【正文】 A 方式時(shí) QPSK信號(hào)矢量圖，圖 (b)表 示 B 方式時(shí) QPSK 信號(hào)的矢量圖。 QPSK 是在 M=4 時(shí) 利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息。 167。 180 0， 270176。 167。它分為絕對(duì)相移和相對(duì)相移兩種。 （ 4）對(duì)于用 VHDL 完成的一個(gè)確定的設(shè)計(jì)，可以利用 EDA 工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動(dòng)的把 VHDL 描述設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成門級(jí)網(wǎng)表。強(qiáng)大的行為描述能力是避開具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯行為上描述和設(shè)計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。 VHDL 采用基于庫 （ Library） 的設(shè)計(jì)方法，可以建立各種可再次利用的模塊。當(dāng)設(shè)計(jì)描述完成后，可以用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)其功能。另外， VHDL 支持慣性延遲和傳輸延遲，還可以準(zhǔn)確地建立硬件電路模河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 型。在硬 件電路設(shè)計(jì)過程中，主要的設(shè)計(jì)文件是用 VHDL 編寫的源代碼，因?yàn)?VHDL 易讀和結(jié)構(gòu)化，所以易于修改設(shè)計(jì)。 VHDL 支持同步電路、異步電路和隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)，這是其他硬件描述語言所不能比擬的。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn) 。 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)， 行為，功能和接口。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 VHDL 語言是一種用于電路設(shè)計(jì)的高級(jí)語言。此后 VHDL 在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言。 167。所以，用 FPGA/CPLD 試制樣片，能以最快的速度占領(lǐng)市場(chǎng)。 ① 隨著超大規(guī)模集成電路工藝的不斷提高，單一芯片內(nèi)部可以容納上百河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 萬個(gè)晶體管， FPGA/CPLD 芯片的規(guī)模也越來越大，其單片邏輯門數(shù)已達(dá)到上百萬門，它所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來越強(qiáng)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。 FPGA 的基本特點(diǎn)主要有： （ 1） 采用 FPGA 設(shè)計(jì) ASIC 電路，用戶不需要投片生產(chǎn)就能得到合用的芯片； （ 2） FPGA 可做其他全定制或半定制 ASIC 電路的試樣片： （ 3） FPGA 內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和 I／ O 引腳； （ 4） FPGA 是 ASIC 電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一； （ 5） FPGA 采用高速 CHMOS 工藝，功耗低，可以與 CMOS、 TTL 電平兼容。 FPGA 是英文 Field Programmable Gate Arry 的縮寫，即現(xiàn)場(chǎng)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。 為了彌補(bǔ)這一缺陷， 20 世紀(jì) 80 年代中期， Altera 和 Xilinx 分別推出了類似于 PAL 結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展型 CPLD（ Complex Programmable Logic Dvice）和與標(biāo)準(zhǔn)門陣列類似的 FPGA（ FieldProgrammable Gate Array），它們都具有體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點(diǎn)。 PLA 器件既有現(xiàn)場(chǎng)可編程的，也有掩膜可編程的。 這一階段的產(chǎn)品主要有 PAL（可編程陣列邏輯）和 GAL（通用陣列邏輯）。 FPGA 的發(fā)展歷史 早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存儲(chǔ)器（ PROM）、紫外線可擦除只讀存儲(chǔ)器（ EPROM）和電可擦除只讀存儲(chǔ)器（ E2PROM）三種。 在 GSM 系統(tǒng)中 ， 為了滿足移動(dòng)通信對(duì) 鄰信 道干 擾的 嚴(yán)格 要求 ，采 用高 斯濾 波最 小移 頻鍵 調(diào)制 方 式（ GMSK） ，該調(diào)制方式的調(diào)制速率為 270833Kbit/sec，每個(gè)時(shí)分多址TDMA 幀占用一個(gè)時(shí)隙來發(fā)送脈沖簇，其脈沖簇的速率為 33． 86Kbs。 實(shí)現(xiàn) MSK 調(diào)制的過程為：先將輸入的基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼，然后將其分成 I、 Q 兩路，并互相交錯(cuò)一個(gè)碼元寬度，再用加權(quán)函數(shù) cos（ π河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 t/2Tb） 和 sin（ πt/2Tb） 分別對(duì) I、 Q 兩路數(shù)據(jù)加權(quán) ，最后將兩路數(shù)據(jù)分別用正交載波調(diào)制。 MSK（最小頻移鍵控）是移頻鍵控 FSK 的一種改進(jìn)形式。因此，對(duì)己調(diào)信號(hào)有兩點(diǎn)要求，一是要求包絡(luò)恒定；二是具有最小功率譜占用率。