光模數(shù)轉(zhuǎn)換后端數(shù)據(jù)處理算法的硬件實(shí)現(xiàn).pdf

1、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）是現(xiàn)代電子學(xué)關(guān)鍵技術(shù)之一，它將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域有著十分重要的地位，是信號(hào)采集的核心。但在電模數(shù)轉(zhuǎn)換中，由于電時(shí)鐘的抖動(dòng)水平較高，從而使得要對(duì)高速寬帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)失真的采樣就較為困難，該電子瓶頸制約了電模數(shù)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展，使其對(duì)現(xiàn)在的通信領(lǐng)域高速寬帶信號(hào)日益增長(zhǎng)的需求無(wú)法滿足。光子學(xué)技術(shù)相比于電子學(xué)技術(shù)，具有抖動(dòng)低、精度高、穩(wěn)定性高、帶寬高等特點(diǎn).電子時(shí)鐘的抖動(dòng)目前可以做到100fs左右，而超短光脈

2、沖的抖動(dòng)在如今的工藝下已經(jīng)可以達(dá)到10fs左右，提高了十倍左右，其應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的影響，可以提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的性能.利用光子學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)在光域中進(jìn)行信號(hào)處理，能夠顯著提高模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的采樣率以及有效比特位數(shù)，克服電采樣中的高時(shí)鐘抖動(dòng)，對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能的提升具有重要的意義，因此光模數(shù)轉(zhuǎn)換在將來(lái)會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。
　　光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中由于光采樣通道的不一致性，以及光采樣的非線性等，因此需要一定的算法對(duì)被采樣的信號(hào)進(jìn)行校正和恢復(fù)。光模數(shù)

3、轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由于每個(gè)通道自身的不一致性，在對(duì)各自通道信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，會(huì)有隨機(jī)誤差的產(chǎn)生，這樣的隨機(jī)誤差會(huì)導(dǎo)致采樣后的信號(hào)與原始信號(hào)具有一定的區(qū)別，有時(shí)甚至是顯著的區(qū)別，因此利用數(shù)據(jù)校正技術(shù)對(duì)各個(gè)通道的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析以及對(duì)通道特征參數(shù)的提取，來(lái)去除由于通道自身的不一致而導(dǎo)致的采樣信號(hào)的偏差，進(jìn)而根據(jù)信號(hào)相關(guān)性推導(dǎo)得出的信號(hào)重構(gòu)表達(dá)式進(jìn)行失配校正，保證了數(shù)據(jù)的有效性。本文將光模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)校正算法在FPGA上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、仿真、實(shí)現(xiàn)以及從FPGA到

4、PC端的數(shù)據(jù)傳輸及顯示，完成了整個(gè)光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中后端數(shù)據(jù)采樣、校正、傳輸以及可視化處理模塊。
　　首先，分析了導(dǎo)致光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中光采樣通道不一致性的原因，以及在光模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)據(jù)校正恢復(fù)算法對(duì)數(shù)據(jù)采樣的重要意義。討論了目前校正恢復(fù)算法的現(xiàn)狀，比較了不同算法的優(yōu)劣，并詳細(xì)闡述本文所采用的光模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)校正恢復(fù)算法的原理及優(yōu)勢(shì)。其次，描述并分析了系統(tǒng)后端框架及設(shè)計(jì)原理，闡述了算法實(shí)現(xiàn)框架，其中包括了雙通道數(shù)據(jù)校正恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)和

5、多通道數(shù)據(jù)校正恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)。分析了信號(hào)數(shù)據(jù)流的傳輸、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式以及最后的數(shù)據(jù)顯示模塊。然后，在FPGA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)校正恢復(fù)算法和傳輸邏輯的功能模塊，詳細(xì)闡述了雙通道算法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程和原理，以及多通道數(shù)據(jù)校正恢復(fù)算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。最后，搭建了FPGA通過(guò)PCI接口與PC端通信平臺(tái)，仿真驗(yàn)證數(shù)據(jù)校正恢復(fù)算法數(shù)據(jù)流的傳輸及算法的正確性，并在PC端使用JAVA SWING技術(shù)開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)的可視化模塊，提供圖形界面，對(duì)校正恢復(fù)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示