【正文】 e([39。) ylabel(39。2ASK 調(diào)制后波形 39。s(t) (V)39。輸入信號 39。 %發(fā)送比特 yr(yr0)=0。 %低通濾波器 Y=T2F(y)。 n=awgn(s,20)。 %發(fā)送比特 m(mt0)=0。 %頻域橫坐標(biāo) fm=1。 %ms df=1/(N*dt)。 2ASK 調(diào)制 /解調(diào)的 MATLAB 實(shí)現(xiàn) 用 MATLAB 實(shí)現(xiàn) 2ASK 調(diào)制，以及相干解調(diào)，并給出調(diào)制 /解調(diào)后的信號波形。 圖 2ASK 信號的相干解調(diào)框圖 圖 2ASK 信號的非相干解調(diào)結(jié)構(gòu)框圖 假設(shè)接收端的信號為 r（ t），則 ??? ?? ???? 0)](c os [)()( 1)](c os [)()(c os)(0011 發(fā)送 發(fā)送tttVtn tttVtntAtrccc ?? ??? （ ） 其中， V1(t）和 V0(t）分別為發(fā)送“ 1”和“ 0”的接收信號包絡(luò)，應(yīng)該在它們的眼圖最大睜開處進(jìn)行周期性抽樣，然后送給判決器進(jìn)行判決輸出。當(dāng)發(fā)送信息比特為“ 0”時，輸入的信號為 0，則輸出信號為 )()( tnty c? 。 （ 1）相干解調(diào)器 相干解調(diào)也稱為同步解調(diào)，一般定義為利用與接收信號同頻同相的恢復(fù)載波來進(jìn)行解調(diào)。此外， 2ASK 的分析方法是最基本的，是研究數(shù)字調(diào)制的理論基礎(chǔ) [5]。 Actel 主要提供非易失性 FPGA，產(chǎn)品主要基于反熔絲工藝和 FLASH 工藝。不久以前， Synplicity 與 Xilinx 宣布成立超大容量時序收斂聯(lián)合工作小組，旨在最大程度幫助地系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師以更快、更高效的方式應(yīng)用 65nm FPGA 器件。例如，領(lǐng)先 FPGA廠商 Xilinx 最近推出的 Virtex5系列采用 65nm 工藝，可提供高達(dá) 33萬個邏輯單元、 1,200個 I/O 和大 量硬 IP 塊。因此， FPGA 的使用非常靈活。因此， FPGA能夠反復(fù)使用。因此，工作時需要對片內(nèi)的 RAM 進(jìn)行編程。當(dāng)電路有少量改動時，更能顯示出 FPGA/CPLD 的優(yōu)勢。所以， FPGA/CPLD 的資金投入小，節(jié)省了許多潛在的花費(fèi)。 可以說， FPGA 芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度和可靠性的最佳選擇之一。與門陣列等其他 ASIC（ Application Specific IC）相比，它們又具有設(shè)計(jì)開 發(fā)周期短、設(shè)計(jì)制造成本低、 開發(fā)工具 先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品不需測試、質(zhì)量穩(wěn)定以及可實(shí)時在線檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)（一般在 10 000 件以下）之中。 FPGA 簡介 FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array 的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在 PAL、 GAL、 EPLD 等可 編程器 件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。 MATLAB 的 Simulink 提供了動態(tài)仿真的功能，用戶能夠通過繪制框圖來模擬一個線性、非線性、連續(xù)或離散的系統(tǒng)，通過 Simulink 仿真并分析該系統(tǒng) [4]。 (4)可擴(kuò)展性強(qiáng)。這些大大減輕了編程和調(diào)試的工作量，提高了編程效率。 (2)人機(jī)界 面友好，編程效率高。 MATLAB 語言比較好學(xué)，因?yàn)樗Z法規(guī)則簡單，更適應(yīng)于專業(yè)科技人員的思維方式和書寫習(xí)慣；與其他計(jì)算機(jī)語 言相比，它用解釋方式工作，無需像 C 和 Fortran語言那樣，對源程序進(jìn)行編譯、連接再形成可執(zhí)行文件，鍵入程序立即得出結(jié)果，因此更加簡潔和智能化，人機(jī)交互性能好；它可適應(yīng)多種平臺，雖計(jì)算機(jī)軟、硬件的更新而及時升級，使得編程和調(diào)試效率大大提高 [4]。 MATLAB 的產(chǎn)生是與數(shù)學(xué)計(jì)算分不開的，以前的數(shù)值計(jì)算軟件包大多用 Fortran 或 C 語言編寫，一個軟件包 只能解決一個局部問題，很難推廣應(yīng)用。 但是 OFDM 卻存在下面一些缺點(diǎn)： （ 1） OFDM 對頻偏和相位噪聲比較敏感，容易帶來衰耗； （ 2） OFDM 的峰值平均功率比較大，會導(dǎo)致射頻放大器的功率效率比較低。 OFDM 系統(tǒng)比 FDM 系統(tǒng)要求的帶寬要小得多。 其主要思想是將信道分成若干正交子信道 ,將高速數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流 ,讓它們調(diào)制在每個子信道上進(jìn)行傳輸。 頻分多路復(fù)用 （ Frequencydivision multiplexing， FDM），是一種將多路基帶信號調(diào)制到不同頻率載波上再進(jìn)行疊加形成一個復(fù)合信號的 多路復(fù)用技術(shù) 。 