【正文】 ....................................................... 1 軟件無線電的概念 ................................................................................................. 1 理想的軟件無線電及其限制的解決思路 ............................................................. 2 研究數(shù)字調(diào)制方法的目的和意義 ......................................................................... 3 實(shí)施方案及主要研究手段 ..................................................................................... 3 選題的創(chuàng)新之處 ..................................................................................................... 4 2 數(shù)字調(diào)制方法 ................................................................................................................... 5 數(shù)字調(diào)制技術(shù)簡介 ................................................................................................. 5 低中頻數(shù)字調(diào)制方法的研究現(xiàn)狀及存在的問題 ................................................. 7 3 中低頻數(shù)字調(diào)制方法仿真所需技術(shù)和軟件簡介 ........................................................... 9 MATLAB 介紹 ......................................................................................................... 9 MATLAB 簡介 ............................................................................................... 9 MATLAB 的基本特點(diǎn) ................................................................................... 9 FPGA 介紹 ............................................................................................................. 10 FPGA 簡介 ................................................................................................... 10 FPGA 的基本特點(diǎn) ....................................................................................... 10 FPGA 的配置方式 ....................................................................................... 11 4 低中頻數(shù)字調(diào)制方法的 FPGA 實(shí)現(xiàn) ............................................................................. 13 2ASK 調(diào)制解調(diào)方法 ............................................................................................. 13 2ASK 調(diào)制 /解調(diào)的實(shí)現(xiàn) .............................................................................. 13 2ASK 調(diào)制 /解調(diào)的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) ............................................................ 16 2ASK 調(diào)制 /解調(diào)的 FPGA 實(shí)現(xiàn) .................................................................. 19 MQAM 調(diào)制 /解調(diào)的實(shí)現(xiàn) ..................................................................................... 22 QAM 調(diào)制 /解調(diào)的基本原理 ....................................................................... 22 QAM 調(diào)制 /解調(diào)的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) ............................................................ 24 QAM 全數(shù)字調(diào)制器的 FPGA 實(shí)現(xiàn) ............................................................ 25 QPSK 調(diào)制 /解調(diào)的實(shí)現(xiàn) ........................................................................................ 30 QPSK 調(diào)制 /解調(diào)的基本原理 ...................................................................... 31 QPSK 調(diào)制 /解調(diào)的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) ........................................................... 35 QPSK 調(diào)制 /解調(diào)的 FPGA 實(shí)現(xiàn) .................................................................. 36 OFDM 調(diào)制 /解調(diào)的實(shí)現(xiàn) ....................................................................................... 40 正交頻分復(fù)用（ OFDM）的基本原理 ...................................................... 40 OFDM 調(diào)制 /解調(diào)的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) .......................................................... 44 OFDM 調(diào)制 /解調(diào)的 FPGA 實(shí)現(xiàn) ................................................................ 45 結(jié) 論 ............................................................................................................................. 48 參 考 文 獻(xiàn) ....................................................................................................................... 