟大世纪。当今我们面临着一个竞争日益激烈的世界,微电子、计算机、通信、因特网、电子商务、生物工程等技术的发展与应用,带来了席卷全球的新技术革命浪潮,及其对各学科领域的冲击与影响;信息论、系统论、控制论、协同论、耗散结构论和突变论像个学科的广泛渗透,人工智能与知识工程的研究正向高新技术领域长驱直入。21 世纪像人们展现出一幅幅绚丽多彩的诱人景象,令人憧憬,催人奋进!前任主席江泽民说过“当今世界以信息技术为主要标志科技进步日新月异,高科技成果像显示生产力的转化越来越快,初见端倪的只是经济预示人类的经济社会生活将发生新的巨大变化” 。这是千载难逢的机遇与挑战。人类的社会生活是不能离开信息的,人类的社会实践活动不光需要对周围世界的情况有所了解并能做出正确的反应,而且还要与周围的人群沟通关系才能协调地行动,这就是说,人类不仅时刻需要从自然界获得信息,而且人与人之间也需要进行通讯,交流信息。人类需要随时获取、传递、加工、利用信息,否则就不能生存。1.2 研究内容在现代通信技术中,为了适应高效利用频带资源的发展要求,提高通信系统的有效性、可靠性和实用性,迫切需要高质量、高效率的基带信号成形技术。根据软件无线电发展的方向和要求,介绍了通过对基带信号处理来提高频带效率,减少或消除无符号码间干扰(in sign interferer,ISI)的有效方法;提出了一种具有可操作性的全数字化升余弦(rise cosine,RC)滤波器,着重分析了该滤波器的实现方案和性能,并给出了其仿真和现场可编程门阵列(field programmable gate arry,FPGA)硬件设计结果;该技术对当前数字通信系统中基带信号成形技术的理论和实现科技学院毕业论文(设计) 第 5 页5具有一定的参考价值。第二章 数字基带信号2.1 数字基带信号的模型数字基带信号 所谓数字基带信号,就是消息代码的电波形。数字基带信号的类型很多,本节以由矩形脉冲构成的基带信号为例,主要研究这些基带信号的时域波形、频谱波形以及功率谱密度波形。 单极性不归零信号:设消息代码由二进制符号 0、1 组成,则单极性不归零信号的时域波形如图 5-2-1 所示,其中基带信号的 0 电位对应于二进制符号 0;正电位对应于二进制符号 1。单极性不归零信号在一个码元时间内,不是有电压(或电流),就是无电压(或电流),电脉冲之间没有间隔,不易区分识别,归零码可以改善这种情况。单极性不归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图所示。 时域波形 单极性不归零信号的时域波形 频谱波形单极性不归零信号的频谱图 科技学院毕业论文(设计) 第 6 页6功率谱密度波形 单极性不归零信号的功率谱密度 单极性归零信号 :设消息代码由二进制符号 0、1 组成,则单极性归零信号的时域波形如图 5-2-4 所示,发“1“码时对应于正电位,但持续时间短于一个码元的时间宽度,即发出一个窄脉冲,当发“0“码时,仍然完全不发送电流,所以称这种信号为单极性归零信号。单极性归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图 5-2-5、图 5-2-6 所示。 时域波形 单极性归零信号的时域波形 频谱波形 单极性归零信号的频谱图 功率谱密度波形 科技学院毕业论文(设计) 第 7 页7单极性归零信号的功率谱密度 双极性不归零信号: 设消息代码由二进制符号 0、1 组成,则双极性不归零信号的时域波形如图 5-2-7 所示,其中基带信号的负电位对应于二进制符号 0;正电位对应于二进制符号 1。双极性不归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图所示。 时域波形 双极性不归零信号的时域波形 频谱波形 双极性不归零信号的频谱图 功率谱密度波形 双极性不归零信号的功率谱密度 双极性归零信号 : 科技学院毕业论文(设计) 第 8 页8双极性归零信号是双极性波形的归零形式,双极性归零信号的时域波形如图 5-2-10 所示,其中负的窄脉冲对应于二进制符号 0;正的窄脉冲对应于二进制符号 1,此时对应每一符号都有零电位的间隙产生,即相邻脉冲之间有零电位的间隔。双极性归零信号的频域波形和功率谱密度波形分别如图所示。 时域波形 双极性归零信号的时域波形 频谱波形 双极性归零信号的频谱图 功率谱密度波形 双极性归零信号的功率谱密度 2.数字信号的基带传输 一个数字通信系统的模型可由图表示。 数字通信系统模型 从消息传输角度看,该系统包括了两个重要的变换: 科技学院毕业论文(设计) 第 9 页9消息与数字基带信号之间的变换; 数字基带信号与信道信号之间的变换。 通常,前一个变换由发收终端设备来完成,它把无论是离散的还是连续的消息转换成数字的基带信号;而后一变换则由调制和解调器完成。然而,在数字通信中并非所有通信系统都要经过以上两个变换过程,在某些有线信道中,特别是传输距离不太远的情况下,可以不经过调制和解调过程而让数字基带信号直接进行传输,我们称之为数字信号的基带传输。与此相应,另外一些信道,比如在无线信道和光信道中,数字基带信号则必须经过调制,将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输,我们把这种传输称为数字信号的频带传输。 2.2,数字基带信号码型介绍数字基带信号的码型 数字基带信号的码型设计原则 数字基带信号是数字信号的电脉冲表示,不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构,合理地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合于信道传输特性的频谱结构,是基带传输首先要考虑的问题。通常又把数字信息的电脉冲表示过程称为码型变换,在有线信道中传输的数字基带信号又称为线路传输码型。 数字基带信号的频谱中含有丰富的低频分量乃至直流分量。当传输距离很近时,高频分量衰减也不大。但是数字设备之间长距离有线传输时,高频分量衰减随距离的增加而增大,同时信道中通常还存在隔直流电容或耦合变压器,因而传输频带的高频和低频部分均受限。 所以,在设计数字基带信号码型时应考虑以下原则: 线路传输码的频谱中无直流分量和只有很小的低频分量; 线路传输码的编译码过程应与信源的统计特性无关; 便于从基带信号中提取定时信息; 基带传输信号具有内在的检错能力; 尽可能提高传输码型的传输效率。 以上各项原则并不是任何基带传输码型均能完全满足,通常是根据实际要求满足其中
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