基于FPGA的分数间隔预测判决反馈均衡器的设计与实现

基于FPGA自适应均衡器的研究与实现的开题报告一、研究背景及意义自适应均衡器（Adaptive Equalizer）是数字通信领域中的重要技术之一，能够对接收信号的失真进行补偿，从而提高系统的抗干扰能力和传输性能。

较早期的自适应均衡器是基于DSP处理器或者纯软件实现的，但是这种实现方式存在处理速度慢、功耗较大等问题。

而基于FPGA实现自适应均衡器可以有效解决这些问题，具有处理速度快、硬件可重构、可实现并行处理等优点，因此也成为了近年来广泛应用的实现方式。

本文将会探讨如何基于FPGA实现自适应均衡器，并研究不同均衡算法的优缺点，比较它们在不同信道环境下的性能差异。

研究结果将有助于提高数字通信系统的稳定性和性能表现，对智能终端、移动通信网络等领域具有一定的应用价值和市场前景。

二、研究内容及方法1.研究内容本研究将围绕如下的研究内容展开：（1）自适应均衡器的基本原理及各种均衡算法的模型推导和性能分析。

（2）基于FPGA的自适应均衡器系统的设计和实现，包括硬件电路系统的搭建和算法模块的软件设计。

（3）针对均衡器在不同信道环境下的性能差异进行实验和数据分析，比较不同算法性能的差异。

2.研究方法本研究将采用如下方法进行：（1）文献调研和理论分析：对自适应均衡器和各种均衡算法进行综述和调研，比较它们的优缺点，找出其中适合用于FPGA实现的算法。

（2）硬件电路设计：建立自适应均衡器硬件电路，包括模拟信号采集模块、ADC模块、FPGA模块、DAC模块和模拟输出模块等。

（3）算法模块设计：在FPGA中实现各种自适应均衡算法，比较它们在不同信道环境下的性能表现。

（4）实验和数据分析：利用仿真软件和实际硬件平台，对自适应均衡器在不同信道环境下的性能进行测试和分析，比较各种算法的性能差异。

三、预期成果1.硬件电路设计和实现自适应均衡器，测试其在不同信道环境下的性能表现。

2.实现自适应均衡器中的各个算法模块，比较它们的性能差异，找出适合实际应用的算法。

基于FPGA的判决反馈均衡器的设计与实现1. 引言在移动通信和高速无线数据通信中，多径效应和信道带宽的有限性以及信道特性的不完善性导致数据传输时不可避免的产生码间干扰，成为影响通信质量的主要因素，而信道的均衡技术可以消除码间干扰和噪声，并减少误码率。

其中判决反馈均衡器（DFE）是一种非常有效且应用广泛得对付多径干扰得措施。

目前DFE 大致有以下几种实现方法：1）采用多片通用数字滤波器集成电路级联方式，但同时由与多片带来的体积和功耗的增加，在实际中运用不多。

2）采用DSP 来实现，如Motorola SC140 就是单片的可编程均衡器，采用软件来实现算法，但由于受器件功能限制，在实时性要求极高的场合中受到限制。

3）采用可编程逻辑器件实现,随着可编程逻辑器件逻辑门数量和速度的不断增加，在单片上实现系统集成已经成为可能，而且FPGA 特别适合实现可配置的判决反馈均衡器。

2．判决反馈均衡器的基本原理判决反馈均衡器（DFE）是一种非线性均衡器。

如图1 所示，由前馈部分(由FIR 滤波器组成)和反馈部分(由IIR 滤波器组成)组成，前馈部分可以抵消在时间上超前的码间干扰和在时间是滞后的码间干扰(由中心抽头的位置决定),反馈部分可以抵消在时间上滞后的码间干扰。

均衡器的输出为：式中M,N 分别为前馈滤波器和反馈滤波器的长度。

抽头系数更新采用DD_LMS(direct decision least mean square)和CMA(constant modulus algorithm)算法，CMA 是一种盲自适应算法，即不需要训练序列，可以让均衡器收敛到较。

基于FPGA的预测控制器设计摘要预测控制是随着自适应控制的研究而发展起来的一种先进的计算机控制算法，FPGA具有很强的并行运算能力，运行速度快，采用FPGA阵列处理器实现预测控制系统，能大幅提高预测控制的在线优化速度。

本文在Xilinx公司的集成开发环境ISE9.1i中，采用硬件描述语言HDL编程，调用IP核等输入方式，完成了预测控制改进算法的PPGA设计与实现。

论文首先介绍了广义预测控制算法以及改进的算法，由于算法主要涉及矩阵相关的运算需要进行大量的数据计算和处理，为了减少数据计算的复杂性，从实现算法的控制器的硬件结构上改进，因此采用FPGA阵列处理器实现预测控制系统。

针对基于FPGA 硬件实现的特点介绍了求解预测控制中逆矩阵的递推算法，设计出了预测控制的处理器阵列结构.在设计中采用层次化，模块化的思想，将整个算法划分成多个功能模块，画出了各模块的流程图。

