【正文】 7： 圖 3有 (3 基帶信號(hào)MHZfc 250? 40?M 10?Ncword fff /2 040?北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 速率為 KHZf b 1? ，中頻信號(hào)頻率 KHZf 2021? 。 用 DDS 實(shí)現(xiàn)數(shù)字 調(diào)制器的可行性 由 上文可知， DDS 輸出波形的三個(gè)參數(shù)：頻率、相位和幅度都可以實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)控。 ④ 正弦查找表：利用 Cyclone 內(nèi)部的 ROM 模塊完成查找表設(shè)計(jì)。對(duì)于本文的 DDS 系統(tǒng)，如果不進(jìn)行補(bǔ)償將導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的不同頻率信號(hào)的幅度發(fā)生微小 變化 ，外圍可加入 AGC 電路進(jìn)行調(diào)整。11) 通過沖激響應(yīng)為 ????? ?? n SsS nFTF )(1)( ???北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 (3寄存器作用同上。i++) { s=sin(atan(1)*8*i/1024)。 ADDRESS_RADIX=HEX； DATA_RADIX=HEX。但該地址位數(shù)和數(shù)據(jù)位數(shù)受 ROM 容量的限制，需合理安排。實(shí)際系統(tǒng)中常取 N 為 8 位或 10 位， M 為 32 位到 48 位。 基于 FPGA 的 DDS 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn) (1) FPGA 實(shí)現(xiàn) DDS 的結(jié)構(gòu)如 圖 3采用簡(jiǎn)單的附加電路也可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能。但考慮到低通濾波器的非理想特性，實(shí)際應(yīng)用中通常取%40m ax0 ?? cff ，從而直接數(shù)字頻率合成的工作范圍為 %402/ m in0m a x0 ?? Nff [11]。 ? 將幅度代碼變換成模擬電壓。因此，只要控制這個(gè)相位增量即可控制合成信號(hào)的頻率。6) 就可從式 (33) 相 應(yīng)的離散相位序列 (3下文將對(duì)該調(diào)制方案的優(yōu)越性進(jìn)行詳細(xì)討論。因此，在 GPRS 系統(tǒng)中的增強(qiáng)蜂窩技術(shù) (EDGE)則運(yùn)用了 3π /88PSK 的調(diào)制方式彌補(bǔ) GMSK 的不足，為 GSM 向 3G 的過渡做好了準(zhǔn)備 [5]。當(dāng)多進(jìn)制位數(shù)較大時(shí)，可以獲得較好的功率利用率，同時(shí)其設(shè)備組成比較簡(jiǎn)單，成為目前研究和應(yīng)用較多的一種調(diào)制方式 [7]。 (2) 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制器 (MFSK、 MPSK、 QAM) ① 與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制器比較 : 由于多進(jìn)制數(shù) 字已調(diào)信號(hào)的被調(diào)參數(shù)有多個(gè)可能取值，因此與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式相比，具有以下特點(diǎn)： ? 在相同碼元傳輸速率下，多進(jìn)制系統(tǒng)的信息傳輸速率比二進(jìn)制系統(tǒng)的高。 由系統(tǒng)函數(shù)可得高斯濾波器沖激響應(yīng)為： (217： 圖 210) MSK 信號(hào)表達(dá)式： (2這也正是目前它廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)的原因。 (b)OQPSK 實(shí)現(xiàn)框圖如圖 210： ??? ?????? 4,43,43,4 ????? n??? ???? 23,2,0 ????n北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 2 實(shí)現(xiàn)框圖如圖 27 4FSK 信號(hào)功 率譜密度 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制原理 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制是利用載波的多種不同相位 (或相位差 )來表示數(shù)字信息的調(diào)制方式。通常設(shè)計(jì)為 M 個(gè)正交的載波。4 DPSK 調(diào)制框圖 DPSK 信號(hào)與 BPSK 信號(hào)具有相同的功率譜密度。 實(shí)現(xiàn)框圖如圖 2 第 節(jié) 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理 常見的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式包括 ASK、 BPSK、 DPSK、 BFSK 四 種調(diào)制方式，下面分別討論這 四 種數(shù)字調(diào)制的原理。