【正文】 (DPSK)等。脈沖調制有脈幅調制 (PAM)、脈寬調制（ PDM）、脈頻調制（ PFM）、脈位調制 (PPM)、脈碼調制 (PCM)和增量調制（Δ M）。 3 一般 調制信號是 指 離散的，而載波是連續(xù)波的調制方式。它有四種基本形式：振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控和差分移相鍵控 。 振幅鍵控 (ASK)：用數(shù)字調制信號控制載波的通斷。如在二進制中 ,發(fā) 0 時不發(fā)送載波 ,發(fā) 1 時發(fā)送載波。有時也把代表多個符號的多電平振幅調制 稱為振幅鍵控。振幅鍵控實現(xiàn)簡單，但抗干擾能力差。 移頻鍵控 (FSK)：用數(shù)字調制信號的正負控制載波的頻率。當數(shù)字信號的振幅為正時載波頻率為 f1，當數(shù)字信號的振幅為負時載波頻率為 f2。有時也把代表兩個以上符號的多進制頻率調制稱為移頻鍵控。移頻鍵控能區(qū)分通路，但抗干擾能力不如移相鍵控和差分移相鍵控 。 移相鍵控 (PSK)：用數(shù)字調制信號的正負控制載波的相位。當數(shù)字信號的振幅為正時，載波起始相位取 0；當數(shù)字信號的振幅為負時 ,載波起始相位取 180176。有時也把代表兩個以上符號的多相制相位調制稱為移相鍵控。移相鍵控抗干擾能力強，但在解調時需要有一個正確的參考相位，即需要相干解調 。差分移相鍵控 (DPSK)：利用調制信號前后碼元之間載波相對相位的變 化來傳遞信息。 為了使數(shù)字信號在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對數(shù)字信號進行載波調制。數(shù)字調制是調制信號為數(shù)字型的正弦波調制，而模擬調制則是調制信號為連續(xù)型的正弦波調制。在數(shù)字通信的三種調制方式（ ASK、 FSK、 PSK)中，就頻帶利用率和 抗噪聲 性能（或功率利用率）兩個方面來看，一般而言，都是 PSK 系統(tǒng)最佳。所以 PSK在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用 [6]。 對移動通信的數(shù)字調制技術的要求如下： (1) 在 信道 衰落條件下，誤碼率要盡可能低； (2) 發(fā)射 頻譜 窄，對相鄰信道干擾??； (3) 高效 率的 解調 ，以降低 移動臺 功耗，進一步縮小體積和成本； (4) 能提供較高的傳輸速率； (6) 易于集成。 調制技術的最終目的就是使得調制以后的信號對干擾有較強的抵抗作用，同時對相鄰的信道信號干擾較小，解調方便且 易于集成 [7]。 1 總體設計 4 設計方案 軟件無線電是無線電系統(tǒng)從模擬到數(shù)字再向前發(fā)展的新階段。其目標是在可編程的硬件平臺上通過注入不同的軟件，實現(xiàn)對工作頻段、調制解調方式、信道多址方式等無線功能的改變。在軟件無線電的研究過程中，調制解調技術是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分。 目前對于軟件無線電調制技術的實現(xiàn)多是采用具有調制功能的專用芯片（其中應用較為廣泛的是 AD 公司的 AD985X 系列）或是采用可編程器件結合專用芯片方法實現(xiàn)。然而在某些場合，調制方式和控制方式會與系統(tǒng)的要求差距很大。因而，完全 采用高性能的 FPGA 器件設計出符合要求的調制電路就是一個很好的解決方法，此方法提供了一個良好的數(shù)字無線通訊系統(tǒng)的驗證環(huán)境，可將多種調制算法在實驗平臺上實現(xiàn)，并通過平臺提供的基本控制對系統(tǒng)進行驗證仿真。