基于CPU+FPGA的临近空间信道模拟器

针对临近空间通信信道中的气象性损耗和非气象性损耗进行了理论分析,着重研究大气吸收损耗、降雨衰减和多径衰落等信道传播特性的建模方法,建立临近空间信道模型;提出了一种基于中央处理器(central processing unit,CPU)和现场可编辑门阵列(field-programmable gate array,FPGA)的临近空间信道模拟器软硬结合实现方案,并对希尔伯特变换和多普勒频移的实现方法进行分析;结合卫星导航模拟器和信号发生器产生的实际信号对信道模拟器的性能指标和统计特性进行测试;实测结果表明,信道模拟器输出信道衰落的各项统计特性符合理论结果,信道模拟器可实现分辨率和最大值分别是5 ns和5115 ns的多径相对时延以及分辨率和最大值分别是1 Hz和1.6 MHz的多普勒频移;该信道模拟器可辅助分析临近空间信道环境对信号传播的影响.     

临近空间高动态飞行器通信设计与仿真

针对临近空间高动态飞行器容易受到空间干扰影响,导致通信质量下降甚至中断的问题,详细分析了临近空间高动态传输信道所受的三种主要干扰：雨衰、多径、黑障,并进行综合建模,重点研究了黑障的衰减特性和建模方法。同时,针对该信道特征提出了一种临近空间高动态飞行器上下行通信系统模型,仿真结果表明,该通信系统模型满足临近空间高动态飞行器通信传输要求,验证了模型方案的有效性,为未来临近空间高动态飞行器通信技术提供了一个全新的理论参考。     

星载测量通信系统模拟器设计与实现

为了在地面对星载测量通信系统之间互联互通性能进行测试评估,设计了一种可替代星载测量通信系统的地面模拟器,该模拟器由收发信机,时频单元,信道仿真器以及管理控制计算机构成,收发信机采用双FPGA架构设计,支持星间信号的收发处理,在功能性能指标方面与星载设备具有良好的一致性,信道仿真器能够实现信号传输延时、多普勒以及衰落特性的实时仿真,可显著增强试验场景的真实性以及评估结论的可信性;互联互通试验过程表明,该模拟器功能齐全、性能可靠、操控简单并且易于搬运,试验结果有效验证了星间互联互通方案的可行性.     

基于DSP的话音带宽短波信道模拟器

介绍了一种基于DSP平台的话音带宽短波信道模拟器。该模拟器不仅可以模拟短波信道的主要特点,如多径传输、瑞利衰落、多普勒频移等,而且实现了对传输信号的全数字化实时处理。     

临近空间Ka波段低速飞行器通信信道建模

近年来临近空间通信平台已经成为研究的热点。针对临近空间低速飞行器构建了一种在Ka波段的信道模型。在Ka波段信道传输中,两类衰减是主要的影响因素,一类是多径衰减,一类是降雨衰减,通过统计分析的理论分别为这两类衰减建立了统计模型,多径衰落采用莱斯分布的统计建模,而采用传输信号的统计乘性干扰模型表征雨衰。通过MATLAB仿结果分析,证明建模的正确性和合理性,从而为临近空间技术提供了一种新的较为完备的理论参考模型。     

基于传输信道状态信息的四发射天线空时分组码

空时分组码是一种可在瑞利衰落信道中使用多天线传输信息的新方法。该文研究了一种在发射端已知信道状态信息条件下的四个发射天线、全分集、全速率编码方案。此方案利用了传输重量,可得到正交空时编码,且在接收端使用最大比例组合得到各输出支路的极小距离判决译码,它能取得与最大似然译码同样的性能,且译码复杂度大为降低。     

基于传输信道状态信息的四发射天线空时分组码

空时分组码是一种可在瑞利衰落信道中使用多天线传输信息的新方法.该文研究了一种在发射端已知信道状态信息条件下的四个发射天线、全分集、全速率编码方案.此方案利用了传输重量,可得到正交空时编码,且在接收端使用最大比例组合得到各输出支路的极小距离判决译码,它能取得与最大似然译码同样的性能,且译码复杂度大为降低.     