49 致 謝 ............................................................................................................................. 50 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前言 軟件無線電（ Software Radio）技術(shù)是 20 世紀(jì)末提出的一種設(shè)計(jì)思想，它突破了傳統(tǒng)電臺(tái)以硬件為核心的設(shè)計(jì)模式，將寬帶 A/D 轉(zhuǎn)換器盡可能靠近射頻天線，盡可能早的將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，在通用的硬件平臺(tái)上最大程度的通過軟件來實(shí)現(xiàn)不同的通信方式。許多傳統(tǒng)的模擬設(shè)計(jì)方法已被淘汰，而基于專用集成芯片（ ASIC）的開發(fā)模式又總是落后于無線通信技術(shù)前進(jìn)的步伐。這將極大的縮短通信系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)間和成本，可以說未來采用軟件無線電技術(shù)的軟件無 線電臺(tái)在通信系統(tǒng)中的作用完全可以同通用 PC（個(gè)人電腦）在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所起的作用相提并論。這與全數(shù)字接收機(jī)專用的硬件芯片結(jié)構(gòu)完全不同，是電子技術(shù)領(lǐng)域繼模擬與數(shù)字技術(shù)之后的第三次重大的飛躍，必將在未來對電子技術(shù)的發(fā)展及設(shè)計(jì)思想的變革產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并且在軍用與民用兩個(gè)方面都將有著廣泛的應(yīng)用 [1]。 軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)對于移動(dòng)通信的發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用，構(gòu)建一個(gè)通用的、標(biāo)準(zhǔn)的、模塊化的硬件平臺(tái)，把以前用硬件實(shí)現(xiàn)的無線電功能用軟件來實(shí)現(xiàn)，大大地提高了通信系統(tǒng)的靈活性。由于它所具有的靈活性、開放性等特點(diǎn)，不僅在軍、民無線通信中獲得了應(yīng)用，而且還被推廣到其它領(lǐng)域。 基于上述優(yōu)點(diǎn)，用 FPGA 實(shí)現(xiàn)軟件無線電發(fā)射機(jī)，不僅降低了產(chǎn)品成本，減小了設(shè)備體積，滿足了系統(tǒng)的需要，而且比專用芯片具有更大的靈活性和可控性。接收機(jī)用通用處理器上的軟件完成信號(hào)的提取、下變頻和解調(diào)。 研究數(shù)字調(diào)制方法的目的和意義 近幾十年來，移動(dòng)通信進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期，它與人 們的日常生活息息相關(guān)，已經(jīng)成為了人們生活中的必需品，目前移動(dòng)通信正處在由第二代向第三代過渡的階段。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號(hào)是無法在無線信道或光纖信道上進(jìn)行長距離傳輸?shù)摹? 調(diào)制的目的是把基帶信號(hào)變換成適合信號(hào)傳輸?shù)男盘?hào)，解調(diào)是調(diào)制的逆過程；無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全數(shù)字化，其中調(diào)制、解調(diào)的數(shù)字化是最基本的功能之一。這種用基帶數(shù)字信號(hào)控制高頻載波，把基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。 由于中低頻數(shù)字調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法太多，而本人的研究時(shí)間有限，不可能在短時(shí)間內(nèi)對各種方法逐一研究，故選擇 2ASK、 MQAM、 QPSK、 OFDM 方法 ,運(yùn)用 MATLAB和 FPGA， 利用 Verilog HDL 語言和 Quartus、 Synplify Pro 和 ModelSim 軟件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行研究， 實(shí)現(xiàn)對 低中頻數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)技術(shù)仿真 。這些新的調(diào)制解調(diào)體制，各有所長，分別在不同方面有其優(yōu)勢。 所以 ，用 FPGA 實(shí)現(xiàn)軟件無線電發(fā)射機(jī) 和接收機(jī) ，不僅降低了產(chǎn)品成本，減小了設(shè)備體積，滿足了系統(tǒng)的需要，而且比專用芯片具有更大的靈活性和可控性。模擬信號(hào)在傳輸過程中和疊加的噪聲很難分離，噪聲會(huì)隨著信號(hào)被傳輸、放大、嚴(yán)重影響通 信質(zhì)量。此外，它還具有適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)要求 (如電話、電報(bào)、圖像、數(shù)據(jù)等 )，便于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，便于采用大規(guī) 模集成電路，便于實(shí)現(xiàn)加密處理，便于實(shí)現(xiàn) 通信 網(wǎng)的計(jì)算機(jī)管理等優(yōu)點(diǎn)。 無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全數(shù)字化，其中調(diào)制、解 調(diào)的數(shù)字化是最基本的功能之一 。 對于大多數(shù)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)來說，數(shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻成分，而實(shí)際的 通信信道又具有帶通特性，因此，必須用數(shù)字信號(hào)來調(diào)制某一高頻率的正弦或脈信 源 信道編碼 調(diào)制器 信道 受信者 解調(diào)器 信道解碼 信源解碼 信源編碼 噪聲源 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 沖載波，使已調(diào)信號(hào)能通過帶限信道傳輸。 目前我們廣泛應(yīng)用的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，其中關(guān)鍵技術(shù)之一是數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 在實(shí)際應(yīng)用中，有兩類用的最多的數(shù)字調(diào)制方式： (1)線性調(diào)制技術(shù)，主要包括 PSK、 QPSK、 DQPSK、 OKQPSK 和多電平 PSK 等。這類調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已調(diào)信號(hào)具有相對窄的功率譜和對放大設(shè)備沒有線性要求，不足之處是其頻譜利用率通常低于線性調(diào)制技術(shù)。目前， 4電平、 16 電平、 64 電平以及 256 電平的 QAM 都已在微波通信中獲得成功應(yīng)用。為減少碼間干擾和時(shí)延擴(kuò)展的影響，把將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流劃分成若干個(gè)子數(shù)據(jù)流（每個(gè)子數(shù)據(jù)流具有低得多的傳輸速率），并且用這些子數(shù)據(jù)流去調(diào)制若干個(gè)載波，從而形成多載波 QAM(MCQAM)或 OFDM 等。 低中頻數(shù)字調(diào)制方法的研究現(xiàn)狀及存在的問題 廣泛使用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如幅度鍵控（ ASK）、移相鍵控（ PSK）和移頻鍵控（ FSK）等，因傳輸效率低而無法滿足移動(dòng)通信等高要求的現(xiàn)代通信系統(tǒng)。 正交幅度調(diào)制（ QAM）是一種矢