【正文】 路。噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。在無(wú)線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。因而，根據(jù)所傳遞消息的不同，目前通信業(yè)務(wù)可分為電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸即可視電話等。并給出了MAX+PLUSII環(huán)境下的仿真結(jié)果與Systemview的仿真結(jié)果。隨著技術(shù)的發(fā)展又演變出多種多樣的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。在數(shù)寧信號(hào)的頻帶傳輸中，最重要的技術(shù)就是調(diào)制解調(diào)技術(shù)。隨著大規(guī)模可編程邏輯器件的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)入“片上可編程系統(tǒng)(SOPC)”的新紀(jì)元，越來(lái)越多的新型FPGA內(nèi)嵌CPU或者DSP內(nèi)核，支持軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)；芯片朝著高密度、低壓、低功耗方向挺進(jìn)；國(guó)際各大公司都在積極擴(kuò)充其IP庫(kù)，以優(yōu)化的資源更好地滿足用戶的需求，擴(kuò)大市場(chǎng)。FPGA的結(jié)構(gòu)一般分為三部分：可編程邏輯塊、可編程I/O模塊和可編程內(nèi)部連線，現(xiàn)場(chǎng)可編程是指用戶在自己的工作室內(nèi)編程。FPGA允許電路設(shè)計(jì)者利用基于計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)輸入、仿真、測(cè)試和校驗(yàn)，直到達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。 20世紀(jì)90年代以來(lái)，微電子技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，其工藝水平達(dá)到深亞微米級(jí)，在一個(gè)芯片上可集成數(shù)百萬(wàn)乃至上千萬(wàn)只晶體管。該方法適合高碼率數(shù)字信號(hào)的傳輸，但系統(tǒng)的開(kāi)放性和靈活性較差。解調(diào)單元的載波同步和定時(shí)同步將完全在數(shù)字部分完成，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位置決定了接收機(jī)的數(shù)字化程度。其中，載波同步和定時(shí)同步是解調(diào)器的2個(gè)核心單元，它們直接決定著解調(diào)器的誤碼性能。在通信原理上，這種處理稱為信道編碼，一般包括擾碼，RS編碼，卷積交織，卷積編碼這幾部分；有關(guān)調(diào)制單元的調(diào)制類型的分類：（1）按數(shù)據(jù)類型數(shù)字調(diào)制可分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制兩種。其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多進(jìn)制相移鍵控)中應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)制方式。數(shù)字調(diào)制信號(hào)又稱為鍵控信號(hào)。FPGA具有高集成度、高可靠性等特點(diǎn)，在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中也將得到廣泛的應(yīng)用。目前的模擬調(diào)制方式有很多種，主要有AM、FM、SSB、DSB、CW等，而數(shù)字調(diào)制方式的種類更加繁多，如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、DPSK、 QPSK、QAM等。頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其頻譜搬移到適合信道傳輸?shù)念l帶上數(shù)字調(diào)制信號(hào)有稱為鍵控信號(hào)。1 引言1．1 研究背景 ，在一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間中，在飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體技術(shù)的推動(dòng)下，無(wú)線通信的理論和技術(shù)不斷取得進(jìn)步，今天，無(wú)線移動(dòng)通信已經(jīng)發(fā)展到大規(guī)模商用并逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚闹匾ㄐ欧绞街弧Ｔ谡{(diào)制的過(guò)程中可用鍵控[1]的方法由基帶信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)的振幅，頻率及相位進(jìn)行調(diào)制最基本的方法有三種：正交幅度調(diào)制（QAM）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。如果產(chǎn)生每一種信號(hào)需要一個(gè)硬件電路甚至一個(gè)模塊，那么能產(chǎn)生幾種、十幾種通信信號(hào)的通信機(jī)的電路將相當(dāng)復(fù)雜，體積重量將會(huì)很大，而且要增加新的調(diào)制方式也是十分困難的。FPGA器件的另一特點(diǎn)是可用硬件描述語(yǔ)言VHDL對(duì)其進(jìn)行靈活編程[8]，可利用FPGA廠商提供的軟件仿真硬件的功能，使硬件設(shè)計(jì)如同軟件設(shè)計(jì)一樣靈活方便，縮短了系統(tǒng)研發(fā)周期。