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数字信号处理论文范例(精心编辑6篇)

作者:原创论文网 时间:2017-10-26 10:02 加入收藏
  近年来,随着多媒体业务、P2P网络和IP流媒体业务(特别是IPTV)快速发展,对宽带通信的需求剧增,超带宽业务正在推动全球运营商向下一代光传送技术演进。传统的光纤传输系统中使用的强度调制/直接检测已经越来越不能满足未来超大距离超大容量数据传输的需求。具有高频谱效率的相干光通信技术开始引起人们的广泛关注。下面我们来看几篇数字信号处理论文,学习一下该方面的知识。

数字信号处理论文范例图片
 
  第一篇(1)

  题目:数字信号处理对电子测量与仪器的影响研究

  
  摘要:数字信号处理作为科技研究中出现的一种新的技术,其目前已经在控制类、机电类以及计算机领域中被广泛的运用。而这种技术和电子测量以及其仪器之间有着很紧密的联系。本文对这三个主体的相关概念进行阐述,在此基础上对数字信号处理对电子测量以及其仪器的相关影响进行了详细的阐述。
  关键词:数字信号处理;电子测量;电子仪器
  在对信号进行处理的时候,数字信号处理是其中关键的内容,其也是信息处理进行实现的关键途径。而在这其中,电子测量是对信息进行收集的主要方式,电子测量仪器是对信息进行收集的仪器,所以电子测量以及仪器是为数字信号处理进行服务的。把数字信号处理中的相关技术与理念运用到电子测量和仪器中,能够更好的促使电子测量以及其仪器的发展。以下是我们整理的数字信号处理论文,供你借鉴参考。
  
  一、电子测量以及相关仪器的概念
  
  (一)电子测量相关的概念测量即是指人类对客观世界进行分析以及获取相关数据的过程。

  
  电子测量则是指对信号的特征以及其参数,还有对系统特征以及参数进行测量。在这个过程中把电子科学作为基础指导,使用电子技术的方式以及相关设备,从而达到测量的目的。在信号中的内容包含了很多方面,人们对信号的印象就是电信号,其实在信号中还包含了光、机械以及生物等等多方面内容。因此,电子测量在全部的学科以及领域中都是可以进行的。
  
  (二)电子测量仪器相关的概念电子仪器是进行电子测量时使用的工具。
  
  在通常情况下,电子仪器要包含以下三个方面的内容:其一是对于测量要具备放大、减弱以及滤波等相关的预处理能力;其二是能够实现被测量转换成为方便测量的标准电信号能力;其三是能够对测量的结果进行显示的能力。除此之外,依据不同的标准,能够把电子测量仪器分成各种类别。目前比较常见的是测量信号特征和参数的仪器以及测量系统特点与参数的仪器。在前者中运用的仪器有时域、频域以及随机测量仪等等。而在后者中主要运用到的是各种激励信号源以及多种特性的参数测量仪器等等。
  
  二、数字信号处理对电子测量与仪器的相关影响
  
  (一)数字信号处理提升信号源性能

  
  信号源是发生器中电子测量中的一种关键的测量仪器,目前频率合成技术是高质量信号源中广泛运用的一种技术。除此之外,滤波是数字信号处理中的关键内容。晶振通常性只可以提供其自身具备的特定频率,不过在有些时候的实际操作中可以提供能够变化的频率,因此就导致了晶振存在的特点逐渐显露出来。而合成信号源能够有效的解决这个问题,并且还能够和基准的频率保持在同个水平上,这样也就提升了信号源的性能。
  