相移鍵控 (PSK)技術(shù) 是 通過改變載波信號的相位來表示二進(jìn)制數(shù) 0、 1， 在 相位改變的同時，最大振幅和頻率則保持不變 。 多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制（ MFSK）簡稱多頻制，是 2FSK 方式的推廣 ,用不同的載波頻率代表數(shù)字信息。 FSK 是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式 ,它的主要優(yōu)點(diǎn)是 :實(shí)現(xiàn)起來較容易 ,抗噪聲與抗衰減的性能較好 。樣點(diǎn)數(shù)目越多，其傳輸效率越高， QAM 調(diào)制方式發(fā)展迅速 ，有 16QAM、 32QAM、 64QAM、 128QAM、 256QAM 之分，數(shù)字越大，頻帶利用率越高，但同時抗干擾能力也隨之降低 。 ASK (Amplitude Shift Keying) 指的是振幅鍵控方式 ,它 根據(jù)信號的不同，調(diào)節(jié)正弦波的幅度 ，其 載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的 ,但它只是一種低效的傳輸方式。 此外，在第三代移動通信系統(tǒng)中，碼分多址（ CDMA）是最主要的多址方式。近幾年，隨著研究工作的深入，人們提出了不少 改進(jìn)方案。在 20 世紀(jì) 80 年代初期，當(dāng)人們選用數(shù)字調(diào)制技術(shù)時，大多把注意力集中于恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制（例如，泛歐的 GSM 蜂窩網(wǎng)絡(luò)采用 GMSK） ,但在 80 年代中期以后，人們卻著重采用 QPSK 之類的線性數(shù)字調(diào)制（例如，美國的 IS54 和日本的 PDC 蜂窩網(wǎng)絡(luò)均采用 DQPSK?4/? ，美國的 IS95 蜂窩網(wǎng)絡(luò)采用 QPSK 和 OQPSK）。顯 然，這種要求在制造移動通信設(shè)備中會增大難度和成本，但是這類調(diào)制方式可獲得較高的頻譜利用率。 數(shù)字調(diào)制的基本類型分為振幅鍵控（ ASK）、頻移鍵控（ ASK）和相移鍵控（ PSK）。已調(diào)信號通過信道傳輸?shù)浇邮斩?，然后通過解調(diào)把頻帶數(shù)字信號還原成基帶數(shù)字信號，這種數(shù)字信號的反變換過程稱為數(shù)字解調(diào)。面對移動用戶群的持續(xù)增長和新業(yè)務(wù)的層出不窮，移動通信體系要及時適應(yīng)甚至超前于市場需求的步伐。近年來，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜程度和技術(shù)難度大大降低，同時高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及光纖等大容量傳輸介質(zhì)的使用正逐步使帶寬問題得到了解決。其次是遠(yuǎn)距離傳輸仍能保證質(zhì)量。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2 數(shù)字調(diào)制方法 數(shù)字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負(fù)載數(shù)字信息的信號。因此使得一些復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)體制能夠容易地用單片集成電路實(shí)現(xiàn)，并出現(xiàn)了單片系統(tǒng)（ System on Chip,SOC），它大大促進(jìn)了新型數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展 [1]。 選題的創(chuàng)新之處 作為移動通信核心技術(shù)之一的數(shù)字調(diào)制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速、高效的移動通信系統(tǒng)的重要保證。通常，我們把數(shù)字調(diào)制與解調(diào)合起來稱為數(shù)字濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 調(diào)制 。 實(shí)施方案及主要研究手段 作為移動通信核心技術(shù) 之一的數(shù)字調(diào)制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速、高效的移動通信系統(tǒng)的重要保證。所以調(diào)制就是將基帶信 號搬移到信道損耗較小的指定的高頻處進(jìn)行傳輸（即載波傳輸），調(diào)制后的基帶信號稱為已調(diào)信號，其頻率比較高。由于頻率資源的有限性，限制了我們無法用開路信道傳輸信息。 限制理想軟件無線電實(shí)現(xiàn)的主要瓶頸有 3 個： (1)天線帶寬： 22020MHz，覆蓋多個 10 倍頻程，目前無法實(shí)現(xiàn)； (2)總線數(shù)據(jù)速率要大于 5Gbit/s（根據(jù) Nyquist 定律， fs）； (3)數(shù)字處理部分的處理能力。 理想的軟件無線電及其限制的解決思路 理想的軟件無線電的定義是：軟件無線電臺是用軟件定義波段、調(diào)制方式 、信號波形由數(shù)字信號采樣產(chǎn)生，用寬帶的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，可能還要由中頻上變頻到射頻。