包括系统的总体结构设计，基本的处理器单元的设计，递推求逆算法的处理器阵列设计，输出预测的处理器阵列设计，控制增量的计算，参数辨识等。

最后用Modelsim仿真软件对各模块进行了仿真，给出了仿真结果。

设计中的各模块均采用HDL通用硬件描述语言进行描述，对仿真结果进行了分析表明:采用FPGA阵列处理器实现预测控制系统，能大幅提高预测控制的在线优化速度，减小控制器面积，扩大预测控制的应用领域.关键词:预测控制算法;FPGA;处理器阵列;矩阵求逆;并行运算Design of predictive controller based on FPGAAbstractWith the development of adaptive control, predictive control is proposed. Predictive control algorithm is an advanced computer control algorithm, and based on parameter model without strict requirements to process model. FPGA system has strong parallel computing capability and higher speed in calculations. So in-line optimization speed is raised.In the thesis, based on Xilinx integrated developing environment ISE9.1i, using hardware description language as the programming language, IP core as the input, a improved predictive-control algorithm is designed and implemented using FPGA. General predictive-control algorithm and its improved format are introduced. The algorithm involves with many matrix calculation, so a lot of data computing and processing is needed. At the same time improvement from controller and hardware structure is obtained. FPGA array processor is used to implement predictive-control system.Due to the FPGA hardware implement, recurrent method for Matrix inversion in the predictive-control is briefly discussed. Predictive-control processor array structure is designed. In the design, adopting hierarchy and module method, the entire algorithm is divided into function modules, flows of function modules have been drawed. Such as overall system structure design, basic processor design, recurring matrix inversion processor array design, output prediction processor array design, control incrementcalculation, parameter identification, and so on. Every functional module is simulated using software Modelsim. The simulation result is given.HDL description language is applied in the models of design. Analyzes the results of simulation and receives some useful conclusions. So in-line optimization speed is raised and the size and cost is reduced, the application field is greatly expanded.Key words:Predictive-control algorithm; FPGA;Processor arrays; Matrix inversion; Parallel algorithm目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第 1 章绪论 (1)1.1 研究现状概述 (1)1.2 预测控制的发展和应用 (3)1.3 预测控制在新应用中面临的问题 (4)1.4 FPGA 实现预测控制器的优势 (5)1.5 主要内容 (7)第 2 章基础知识 (8)2.1 FPGA 技术 (8)2.1.1 FPGA 结构 (8)2.1.2 FPGA 特点 (11)2.2 SOPC 技术 (11)2.3 Nios II 嵌入式软核处理器 (13)2.4 FPGA/SOPC 开发工具 (14)2.5 FPGA/SOPC 开发流程 (16)第3章广义预测控制算法 (19)3.1 预测控制的特点 (19)3.1.1 预测模型 (19)3.2 改进的广义预测控制算法 (21)3.2.1 预测模型 (21)3.2.2 最小方差预报器 (22)3.2.3 预测输出 (22)3.2.4 参考轨迹 (23)3.3 矩阵分解 (23)3.4 递推求逆 (24)第4章预测控制FPGA实现的基本单元介绍 (26)4.1 乘法加法器： (26)4.2 移位寄存器： (27)4.3 A/D转换模块： (28)4.4 D/A转换模块： (30)第5章预测控制器设计方案 (32)5.1 Nios II 处理器内核 (33)5.2 JTAG UART IP 核 (35)5.3 timer IP核 (35)5.4 UART IP核 (36)5.5 SPIIP核 (36)5.6 avalon-M M Tristate总线桥IP核 (37)5.6.1 UART 串口通信 (39)5.7 系统集成及调试 (40)第6 章总结 (42)参考文献 (43)致谢 (45)第 1 章绪论预测控制又称为模型预测控制，它是 70 年代后期在工业过程控制领域中产生的一类新型计算机控制算法。

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于FPGA的奇偶分频器的设计与实现基于FPGA的奇偶分频器的设计与实现摘要分频器作为一种最基本的数字电路，广泛的应用在各种复杂的逻辑电路设计中，对于FPGA芯片来说，虽然能用自带的锁相环来产生一部分我们所需的频率，但是，用VHDL语言实现分频能从同一时钟较为方便、快捷的生成多个所需要的频率，同时能够实现信号的同步，因此，分频器的应用非常广泛。

本设计应用软件为开发平台，运用VHDL语言编程实现整数的奇偶分频的设计，在本设计中实现了0、2、4、6、8、10、12、14偶数的整数分频器设计和1、3、5、7、9、11、13、15奇数的整数分频器设计。