  (二)数字信号处理提升示波器性能
  
  示波器在最初的定性测量上发展成为了目前的精密定量测量电子仪器,并且逐渐的数字化以及半智能化。示波器有很多种,其中具体包含了处理数字储存示波器,多处理数字储存示波器以及模拟和数字混合示波器等等。不过不管是哪种示波器,对其性能进行明确的都是使用的技术水平,技术和理论知识相辅相成共同发展。理论知识是技术的指导,而技术在实践中让理论能够被证实。数字化相关的采样技术让示波器性能有了很大的提升,并且示波器的发展也让采样技术有了相应的提高。
  数字存储示波器在进行信号采集是需要遵守奈奎斯特采样相关的理论,因此对一个示波器而言具有相关的采样率,在波形显示时要适应显示的要求,能够经过改变扫描办法对采样速率进行改变。不过在实际使用过程中存在着一些难度,其中依旧有一些问题。比如对于低频信号就会有采样点冗余的现象,采样点冗余会让储存成本增加。
  不过对一些高频信号而言就会有波形失真的现象,这是因为采样点太少。在对这些问题数字信号的处理中,抽取和内插技术能够对数字储存示波器中存在的问题进行解决。峰值点标定和防治混叠失真的抽取器均是数字储存示波器专门进行抽取的。除此之外,对内插技术方面也有很多,经常见的有正弦内插以及线性内插等等。由于只有在发出信号之后会有扫描锯齿波,因此模拟示波器只能够检测到其出发点之后的信号波形,被观察到的信号在数字储存示波器中经常是先储存在采样储存器内,然后再依据实际中相关的需要把采样储存器中的特定信号波形发送到显示窗口并且显示出来,从而就能够对出发点的位置进行改变,这就是正延迟以及负延长触发。之后就能够对任何位置的波形进行观测,若所要观测触发点之前的波形就运用负延迟触发,若是要观测触发点以后的波形就要运用延迟触发的方式。
  
  (三)数字信号处理提升频谱分析仪性能
  

  在对信号中的各个频率的成分进行分析的时候,就要运用到频谱分析仪,其是在频域测量中十分关键的仪器,不但测量的范围广并且其测量的幅度也很大,所以被称之为射频万用表。把数字滤波技术和离散傅里叶算法等相关的数字信号处理技术运用到频谱分析仪器中,促使其能够朝着数字化的方向发展,目前已经在这个领域中获取了很大的成绩。
  和模拟式频谱分析仪相较,快速傅里叶变换式的分析仪能够进行实施的检测与分析,不过在实际运用过程中经常会因为模数转换的制约,因此工作的频段比较低。要想频段不会遭到制约以及实施测量,则就能够运用模拟和数字相融合的频谱分析仪,这种分析仪有着很高的性能。所以,数字信号处理技术在一定程度上提升了频谱分析仪的相关性能。
  
  结束语:
  
  综上所述,测量是我们生活中常见的活动,电子测量是测量中的高级手段,电子测量是对高级测量进行体现的设备。数字信号是目前的一种新兴学科,在技术不断发展中已经有了十分健全的教学系统以及相关理论知识。而在电子测量和仪器以及其仪器的相互融合运用之下,其能够对信号源、示波器以及频谱器分析仪相关的性能进行提升,进而提高了测量工作的效率。
  
  参考文献:
  
  [1]石冬青,李俊明。浅谈数字信号处理对电子测量与仪器的影响[J].中国科技投资,.2016(15)。
  [2]谭庆龙。浅析数字信号处理对电子测量与仪器的影响[J].电子测试,2016(11):45-46.
  [3]宋飞,男,198104,陕西西安,西安航空学院,陕西西安,710077,通信系统、数字信号处理,硕士

  第一篇(2)

  题目:FPGA在数字信号处理中的应用

  摘要:数字信号处理技术的应用必须依赖于一定的算法, 并且在复杂应用场合中往往会采用较复杂的算法, 这对数字信号处理芯片的性能和资源提出了越来越高的要求。笔者首先介绍了数字信息处理的基本理论, FPGA的基本原理、技术特点及应用思路, 并以数字信号处理领域中广泛应用的FFT算法为例, 对FPGA在数字信号处理中的应用进行了详细的分析, 为相关领域的研究提供有价值的参考。

  关键词:DSP; FPGA; VHDL; FFT;

  Application of FPGA in Digital Signal Processing

  Liang Shuai

  The 20th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation

  Abstract:

  The application of digital signal processing technology must rely on a certain algorithm, and in complex applications often use more complex algorithms, which put higher and higher requirements on the performance and resources of digital signal processing chips. The author first introduces the basic theory of digital information processing, the basic principle, technical features and application ideas of FPGA, and takes the FFT algorithm widely used in the digital signal processing field as an example, and analyzes the application of FPGA in the digital signal processing in detail, and provides valuable reference for the research of the related domain.