并且用這種軟件化硬件的設計方法，可以產(chǎn)生多種模式的數(shù)字調試方式，具有集成度高、易于升級等 優(yōu)點 [8]。 本設計是基于 DDS（直接數(shù)字頻率合成）的技術原理， 是一種新型的頻率合成技術 。 DDS 與傳統(tǒng)的頻率合成技術相比，具有頻率穩(wěn)定度高，頻率轉換速度快，輸出相對帶寬寬，頻率分辨率高等特點，將 DDS 的這些功能應用于軟件無線 電中，可以部分降低 CPU 的處理負擔，使整個系統(tǒng)的性能達到較好的程度。這次 采用 的是 Altera公司推出的在 FPGA 上進行 DSP 開發(fā)的開發(fā)工具 DSP Builder 軟件，設計了一種適合與軟件無線電使用的可調中頻數(shù)字調制器，實現(xiàn) ASK、 FSK 兩種調制方式， 將 Matlab構建的 ASK、 FSK 調制器的數(shù)學模型轉換為現(xiàn)實的電路。 并通過 FPGA 芯片進行系統(tǒng)驗證。 DSP Builder 是 Altera 公司推出的一個面向 DSP 開發(fā)的系統(tǒng)級工具，它提供了Quartus II 軟件和 Matlab/Simulink 工具之間的接口。 DSP Builder 允許系統(tǒng)、算法和硬件設計去 共享一個通用 的開發(fā)平臺 。根據(jù) DDS 基 本原理，基于Matlab/Simulink/Altera DSP Builder 建立適合軟件無線電應用的中頻調制器模型[\9]。 基本原理 5 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字基帶信號通常要經(jīng)過數(shù)字調制后再傳輸。常見的調制方式有 幅移鍵控（ ASK）、 頻移鍵控（ FSK）等。 幅移鍵控又稱為振幅鍵控， 記為 ASK。也有稱為 開 關鍵控（ 通斷鍵控）的，所以又記作 OOK 信號。 ASK 是一種相對簡單的調制方式。幅移鍵控（ ASK）相當于模擬信號中的調幅 ，只不過與載頻信號相乘的是二進制數(shù)碼而已。幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，信息比特是通過載波的幅度來傳遞的。二進制振幅鍵控（ 2ASK）， 由于調制信號只有 0 或 1 兩個電平，相乘的結果相當于將載頻或者關斷，或者接通，它的實際意義是當調制的數(shù)字信號為“ 1”時，傳輸載波；當調制的數(shù)字信號為“ 0”時，不傳輸載波。一般載波信號用余弦信號，而調制信號是把數(shù)字序列轉換成單極性的基帶矩形脈沖序列，而這個通斷鍵控的作用就是把這個輸出與載波相乘，就可以把頻譜搬移到載波頻率附近。 數(shù)字信號對載波頻率調制稱為頻移鍵控 即 FSK。 頻移鍵控就 是 用不同頻率的載波來傳送數(shù)字信號，用數(shù)字基帶信號控制載波信號的頻率。 是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式 。 二進制頻移鍵控是用兩個不同頻率的載波來代表數(shù)字信號的兩種電平。接收端收到不同的載波信號再進行逆變換成為數(shù)字信號，完成信息傳輸過程。它的主要優(yōu)點是 : 實現(xiàn)起來較容易 ,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用。它是利用基帶數(shù)字信號離散取值特點去鍵控載波頻率以傳遞信息的一種數(shù)字調制技術。 數(shù)字基帶信號的功率譜從零頻開始而且集中在低頻段，因此只適合在低通型信道中傳輸。