調(diào)制過(guò)程可用鍵控的方法由基帶信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)的振幅、頻率及相位進(jìn)行調(diào)制。本課題主要研究了基于FPGA的QPSK調(diào)制解調(diào)電路的實(shí)現(xiàn)方法，并給出了MAX+PLUSII環(huán)境下的仿真結(jié)果。?。?）按已調(diào)信號(hào)的結(jié)構(gòu)形式可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制兩種。 數(shù)字通信解調(diào)系統(tǒng)框圖在傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收機(jī)的解調(diào)單元都是用模擬處理方法和器件實(shí)現(xiàn)的。在全數(shù)字解調(diào)中，幾乎所有的模擬解調(diào)單元和件都可以對(duì)應(yīng)地找到它的數(shù)字化形式，如數(shù)字濾波器（FIR或IIR）、全數(shù)字乘法器和數(shù)控振蕩器[9], [10]（NCO）等。 FPGA的發(fā)展概況 FPGA/CPLD、DSP和CPU被稱為未來(lái)數(shù)字電路系統(tǒng)的3塊基石，也是目前硬件設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)[11]。這為制造出規(guī)模更大，速度更快和信息容量更大的芯片系統(tǒng)提供了條件，促進(jìn)了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的發(fā)展。采用FPGA器件可以將原來(lái)的電路板級(jí)產(chǎn)品集成為芯片級(jí)產(chǎn)品，同時(shí)還可以很方便地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行在線修改，它成為研制開(kāi)發(fā)的理想器件之一。世界上主要的FPGA生產(chǎn)商是美國(guó)Altera公司和Xilinx公司，總共占據(jù)了全球市場(chǎng)份額的60%以上?；谶@樣的發(fā)展，F(xiàn)PGA己經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電數(shù)字信號(hào)處理的一種非常有效的選擇。數(shù)字調(diào)制是數(shù)字符號(hào)轉(zhuǎn)換成與信道特性相匹配的波形的過(guò)程。相移鍵控是用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波的相位，使載波的相位發(fā)生跳變的一種調(diào)制方式。仿真結(jié)果表明了該設(shè)計(jì)的正確性。如果從廣義的角度看，則廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、遙測(cè)、遙控等也可以列入通信范疇。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。有線和無(wú)線信道均有多種物理媒質(zhì)。噪聲的來(lái)源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的。信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)，其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息[13]。根據(jù)消息的種類不同，心愿可分為模擬信源和數(shù)字信源。因此，發(fā)送設(shè)備涵蓋的內(nèi)容很多，可能包含變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制等過(guò)程。有線信道和無(wú)線信道均有多種物理媒質(zhì)。對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，接收設(shè)備中還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路的功能。連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語(yǔ)音、活動(dòng)圖片等。凡信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無(wú)窮多個(gè)值的，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，均稱為模擬信號(hào)，如電話機(jī)送出的語(yǔ)音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)等。 模擬信號(hào)波形圖 數(shù)字信號(hào)波形① 連續(xù)信號(hào)； ② 抽樣信號(hào)①二進(jìn)制波形； ②2PSK波形因此，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)， 可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用，而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。信源編碼的作用之一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼”。 數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。需要說(shuō)明的是， 。數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖请x散取值的數(shù)字波形，接收端的目標(biāo)不是精確地還原被傳輸?shù)牟ㄐ?