  Keyword:DSP; FPGA; VHDL; FFT;

  1 前言

  数字信号处理是20世纪60年发展起来的, 在信息技术的发展背景下迅速成为了一门新兴的学科。到目前为止, 各类系统对数字信号处理的要求越来越高, 传统的通用DSP芯片逐渐不能满足应用需求。在这样的背景下, FPGA芯片在市场的驱动下得到了迅速的发展, 并迅速占领了数字信号处理领域的大部分市场。

  2 基于VHDL语言的数字集成系统

  VHDL语言的日趋成熟, 使得数字集成电子系统朝着更高层次的方向发展, VHDL不但可以描述整个电子系统, 也可以详细设计某一个模块, 还能将不同的模块通过编程语言集成在一起。从层次上看, 数字系统设计可以分为系统级、算法级、寄存器变换级、逻辑门级、电路级和物理级, 为VHDL的应用提供了全方位多层次的应用空间[1]。

  2.1 自顶向下的设计方法

  自底向上的设计方法曾经在电子系统设计中占据了主导地位, 但随着电路的复杂化, 这种设计方法已不适用于越来越庞大的多层次系统设计。于是自顶向下的设计思想逐步发展起来。以FPGA为代表的可维和逻辑器件就是这种设计方法的核心硬件基础, 为自顶向下的设计提供了可能。自顶向下的设计思想要求设计者首先完成对系统的整体功能描述, 给出系统功能方框图和总体结构, 然后即可从方框图一级开始进行仿真和验证, 通过VHDL实现各层次的功能描述, 再通过开发得到网络表。显然, 自顶向下的设计方法需要从高层开始仿真, 这对于提前发现系统的重大缺陷是有极大好处的, 大大降低了设计人员的劳动强度, 提高了设计的一次成功率, 这是电子系统设计方法的一次革命性进步[2]。

  2.2 数字系统的高层次综合

  在数字系统的设计中, 高层次综合一般是寄存器传输级以及行为级综合方法。采用第一种综合方法设计数字系统时, 开发人员必须通过高级语言准确描述算法, 再由硬件开发人员将其转化为硬件描述语言, 从而完成了行为级硬件描述, 在此基础上, 继续向寄存器传输级进行转化, 即可完成寄存器传输级的高层次综合。但是, 这种综合方法也存在着速度慢、描述灵活性差、性能与算法兼容性差等缺点;行为综合需要借助于EDA等现代化电子设计工具, 从系统行为的角度进行设计, 从而得到寄存器传输级描述。行为综合方法的优势在于可以采用先进的综合工具来解放开发人员的双手, 实现对行为级代码的自动化设计。

  3 基于FPGA的数字信号处理算法实现

  3.1 数字信号处理系统的结构

  数字信号处理具有数据量大、数据结构固定、运算过程复杂等特点, 因此, 往往采用单指令多数据流的计算模式, 使用相同的程序代码反复对大量的数据进行运算。数字信号处理系统最突出的特征是实时性强, 能够同时接收与计算数据, 整个过程流水化执行。不同的算法复杂度和输入数据量, 对DSP芯片的性能要求是截然不同的。从数据流控制的角度来看, 实现高速实时信号处理主要有流水、处理、并行处理、阵列结构和RISC结构四种方案。硬件的选型上, 则主要依据高速器件、专用芯片、超并行阵列、可编程器件及其他先进的EDA技术。因此, 现代信号处理系统的重要发展方向是高速运算、实时处理、吞吐量大, 而FPGA的出现正是为了满足这些需求而诞生的, 因而被广泛应用于数字信号处理领域。