應(yīng) 用 FPGA 設(shè)計(jì)功能電路時，可以讓人們的思路從傳統(tǒng)的以單片機(jī)或 DSP 芯片為核心的系統(tǒng)集成型轉(zhuǎn)向單一專用芯片型設(shè)計(jì)。軟件無線電是 近幾年在無線通信領(lǐng)域提出的一種新的通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，其基本思想是以開發(fā)性、可擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)最簡的硬件為通用平臺，把盡可能多的通信功能用可升級、可替換的軟件來實(shí)現(xiàn)。 顯然，理想的軟件無線電臺是對天線接收的模擬信號經(jīng)過放大后直接采樣，實(shí)現(xiàn)完全的可編程性，其后所有的信號處理，包括下變頻混頻、帶通濾波、載波提取、 IQ 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 圖 軟件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 （同相與正交）解調(diào)、低通濾波、位同步提取、信道編碼、信源編碼、加密等，全部由 A/D 轉(zhuǎn)換器之后的 DSP 芯片處理。軟件無線電臺的實(shí)現(xiàn)采用了全數(shù)字技術(shù)，但其與第二代全數(shù)字接收機(jī)有著根本的不同。 軟件無線電的概念 軟件無線電思想是 20 世紀(jì) 90 年代以后逐漸興起的一種 全新的設(shè)計(jì)思想，其完整的概念和體系結(jié)構(gòu)是由 MITRE 公司的美國科學(xué)家 Joseph Mitola 于 1992 年 5 月在NTC（ National Telesystems Conference）上明確提出，其核心是在通用的通信硬件平臺上加載不同的通信軟件，以實(shí)現(xiàn)不同的通信方式間的轉(zhuǎn)換。軟件無線電技術(shù)一經(jīng)提出，就得到了廣泛的關(guān)注并成為未來通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。 software radio。本文通過對 2ASK、 MQAM、 QPSK、 OFDM 等數(shù)字調(diào)制方法的基本原理進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，并利用 MATLAB 和 FPGA,用 Verilog HDL 語言和 Quartus 軟件開發(fā)平臺對它們進(jìn)行仿真，得到其仿真圖，認(rèn)真比較調(diào)制前和解調(diào)后的波形的差別情況，并對其差別進(jìn)行深入的分析。隨著 軟件無線電技術(shù)的發(fā)展，人們可以通過在通用的通信硬件平臺上加載不同的通信軟件，來實(shí)現(xiàn)不同的通信方式間的轉(zhuǎn)換 .而數(shù)字調(diào)制作為軟件無線電的主要環(huán)節(jié)，其重要性不言而喻。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字調(diào)制；軟件無線電； FPGA； OFDM 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT Digital modulation technology is an important guarantee for effective and highspeed mobile munication. With the development of the software radio technology, people can realize the conversion between different means of munication through loadIing different software on mon munication hardware platforms. As the main part of software radio, digital modulation is of great importance . In this paper, I learn and reserch the basic principle of digital modulation methods , such as 2ASK, MQAM, QPSK and OFDM , then I simulate them by using Verilog HDL language and Quartus software development platform in MATLAB and FPGA and get their simulation map, so that I can make a parison of wave difference between before modulation and after demodulation and analysis the differences deeply. Finally I try my best to find out the real cause of these results and e up with reasonable ways to avoid and resolve the problems bad for wireless munication, deepen the lowIF digital modulation methods of understanding through it and lay important foundations for design the wireless munication system in my future.