但常 見的實際信道是帶通型的，因此必須用數(shù)字基帶信號對載波進行調制，是基帶信號的功率譜搬移到較高的載波頻率上，才可以在信道中進行傳輸 [10]。 具體實現(xiàn) ASK 的調制的實現(xiàn) 產(chǎn)生二進制振幅鍵控信號的方法 ，主要有兩種：乘法器和鍵控法。 (1) 乘法器 乘法器實現(xiàn)法的輸入是隨機信息序列，經(jīng)過基帶信號形成器，產(chǎn)生波形序列，乘法器用來進行頻譜搬移，相乘后的信號通過帶通濾波器濾除高頻諧波和低頻干擾。帶通濾波器的輸出是振幅鍵控信號 。 乘法器常采用環(huán)形調制器。 6 (2) 鍵控法 鍵控法是產(chǎn)生 ASK 信號 的另一種方法。二元制 ASK 又稱為通斷控制（ OOK）。最典型的實現(xiàn)方法是用一個電鍵來控制載波振蕩器的輸出而獲得 ，如圖 11。 )( tu AS K 圖 11 鍵控法 為適應自動發(fā)送高速數(shù)據(jù)的要求，鍵控法中的電鍵可以利用各種形式的受基帶信號控制的電子開關來實現(xiàn)，代替電鍵產(chǎn)生 ASK 信號， 圖 12 所示就是以數(shù)字電路實現(xiàn)鍵控產(chǎn)生 ASK 信號的實例。該電路是用基帶信號控制與非門的開閉，實現(xiàn) ASK調制，產(chǎn)生 uask(t)信號 [11]。 圖 12 數(shù)字電路實現(xiàn)鍵控產(chǎn)生 ASK 信號 FSK 的調制的實現(xiàn) FSK 信號的產(chǎn)生有兩種方法： 直接 調頻法和 頻率鍵控法。 (1) 直接調頻法 直接調頻法是用數(shù)字基帶信號直接控制載頻振蕩器的振蕩頻率。 直接調頻法實現(xiàn)電路有許多，一般采用的控制方法是：當基帶信號為正時（相當于 “1” 碼），改變振蕩器諧振回路的參數(shù)（電容或者電感數(shù)值），使振蕩器的振蕩頻率提高（設為 f1）；當基帶信號為負時（相當于 “0” 碼），改變振蕩器諧振回路的參數(shù)（電容或者電感數(shù)值），使振蕩器的振蕩頻率降低（設為 f2）；從而實現(xiàn)了調頻，這種方法產(chǎn)生的調頻信號是相位連續(xù)的。 雖然實現(xiàn)方法簡單，但頻率穩(wěn)定度不高，同時頻率轉換速度不能做得太快。 (2) 頻率鍵控法 7 頻率鍵控法也稱頻率選擇法， 圖 13 是它實現(xiàn)的原理框圖。它有兩個獨立的振蕩器，數(shù)字基帶信號控制轉換開關，選擇不同頻率的高頻振蕩信號實現(xiàn) FSK 調制。 圖 13 頻率鍵控法 鍵控法產(chǎn)生的 FSK 信號頻率穩(wěn)定度可以做得很高并且沒有過渡頻率，它的轉換速度快，波形好。 頻率鍵控法在轉換開關發(fā)生轉換的瞬間，兩個高頻振蕩的輸出電壓通常不可能相等，于是 uFSK（ t）信號在基帶信息變換時電壓會發(fā)生跳變，這種現(xiàn)象也稱為相位不連續(xù)，這是頻率鍵控特有的情況 。 圖 14 是利用兩個獨立分頻器，以頻率鍵控法來實現(xiàn) FSK 調制的原理電路圖。 在 圖 14 中，與非門 3 和 4 起到了轉換開關的作用。當數(shù)字基帶信號為 “1”時，與非門 4 打開， f1輸出，當數(shù)字基帶信號為 “0” 時，與非門 3 打開， f2輸出，從而實現(xiàn)了 FSK 調制 [12]。 圖 14 頻率鍵控法實現(xiàn) FSK 調制 鍵控法也常常利用數(shù)字基帶信號去控制可變分頻器的分頻比來改變輸出載波頻率，從而實現(xiàn) FSK 調制。 圖 15 是一個 11／ 13 可控分頻器原理圖。 ~ 1 f ~ 2 f ) ( t u FSK 基帶 信號 8 圖 15 分頻器 當數(shù)字基帶信號為 “1” 時，第四級雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的 反饋脈沖被加到第一級和第二級雙穩(wěn)態(tài)電路上，此時分頻比為 13；當基帶信號為 “0” 時，第四級雙穩(wěn)態(tài)電路輸出的反饋脈沖被加到第一級和第三級雙穩(wěn)態(tài)電路上，分頻比變?yōu)? 11。由于分頻比改變，使輸出信號頻率變化，從而實現(xiàn) FSK 調制。采用可 分頻器產(chǎn)生的 FSK 信號相位通常是連續(xù)的，因此在基帶信息變化時， FSK 信號會出現(xiàn)過渡頻率。為減小過渡時間，可變分頻器應工作于較高的頻率，而在可變分頻器后再插入固定分頻器，使輸出頻率滿足 FSK 信號要求的頻率。 2 硬件設計 本實驗主要是在 ZY11SOPC23BB 實驗平臺 上操作的。 SOPC 技術只有通過大量的實戰(zhàn)與實踐才能很好并快速地掌握， 本實驗是 SOPC 硬件系統(tǒng)的基礎實驗，目的是讓 9 我們 通過這些實驗掌握 SOPC 開發(fā)的基本流程，熟悉使用 QuartusII、 SOPC Builder并 進行應用程序開發(fā) [13]。 實驗平臺主板組成 (1) 電源模塊 (2) 下載接口 模塊 (3) 液晶顯示模塊 (4) 按鍵 模塊 (5) I/O 配置芯片 (6) VGA、 PS2 接口模塊 (7) 核心功能模塊 各功能模塊介紹 電源模塊 電 源模塊提供了豐富的直流電源。 將 5V 直流電源插在開發(fā)平臺的電源接口上，打開電源開關， 為系統(tǒng)提供 +5V 直流電源。 在主板上同時用兩塊電源轉換芯片將 +5V電源轉換為 與 分別為其它器件供電。 下載接口模塊 該模塊為 Altera 的 CPLD/FPGA 器件的下載電路模塊， 該下載電路為ByteBlasterII 的形式，因此還能夠對 AS 方式的配置芯片 EPCSx 進行下載。 連線 /下載方法：將 25 針下載電纜線一端插入 LPT1（打印機口即并行口），另一端連接到下載器 的接口 ； 再 將下載器 十針連接線插入 下載接口 模 塊 （ JTAG 共有兩個，分別是為 I/O 復用配置 CPLD 下載用和為核心 FPGA 下載配置用） ，然后通過 PC 機軟件 即可進行 JTAG 形式的 下載配置 ；如果需要進行 AS 模塊的下載，需將下載器的 十針連接線 連接 AS 下載接口（ AS） 。 十針 連接插座引腳如 圖 21 所示： 定義引腳順序為 從下到上，從左到右 。 21 液晶顯示電路 液晶顯示模塊 10 該模塊為基于 KS0108 控制器的 128 64 圖形點陣液晶屏，它采用的是動態(tài)驅動原理，由行驅動控制器和列驅動控制器兩部分組成 128（列） 64（行）的全點陣液晶驅動顯示 。如圖 22 所示： 圖 22 液晶顯示電路 按鍵模塊 該模塊有 5 個按鍵，共分配了 5 個 I/O 端口， K1～ K5 均是復位式按鍵。 如圖 23所示： 圖 23 按鍵模塊 I/O 配置芯片 用于將 接口模塊以及音頻模塊的管腳復用。 如圖 24 所示： 11 圖 24 I/O 單元結構圖 VGA、 PS2 接口模塊 如下圖 25 所示該模塊可完成 VGA 接口、 PS/2 接口相關設計： 圖 25 VGA、 PS2 接口模塊 核心功能模塊介紹 主板模塊中其核心芯片采 用 Altera 公司 cyclone 系列的 EP1C12Q240C8（ 12060個 LE）， flash 存儲器為 AM29LV065DU（ 8M 8bit）， SRAM 為 CY7C1041CV33（ 256K16bit），