  3.2 基于FPGA的FFT算法实现

  到目前为止, 已有许多实用技术可以处理数字信号, 并且在不同的领域都有一定的应用市场。但是从性能上看, 单片机和DSP等信号处理单元虽然广泛应用于数字信号处理, 但其速度与快速AJD等芯片相比仍有较大差距。在绝大多数应用领域中, 处理速度都是系统最重要的性能, 这对于通用DSP芯片而言是很难实现的。因此, 最优的解决方案是采用可编程逻辑器件进行算法编程, 在硬件阵列的基础上采用并行处理技术实现数字信号的快速实时处理。

  考虑到傅里叶变换在数字信号处理中具有核心地位, 为了阐明FPGA在高速实时数字信号处理方面的应用, 本文以快速傅里叶变换FFT算法为例, 对其实现原理和基本思路进行详细分析。

  采用FPGA实现FFT算法的关键技术要点在于蝶形处理单元的设计, 本文仅针对常规的基2FFT算法进行设计, 硬件平台为Altera公司FLEXl OK仿真器件。该器件的结构体系设计非常适用于高速实时的数字信号处理, 具有很高的性能, 这主要得益于其内部集成的强大内核、带宽及高速I/O等硬件资源。该FPGA芯片内部可以实现超快速的乘法运算, 这正是FFT算法所需要的性能。在实现过程中, 可以通过VHDL编程调用高速DSP乘法运算单元, 构成蝶形运算结构, 再把多个这样的蝶形单元共同组成FFT运算级, 反复迭代就完成FFT算法的并行化计算。算法性能可以通过MAXPLUSII软件进行分析, 通过相应的逻辑分析和波形分析得到算法的各项性能参数。

  3.3 FFT处理器的实现

  根据傅立叶变换的基本原理, 可以分为基2、基4、基8等, 基数越大, 占用系统资源越多, 但速度也会越快。通常情况下都选择采用基2进行分解, 以实现资源与处理速度的合理分配。

  在该算法中, 运算模块可以采用基2/4/8/16的分解形式, 也可能采用不同分解之间的组合, 由于计算过程中需要使用到大量的旋转因子, 因此, 必须设置相应的ROM存储器进行缓存。算法执行过程中的所有控制信号均由控制模块提供, 存储器1是待计算数据的缓冲器, 而存储器2则用于中间结果的暂存。在控制器的协调下, 各种地址信号、使能信号、中间数据有序工作, 最后输出计算结果及其对应指示标志。进一步说, 外部数据源源不断地注入存储器1中, 当收到启动信号后, 控制模块发出运算指令, 调动各硬件单元开始处理数据。控制模块根据数据量在存储器1中读出N点原始数据, 同时, 查询出ROM中的相应旋转因子, 然后一起输入运算模块进行蝶形运算, 并把中间计算结果暂存在存储器2中, 当接收到下一个启动信号后, 将计算结果输出, 即完成了一次FFT运算。反复执行该算法流程, 即可实现高速实时的FFT计算。

  4 结语

  随着电子技术的进步, 电子芯片的集成度越来越高, FPGA的性能也在不断地进步, 功耗进一步下降、体积更轻、开发周期不断缩短、用户使用更加灵活, 还能实现反复编程, 提高了利用率。FPGA比普通DSP芯片具有更强的灵活性, 性能也更好, 在很多应用场合已完全替代了通用DSP芯片。随着可编程器件生产技术的进一步提高, 采用FPGA实现各种复杂的算法将成为可能。在未来的几十年内, FPGA在数字信号处理领域将有更广阔的应用前景。

  参考文献
  [1]王韩, 孙红胜, 陈昌明.基于TS201与FPGA的数字信号处理系统设计[J].现代电子技术, 2016 (5) :78-80.
  [2]彭宇, 姜红兰, 杨智明, 等.基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计[J].国外电子测量技术, 2013, 32 (1) :17-21.

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