一种移动通信信道模拟器的设计与实现

介绍了一种实时模拟移动信道基本特性(如瑞利衰落、多径传播、电波传播路径损耗、多普勒频移等)的信道模拟器的研制方法,包括模拟器数学原理及其实现方案。本模拟器的衰落率在8～80Hz内可调,模拟衰落深度超过20dB,最大多径时延为10.2μs。     

空时码在Rician衰落信道下性能分析

基于Alamouti提出的BPSK调制下空时分组码在Rayleigh衰落信道中的简单分集方案。推导出多发射和多接收天线系统中正交空时分组码在Rician衰落信道的BPSK调制下的比特差错率的最小距离球界,并推广到在高阶调制下衰落信道中系统符号差错率的性能。仿真分析和比较了空时分组码的多天线系统中发射和接收天线分集增益,以及信道相关参数的变化对系统误比特性能的影响。     

基于多核FPGA的压缩文件密码破译

目前,破解WinRAR传统方法是使用CPU和GPU,而潜在的密码空间非常大,需要更高性能计算平台才能在有限的时间内找到正确的密码。因此,采用四核FPGA的硬件平台,实现高效能的WinRAR破解算法。通过在全流水架构下增加预计算和保留进位加法器结合的方法优化SHA-1算法,提升算法吞吐率;利用状态机的控制优化数据拼接,提升算法并行性;同时,采用异步时钟和多个FIFO缓存读写数据优化算法整体架构,降低算法内部的耦合度。实验结果表明,最终优化后的算法资源利用率为75%,频率达到200 MHz,4 位长度的密码破译速度为每秒102 796个,是CPU破解速度的100倍,是GPU的3.5倍。     

基于FPGA的No.7信令FISU过滤

针对CPU处理填充信号单元(FISU)存在的缺陷,分析No.7信令系统的初始定位和FISU处理过程,提出一种基于FPGA实现FISU过滤的设计方案,给出实现的原理框图、FPGA与CPU之间的通信机制和信号处理流程,使用ISE和ModelSim软件进行仿真。仿真结果表明该方案是正确、可行和有效的。     

基于FPGA的USB3.0通信架构设计与实现

针对USB设备与主机通信存在的带宽瓶颈问题,设计一款基于USB3.0协议的高速通信架构,为嵌入式设备与PC之间的USB数据高速通信提供一种可选方案。本设计采用Cypress的EZ-USB FX3芯片作为USB的外设控制器,以FPGA作为整个硬件系统的主控芯片,通过对FPGA硬件系统进行设计,对设备固件进行设计与调优,该架构支持USB 2.0/3.0接口自适应,能够实现主机、国产嵌入式CPU、SRAM之间的两两可变帧长通信,硬件传输速度达到360 MB/s,数据连续传输速度达到148 MB/s。     

基于FPGA的高性能计算中全局流水的研究

针对FPGA的全局流水进行了研究,采用CPU+FPGA的混合架构,论证了FPGA实现全局流水的优越性:使用FPGA进行全局流水可以在CPU处理过程中减少FPGA等待时间,提高FPGA的利用率;可以减少FPGA与CPU之间的通信量以及程序在CPU端的存储开销;可以均衡CPU负载,使得CPU有空闲时间处理其它任务。用N-Body的FMM算法作为例子,对优越性分别作了分析,并设计了实验方案,实验结果表明了FPGA实现全局流水的优越性。     

基于FPGA的CCSDS自适应传输系统

深空通信环境下如果选用固定速率进行信息传输,通信质量和系统效率都会受到影响。当通信环境信道质量发生变化时,实时调整通信系统的传输参数,可以保证系统的性能指标如误码率符合要求,使通信系统的效率提高。本文结合邻近空间链路通信协议的要求,以信道估计的信噪比作为衡量信道质量的标准,设计一种符合CCSDS协议标准的码速率自适应传输系统方案。该硬件实现平台以Xilinx Kintex-7 FPGA芯片为核心,实测结果表明在加性高斯白噪声情况下系统可以实时估计0 dB以上信噪比,并且能够实现码速率自适应调整。相比于固定速率传输,码速率自适应传输系统的误码率和吞吐量性能都有提升,可为深空通信系统的设计提供有益参考。     