通过仿真结果，验证了设计的正确性。

关键词：FPGA；分频器；VHDL语言；Quartus ⅡDesign and implementation of FPGA-based parity dividerAbstractDivider as a basic digital circuits, widely used in a variety of complex logic circuit design, the FPGA chip, although able to own a part of our phase-locked loop to produce the desired frequency, but using VHDL language divide from the same clock frequency is more convenient and efficient to generate multiple needs, while able to achieve synchronization signal, and therefore, the divider is widely used.The design of application software development platform, the use of VHDL language programming odd integer divider design, the design is implemented in an even integer divider 0,2,4,6,8,10,12,14 design and 1,3,5,7,9,11,13,15 odd integer divider design. The simulation results verify the correctness of the design.Key words: FPGA; divider; VHDL language；Quartus Ⅱ目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 课题来源 (1)1.2 选题的意义和目的 (2)1.3 课题研究现状 (3)1.4 本文组织结构 (4)第二章EDA技术 (6)2.1 FPGA技术 (6)2.2 Quartus Ⅱ软件简介 (7)2.3 VHDL语言 (8)2.3.1 VHDL简介 (8)2.3.2 VHDL特点 (9)2.3.3 VHDL组成 (10)第三章奇偶分频器设计与仿真 (12)3.1 偶数分频 (12)3.1.1 原理分析 (12)3.1.2 设计与仿真 (12)3.2 奇数分频 (17)3.2.1 原理分析 (17)3.2.2 设计与仿真 (18)第四章系统设计 (23)4.1 设计的任务 (23)4.2 系统设计 (23)4.3 其余模块设计 (27)4.3.1 encoder_12模块 (27)4.3.2 mux21模块 (29)4.3.3 数码管显示驱动模块 (30)第五章下载与测试 (35)5.1 BTYG-EDA实验概述 (35)5.2 BTYG-EDA实验开发系统特点 (35)5.3 引脚分配 (35)5.4 验证 (36)第六章结论与展望 (37)6.1 结论 (37)6.2 展望 (37)参考文献 (39)致谢 (40)第一章绪论1.1 课题来源分频器作为数字系统设计中一类重要的电子电路，在数字电路的迅速发展历程中，通常要运用分频器来实现设计中希望获取的时钟频率。

基于FPGA的分数阶PIλDμ控制器设计与实现郭来功;戴广龙;李桂阳;庞帅【期刊名称】《测控技术》【年(卷),期】2018(037)001【摘要】针对分数阶PIλDμ控制器求解公式复杂、计算耗时和占用资源量大等问题,提出一种改进的计算分数阶PIλDμ控制器实现方法.首先将PIλDμ控制器的传递函数离散化,以矩阵相乘的形式表示,然后采用有限状态机和查找表相结合的方式,实现传递函数系数矩阵的计算.根据分数阶PIλDμ控制器硬件架构图编写代码在FPGA中实现,并用ModelSim仿真平台仿真的结果与Matlab计算的结果对比,并应用该方法试验控制电机.结果表明,采用该方法能够实现简化计算公式、缩短计算时间和节约资源,且相对误差小于0.3％.实际测试结果表明该方法可有效、快速地实现对电机速度的控制.【总页数】5页(P64-68)【作者】郭来功;戴广龙;李桂阳;庞帅【作者单位】安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232001;安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南232001;安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TP273.4【相关文献】1.基于神经网络的分数阶PIα控制器的设计与实现 [J], 赵慧敏;李文;邓武2.分数阶PIλDμ控制器的设计与实现 [J], 葛化敏;周杏鹏;李宏胜3.基于可调分数阶PIλDμ的无刷直流电动机转速控制器设计 [J], 唐鉴;丁跃浇;陈曦4.基于卡尔曼滤波器的分数阶PIλDμ控制器 [J], 蔡元宵;王芸芳5.基于卡尔曼滤波器的分数阶PIλDμ控制器 [J], 蔡元宵;王芸芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于FPGA的判决反馈均衡器的设计与实现
徐迎刚;陈伟;黄秋元;王滨
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2006(022)032
【摘要】本文简述了判决反馈均衡器的基本原理和实现方式,为满足实现均衡器的可配置需要,专门针对判决反馈均衡器的复杂结构,提出一种采用自下而上的模块化设计方法,对系统的各个模块设计都进行了详尽的分析,并讨论了需要注意的要点.【总页数】3页(P204-205,249)
【作者】徐迎刚;陈伟;黄秋元;王滨
【作者单位】430070,武汉市武汉理工大学;430070,武汉市武汉理工大学;430070,武汉市武汉理工大学;430070,武汉市武汉理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN94
【相关文献】
1.一种基于FPGA的判决反馈均衡器 [J], 韦照川;李德明;孙希延;欧阳宁
2.基于FPGA的分数间隔预测判决反馈均衡器的设计与实现 [J], 霍亚娟;葛临东;王彬
3.基于FPGA的判决反馈均衡器的实现 [J], 王洪强
4.基于FPGA的判决反馈均衡器的设计与实现 [J], 徐迎刚;陈伟;黄秋元;王滨
5.一种新的基于FPGA实现的判决反馈均衡器结构 [J], 何伟;韩建;张玲
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