它是利用正交載波對(duì)兩路信號(hào)分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波調(diào)幅形成的。 QAM又稱正交幅度調(diào)制法 在二進(jìn)制 ASK 系統(tǒng)中，其頻帶利用率是 1bit／ s 第二，在相同的信息速率下，由于多進(jìn)制方式的信道 傳輸速率 可以比二進(jìn)制的低，因而多進(jìn)制信號(hào)碼源的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制的寬。 MASK又稱 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 法 在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中每個(gè)符號(hào)只能表示 0 和 1(+1 或 1)。 調(diào)制方法：用相乘器實(shí)現(xiàn)調(diào)制器。 167。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用 。 類型：二進(jìn)制相移鍵控 （ 2PSK） ，多進(jìn)制相移鍵控 （ MPSK） 。 產(chǎn)生 PSK 信號(hào)的兩種方法： 1． 調(diào)相法：將基帶數(shù)字信號(hào)（雙極性）與載波信號(hào)直接相乘的方法 。 167。用這些已知的模型波形去等效接收信號(hào)，使接收信號(hào)在各方面包括相位上都等同于模型波形。載波的一般表達(dá)式為 ： ( ) ( ) cos ( )s t A t t?? （ 21） 其中， A(t)是隨時(shí)間變化的幅度， ()t? 是隨時(shí)間變化的角度，也 可以表示成 0( ) ( ) ( )t t t? ? ??? （ 22） 因此 0( ) ( ) c os[ ( ) ]s t A t t t???? （ 23） 其中， 0? 是載波的角頻率， ()t? 是相位， f 和 ? 都可以用來表示頻率；如果用 f 表示，則頻率單位為 hz，如果用 ? 表示，則頻率單位為弧度 1秒，兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為 ? = 2f? 。將載波轉(zhuǎn)換電磁波傳播到指定的地點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)無線傳輸。在原始信號(hào)與重構(gòu)信號(hào)之間的信號(hào)差或信號(hào)差的函數(shù)是數(shù)字通信系統(tǒng)引入失真的一種度量。更準(zhǔn)確地說，在譯碼器輸出端的平均比特錯(cuò)誤概率是解調(diào)器 譯碼器組合性能的一個(gè)度量。物理用什么物理媒質(zhì)來傳輸信息，其基本特點(diǎn)是發(fā)送信號(hào)隨機(jī)地受到各種可能機(jī)理的惡化，例如由于電子器件產(chǎn)生 的加性熱熱噪聲、人為噪聲（如汽車點(diǎn)火噪聲）及大氣噪聲（如在雷暴雨時(shí)的閃電）。因此，當(dāng)信道比特率 R固定，與一個(gè) b比特序列相應(yīng)的 M個(gè)波形之一的傳輸時(shí)間量是二進(jìn)制調(diào)制系統(tǒng)時(shí)間周期的 b倍。調(diào)制器一次輸出 b個(gè)已編碼的信息比特，其方法是采用 M=2個(gè)不同的波形 si（ t）， i=0， 1， 2， ……m 。為了詳細(xì)說明這點(diǎn)，假定已編碼的信息序列以均勻速率 R（ b/s）一次一個(gè)比特傳輸，數(shù)字調(diào)制器可以簡(jiǎn)單地將二進(jìn)制數(shù)字 0映射成波形 s0(t),而二進(jìn)制數(shù)字 “1”映射成波形 s1（ 1）。 信道編碼器輸出的二進(jìn)制序列送至數(shù)字調(diào)制器，它是通信信道的接口。例如，二進(jìn)制信息序列的一種（平凡的）形式的編碼就是將每個(gè)二進(jìn)制數(shù)字簡(jiǎn)單重復(fù) m次，這里 m為一個(gè)整數(shù)。信道編碼器的目的是在二進(jìn)制信息序列中以受控的方式引入一些沉余，以便于在接收機(jī)中用來克服信號(hào)在信道中傳輸時(shí)所遭受的噪聲和干擾的影響。理論上，應(yīng)當(dāng)用盡可能少的二進(jìn)制數(shù)字表示信源輸出（消息）。 167。模擬系統(tǒng)的波形是連續(xù)的，因而有無窮多個(gè)， 這 說明接收機(jī)必需處理無窮多個(gè)波形。在通信的各個(gè)階段，數(shù)字系統(tǒng)都需要分配一部分資源用于實(shí)現(xiàn)同步，而在模擬系統(tǒng)中，同步相對(duì)比較容易。 數(shù)字通信系統(tǒng)還有其他的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字電路比模擬電路更可靠，且其產(chǎn)生成本比模擬電路底；數(shù)字硬件比模擬硬件更具有靈活性，比如微機(jī)處理器、數(shù)字開關(guān)、大規(guī)模集成 （ LSI） 電路等，時(shí)分復(fù)用的模擬信號(hào)更簡(jiǎn)單；不同類型的數(shù)字信號(hào)（數(shù)報(bào)、電報(bào)、電話、電視等）在傳輸和交換中都被堪稱是相同的信號(hào) —— 比特信號(hào)；為方便交換，還可將數(shù)字信號(hào)以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行處理。這樣的兩個(gè)狀態(tài)工作有助于信號(hào)的再生，因而能在傳輸中有效的抑制噪聲和其他累計(jì)干擾。波形的形狀受到兩個(gè)基本因素的影響： （ 1） 所有傳輸和電路的頻率傳遞函數(shù)都是非理想的； （ 2） 存在電子噪聲或其他的干擾，這兩個(gè)因素都會(huì)引起波形的失真，并且此項(xiàng)失真是傳輸線長度的函數(shù)，在傳輸脈沖仍然能夠被可靠識(shí)別之前（即在傳輸脈沖惡化倒模糊狀態(tài)之前），由數(shù)字放大器將脈沖放大，并 恢復(fù)其最初的理想形狀，這樣脈沖就“再生”了。所以 FPGA 在無線通信系統(tǒng)中大量應(yīng)用，促進(jìn)了無線通信的發(fā)展；而無線通信的蓬勃發(fā)展又促進(jìn)了 FPGA 技術(shù)的不斷進(jìn)步 。 FPGA 技術(shù)在許多領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，特別是在無線通信領(lǐng)域里，由于具有極強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，使其對(duì)話音進(jìn)行實(shí)時(shí)處理成為可能 。 又如 INTEL 公司的 STEL2176 是一款全數(shù)字調(diào)制解調(diào)芯片，兼容 、 MCNS 和 DAVIC 等標(biāo)準(zhǔn)。 