，而是從受到噪聲干擾的信號(hào)中判決出發(fā)送端所發(fā)送的是哪一個(gè)波形。（2）傳輸差錯(cuò)可控。（4）易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。 數(shù)字基帶信號(hào)信源發(fā)出的沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始電信號(hào)所固有的頻帶，稱為基本頻帶，簡(jiǎn)稱基帶。當(dāng)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，高頻分量的衰減隨距離的增大而增大，電纜中線對(duì)之間的電磁輻射也隨著頻率的增高而加劇，從而限制信號(hào)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量，同時(shí)信道中往往還存在隔直流電容和耦合變壓器，他們不能傳輸直流分量及對(duì)低頻分量有較大的衰減，因此對(duì)于一般信道高頻和低頻部分均是受限的。再次，實(shí)際傳輸系統(tǒng)常希望在不中斷通信的前提下，能監(jiān)視誤碼，如果傳輸碼型有一定的規(guī)律性，那么就可以根據(jù)這一規(guī)律性來(lái)檢測(cè)傳輸質(zhì)量，以便做到自動(dòng)監(jiān)測(cè)，因此，傳輸碼型應(yīng)具有一定的誤碼檢測(cè)能力。因此，到達(dá)接收端的基帶脈沖信號(hào)發(fā)生了畸變。若抽樣值大于門限，則判為“高”電平。實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)還可能提出其它要求，從而導(dǎo)致對(duì)基帶信號(hào)也存在各種可能的要求。傳輸碼（常稱為線路碼）的結(jié)構(gòu)將取決于實(shí)際信道的特性和系統(tǒng)工作的條件。串?dāng)_是指同一電纜內(nèi)不同線對(duì)之間的相互干擾，基帶信號(hào)的高頻分量越大，則對(duì)鄰近線對(duì)產(chǎn)生的干擾就越嚴(yán)重。(5)編碼方案對(duì)發(fā)送消息類型不應(yīng)有任何限制，即能適用于信源變化。(7)高的編碼效率。上述各項(xiàng)原則并不是任何基帶傳輸碼型均能完全滿足，往往是依照實(shí)際要求滿足其中若干項(xiàng)[16]。 二進(jìn)制相移鍵控對(duì)于二進(jìn)制相移鍵控BPSK（Binary Phase Shift Keying）來(lái)說(shuō)，就是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)0和1分別用載波的0和π來(lái)表示。例如，若輸入二進(jìn)制數(shù)字信息序列為lO1lOlOO，則可將它們分成10，1l，01，00，然后用4種不同的相位來(lái)分別表示它們。輸入 輸出 0176。 帶通濾波器 邏輯選相電路串/并轉(zhuǎn)換 四相載波發(fā)生器 相位選擇法的組成方框圖，四相載波發(fā)生器分別送出調(diào)相所需的4種不同相位的載波，即數(shù)字載波信號(hào)。的載波；ab為10時(shí)，輸出相位為180176。電路主要由分頻器和四選開(kāi)關(guān)等組成，分頻器對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻和計(jì)數(shù)，并輸出4路頻率相同而相位不同的相干數(shù)字載波信號(hào)；四選一開(kāi)關(guān)是在基帶信號(hào)的控制下，對(duì)4路載波信號(hào)進(jìn)行選通，輸出數(shù)字QPSK信號(hào)。180176。 串／并變換 信號(hào) 碼元 a 1 1 0 0 1 1 1 0 0 b 0 1 0 1 0 1 0 0 0 ab=yy 10 11 00 01 10 11 10 00 00時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入八分頻計(jì)數(shù)器q進(jìn)行分頻得到4種不同相位的載波。、270176。 f2 10 180176。當(dāng)start為高電平時(shí)，進(jìn)行調(diào)制，仿真結(jié)果如圖3所示，選擇相位分別為0176。,0176。在QPSK調(diào)制系統(tǒng)中，發(fā)送端可取的相位值為四個(gè)。π/4體系對(duì)應(yīng)n=π/4，3π/4，5π/4，7π/4四個(gè)離散值。 QPSK調(diào)制原理 QPSK信號(hào)有00、011四種狀態(tài)。QPSK調(diào)制器可以看成由兩個(gè)BPSK調(diào)制器構(gòu)成。 QPSK解調(diào)原理在QPSK解調(diào)中，常采用相干解調(diào)[18] [12] [21] [22]，其原理框圖見(jiàn)下圖所示： QPSK解調(diào)過(guò)程相干解調(diào)中，正交路和同相路分別設(shè)置兩個(gè)相關(guān)器(或匹配濾波器)，得到I(t)和Q(t)，經(jīng)電平判決和并一串變換后即可恢復(fù)原始信息。信號(hào)的采樣是模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的一個(gè)通道，是數(shù)字化解調(diào)過(guò)程中一個(gè)及其關(guān)鍵的步驟。也就是說(shuō)，數(shù)字混頻器和數(shù)字本振的數(shù)據(jù)位數(shù)不夠?qū)?，存在尾?shù)截?cái)嗟那闆r；數(shù)字本振相位的樣本值存在近似的情況。兩者的區(qū)別在于，同步解調(diào)需要一個(gè)相干同步的本地載波。因?yàn)橄⑹且淮B續(xù)的碼元系列，解調(diào)時(shí)必須知道碼元的起止時(shí)刻，即碼同步。插入導(dǎo)頻也可以使數(shù)字信號(hào)的包絡(luò)，隨同步信號(hào)的某種波形而變化。參考相位00101101參考相位