如 圖 2 本文主要工作： (1) 通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，掌握了多種數(shù)字調(diào)制技術(shù) (ASK、 PSK 類、 FSK 類、 QAM等 )的原理及 目前主要實(shí)現(xiàn)方法 ， 結(jié) 合 DDS 技術(shù) 完成了調(diào)制器實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)。如 Qualm 公司推出的 DDS 系列 Q22 Q22 Q233 Q22 Q2368等； AD 公司相繼推出的 AD9850、 AD985可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的 AD985以 DDS 為核心的 QPSK 調(diào)制器 AD9853 以及兩路正交 輸出的 AD9854 等 [2]。 近年來， FPGA 具備了日益強(qiáng)大的嵌入式處理核。 FPGA 因其低成本、低功耗、可重構(gòu)性、高靈活性、高數(shù)據(jù)吞吐量等諸多優(yōu)越性能而備受青睞。 4QAM、16QAM、 64QAM以致 256QAM都在微波通信中獲得成功應(yīng)用。此處所謂“線性”，是指這類調(diào)制技術(shù)要求通信設(shè)備從頻率變換到放大和發(fā)射的過程中保持充分的線性。 本文在查閱大量資料，了解當(dāng)前軟件無線電發(fā)展背景的基礎(chǔ)上，將 DDS 技術(shù)和FPGA 技術(shù)結(jié)合起來， 進(jìn)行了軟件編程及硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于 FPGA 的多種數(shù)字調(diào) 制器， 并對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，與理論結(jié)果基本一致。 本系統(tǒng)集 FPGA和 DDS技術(shù)優(yōu)勢(shì)于一身，可任意設(shè)置已調(diào)信號(hào)的頻率、相位和幅度，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，具有很高的轉(zhuǎn)換精度和較低的相位噪聲；同時(shí)還具有速度快、穩(wěn)定性高 、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好，成本低、體積小等諸多優(yōu)點(diǎn)。 (8) 對(duì)多種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較 分析 (9) 編寫畢業(yè)論文 3．主要參考文獻(xiàn) [1] 潘松，黃繼業(yè)． EDA 技術(shù)實(shí)用教程 [M]．第二版．北京：科學(xué)出版社， 2021． [2] 郭梯云，鄔國揚(yáng)，李建東．移動(dòng)通信 [M]．修訂版．西安：西安電子科技大學(xué) 出版社， 2021． [3] 蘇小妹 ． 軟件無線電系統(tǒng)的研究及其 FPGA 實(shí)現(xiàn) [D]． 湖南 ： 湖南 大學(xué) ， 2021． [4] 陽晰．高速數(shù)字調(diào)制解調(diào) [D]．成都：電子科技大學(xué)， 2021． [5] 韋維，畢存強(qiáng)，吳興潔 ． 淺談移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技 術(shù) [J]．無線電技術(shù)與信息 ， 2021(10)： 6669． [6] ALFREDO LINZ, ALAN HENDRICKSON． Efficient Implementation of an IQ 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) III GMSK Modulator[J]． IEEE TRANSACTION ON CIRCUITS AND SYSTEMS, 1996,43(1)： 1423． [7] ABHIJIT PATAIT ． Efficient GMSK Modulator Targets GSM Design[EB/OL].(20210322). 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Cyclone Device Handbook[Z]. 2021． 4． 進(jìn)度安排 設(shè)計(jì) (論文 )各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱資料并掌握數(shù)字調(diào)制原理及實(shí)現(xiàn)方法 2 月 20 日 3 月 20 日 2 數(shù)字調(diào)制器硬件電路設(shè)計(jì) 3 月 21 日 4 月 20 日 3 各功能模塊 VHDL 編程 5 月 1 日 5 月 10 日 4 軟件仿真及 系統(tǒng) 調(diào)試 5 月 11 日 5 月 25 日 5 畢業(yè)論文的編寫 5 月 26 日 6 月 10 日 6 英文資料翻譯 學(xué)期過程中自行安排 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) IV 摘 要 本文 實(shí)現(xiàn) 了基于 FPGA技術(shù) 的多種 數(shù)字調(diào)制器 。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 2． 設(shè)計(jì) (論文 )的基本要求和內(nèi)容 (1) 查閱有關(guān)數(shù)字調(diào)制原理的中外文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí) (2) 學(xué)習(xí) FPGA 基本設(shè)計(jì)原理及簡(jiǎn)單功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法 (3) 結(jié)合數(shù)字調(diào)制原理，進(jìn)行基于 FPGA 的數(shù)字調(diào)制器硬件電路設(shè)計(jì)。 