近年來 ，各種調(diào)制技術(shù)層出不窮， 一直受到人們的關(guān)注。 FPGA 器件（ Field programmable Gate Array）是八十年代中期出現(xiàn)的一種新概念。 QPSK( 四相相移鍵控 ) 具有較高的頻譜利用率和較好的誤碼性能，并且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度小，解調(diào)理論成熟，已成為新一代無線接入網(wǎng)物理層和 B3G 通信中使用的基本調(diào)制方式。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1章 緒 論 167。作為全數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，具有其可 行性。 引言 ........................................... 24 167。 QPSK 的調(diào)制和解調(diào) ............................. 20 167。 VHDL 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì) ............................. 17 第 4 章 四相移相鍵控（ QPSK） ........................... 18 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 167。 FPGA 的優(yōu)點(diǎn) ............................... 14 167。 GMSK又稱高斯濾波最小移頻鍵控法 ......... 12 第 3 章 FPGA 與 VHDL 語言介紹 .......................... 13 167。 ASK又稱幅移鍵控法 ....................... 10 167。 數(shù)字調(diào)制技術(shù) .................................... 8 167。 同類產(chǎn)品的概況 .................................. 2 第 2 章 數(shù)字通信系統(tǒng) ..................................... 4 167。最后基于 VHDL語言分別完成 QPSK 的調(diào)制與解調(diào) ， 完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在 MAX+PLUSII 環(huán)境下對(duì)模塊邏輯、時(shí)序進(jìn)行仿真調(diào)試的仿真結(jié)果表明了該設(shè)計(jì)的正確性，并綜合得出 RTL 的結(jié)構(gòu)圖。 本文首先敘述了 QPSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)的工作原理和數(shù)字式調(diào)制與解調(diào)的特點(diǎn) 。 QPSK 數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高、頻譜特性好、抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率快等突出特點(diǎn)，在移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信中具有廣泛應(yīng)用價(jià)值，但是基于 FPGA 的全數(shù)字 QPSK調(diào)制解調(diào)仍在進(jìn)一步研究發(fā)展中。設(shè)計(jì)中 設(shè)定 每個(gè)比特對(duì)應(yīng)特定的載波，并 以 載波作為比較，實(shí)現(xiàn)最后的對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果。 設(shè)計(jì)的依據(jù)與意義 ................................ 2 167。 數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成部分 ...................... 5 167。 FSK又稱頻移鍵控法 ....................... 9 167。 MSK又稱最小移頻鍵控法 .................. 11 167。 FPGA 的基本特點(diǎn) ........................... 14 167。 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) ....................... 16 167。 QPSK 的原理 ................................... 18 167。 QPSK 應(yīng)用 ...................................... 23 第 5 章 QPSK 的 FPGA 實(shí)現(xiàn) .............................. 24 167。近年來，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)字信號(hào)處理器芯片速度的提高，數(shù)字 信號(hào)處理技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用已越來越 引 起人們的重視， 用原理圖和 VHDL語言實(shí)現(xiàn)全數(shù) QPSK調(diào)制的思 想和方法。并在 MAX+PLUSII實(shí)現(xiàn)仿真，判斷電路設(shè)計(jì)的正確性。 數(shù)字調(diào)制信號(hào)又稱為鍵控信號(hào)，調(diào)制過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 ，其中 QPSK(即 4PSK)是 MPSK(多進(jìn)制相移鍵控 )中應(yīng)用較廣泛的一種調(diào)制方式。 數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)在數(shù)字通信中占有非常重要的地位， 而 數(shù)字通信技術(shù)與 FPGA 的結(jié)合是現(xiàn)代通信系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。 同類產(chǎn)品的概況 目前，隨著數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)的 調(diào)制識(shí)別技術(shù)在軍事、民用領(lǐng)域都有十分廣泛的