不同仰角条件下的临近空间静止信道建模与仿真

在临近空间通信系统中,降雨、大气、闪烁等都会引起空地链路信道质量的恶化。通过分析Ka波段临近空间通信信道的电波传播特性,建立了Ka波段临近空间静止通信信道模型。分析了空地链路中仰角变化时,降雨对信号衰落的影响,估算了不同仰角下的相关参数值,并对不同仰角下Ka波段临近空间静止信道性能进行仿真,验证了模型的正确性,为临近空间链路分析及后续研究工作提供了平台。     

具备HART主站功能的模拟量采集模块设计

设计基于CPU+FPGA架构的具备快速HART主站功能的多通道模拟量采集模块;采集模块的CPU与FPGA通过PCIe总线通信;FPGA通过隔离的SPI总线控制8路模拟量采集通道,并与两路协议转换芯片通信;单个协议转换芯片实现一路SPI与四路UART的转换,与四路HART MODEM通过UART接口通信;HART信号通道与模拟量采集通道一一对应,HART信号通过耦合模块与模拟量信号在滤波模块和保护电路之间叠加;模拟量输入信号,经过通道保护电路和滤波模块后到达模拟量转换模块,进行模数转换;通过使用FPGA和协议转换芯片,实现了8个模拟量采集通道的并行采集处理,实现了HART通道串行通信的并行工作;在CPU中运行两个独立线程,各自负责一片协议转换芯片下的四路HART通信,四路HART通信以循环发送和循环接收的方式工作;并行工作的方式提高了模拟量采集的速率,减少了HART通信的等待时间,提高了HART通信的效率;模块通道之间相互隔离,降低了通道间故障相互影响的概率,提高了模块的可靠性;模块支持4~20mA电流信号和±5V、±10V电压信号采集,采集精度0.1%,电流采样电阻250欧姆,通道间隔离电压可达1000VDC。     

临近空间衰落信道建模及其性能分析

为实现对临近空间通信信道的有效描述,提出一种临近空间信道几何模型,通过估算多径信道的参数,建立相应的信道仿真模型。在正交相移键控调制方案下,对信道的相位特性和误码性能进行仿真分析,结果表明,该模型与实际情况相符。当传输速率过大时,信道性能恶化,需要做进一步均衡处理。     

改进的基于嵌入式SoC卷积神经网络识别模型

针对当前在FPGA上实现卷积神经网络模型时卷积计算消耗资源大,提高FPGA芯片性能代价较大等问题,提出一种改进的基于嵌入式SoC的优化设计方法。对卷积计算的实现方法和存储访问通道加以优化,以提高并行计算性能;将32位位宽的浮点数量化为16位定点数,加快前向传播的数据传输;结合硬件描述软件的高层次综合技术,将卷积神经网络映射到硬件平台成为一种同步数据流模型从而加快计算速度。通过实验证明,该方案较现有设计节约了89%的BRAM和72%的LUT,在工作频率为100 MHz的测试中,其处理速度比单独使用Cortex-A9的方案提升了42倍。     

临近空间UAV路径衰落的自适应Markov模型*

在分析临近空间UAV（无人机）飞行特征的基础上,根据临近空间UAV的飞行状态——发射和降落状态、航空飞行状态、飞行盘旋状态,结合临近空间的物理环境,建立了临近空间长航时UAV路径衰落的自适应Markov模型,提出了具体的理论分析过程和实现方法;给出了各个状态下动态信道的路径衰落理论计算式,最后实现了临近空间UAV自适应Markov路径衰落模型的自由空间衰落、双径衰落和多径衰落仿真,从而保证了模型的可靠性。仿真得出：在临近空间UAV的通信中,其路径衰落主要考虑自由空间衰落量和反射分量,但多径分量不容忽视。     

基于CPRI协议的FPGA高速数据传输模块设计与实现

随着通信技术不断发展,CPRI协议作为无线基站的接口规范逐步完善,可支持的数据速率不断提高。本课题基于“新一代宽带无线通信网”国家科技重大专项：TD-LTE基站基带与射频模块间接口（Ir接口）仿真与监测工具开发。本文为了测试基带设备对IQ数据的处理能力,基于FPGA实现对用户数据（IQ数据）的实时高速传输至上位机进行存储。通过比较现有高速数据传输技术,提出采用分层化,模块化的设计思想,利用FPGA实现UDP/IP协议栈,通过千兆以太网传输至上位机。通过测试验证,本模块可实现对IQ数据的实时高速传输,满足设计要求。