基帶信號(hào)速率可以從 512bps到 擇，滿足與目前多種設(shè)備的基帶信號(hào)接口的要求。 FPGA(Field Programmable Gate Array)作為軟件無線電另一核心技術(shù)，近 10 年無論在規(guī)模、處理速度還是在功耗上，都取得了長足的進(jìn)步。而作為移動(dòng)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(dòng)通信系統(tǒng)的重要保證。 提高頻譜利用率是提高通信容量的重要措施，也是人們?cè)O(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的焦點(diǎn)。1 各移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的調(diào)制方式 [5] 標(biāo)準(zhǔn) 服務(wù)類型 主要調(diào)制方式 GSM 蜂窩 GMSK IS95 蜂窩 上行： OQPSK 下行： BPSK PHS 無繩 π /4DQPSK CDMA2021 蜂窩 QPSK 和 BPSK WCDMA 蜂窩 QPSK 和 HPSK TDSCDMA 蜂窩 QPSK 和 8PSK B3G(4G) 蜂窩 OFDM 及其相關(guān)技術(shù) 第 節(jié) 基于 FPGA 數(shù)字調(diào)制器研究的意義 在軟件無線電發(fā)展的今天，本文的研究意義包含兩個(gè)方面。2 可看出，相比于 ASIC， FPGA 具有低成本、更大的靈活性、可重構(gòu)性及較短的市場(chǎng)投放時(shí)間。但近 20 年間，隨著器件技術(shù)水平的提高，因其頻率范圍寬、高分辨率、相位連續(xù)等一系列優(yōu)點(diǎn)成為頻率合成技術(shù)中的佼佼者。因此，本課題具有較好的研究價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 第 2 章 數(shù)字調(diào)制原理 第 節(jié) 概 述 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的基本原理是用數(shù)字基帶信號(hào) 0 與 1 去控制正弦載波中的一個(gè)或多個(gè)參量，把比特率為 R(bit/s)的二進(jìn)制數(shù)字序列變換為適當(dāng)?shù)闹蓄l或射頻信號(hào) [1]。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 綜上所述，調(diào)制技術(shù)研究的主要內(nèi)容包括：調(diào)制的原理、已調(diào)信號(hào)的頻譜特性 及其產(chǎn)生方法等。2 ASK 調(diào)制框圖 已調(diào)信號(hào)功率譜密度如下 ： (2亦即利用載波的前后相位差來傳遞當(dāng)前絕對(duì)碼 { nb }。5) 第 節(jié) 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理 實(shí)際中許多數(shù)字通信系統(tǒng)常常采用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制，與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制不同的是：多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制是利用多進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)去調(diào)制載波的振幅、頻率或相位。則 MFSK 的主瓣帶寬為 (28： 圖 2 對(duì)輸入絕對(duì)碼流串并轉(zhuǎn)換后進(jìn)行四進(jìn)制差分編碼，然 后通過 QPSK 調(diào)制器即可獲得已調(diào)信號(hào)。π /2 的相位跳變，具有較低的頻譜旁瓣。13 QAM 調(diào)制框圖 16QAM 矩形星座圖如圖 28) 圖 2然而，在某些通信場(chǎng)合，如移動(dòng)通信中，對(duì)信號(hào)帶外輻射功率的限制十分嚴(yán)格，要求對(duì)鄰近信道的衰減達(dá) 60dB 以上。12) 該系統(tǒng)函數(shù)具有線性相位， 組 延時(shí)為 0t ， ? 決定了高斯濾波器的帶寬。 (1) 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式 ： (ASK、 BFSK、 PSK： BPSK 和 DPSK) 在該三種數(shù)字調(diào)制方式中， FSK 是信息傳輸中用得最早的一種調(diào)制方式。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 PSK 類調(diào)制方式中，不同相位差的載波越多，傳輸速率越高，并能夠減少由于信道特性引起的碼間串?dāng)_的影響，提高頻譜利用率。它在保持譜效率的同時(shí)維持相應(yīng)的同波道和鄰波道干擾，且包絡(luò)恒定，實(shí)現(xiàn)起來較為容易。 第 節(jié) 用 FPGA 實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制器的原理及方法 (1) 數(shù)字調(diào)制的基本實(shí)現(xiàn)方案 一般來說數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特殊情況來處理；二是利用數(shù)字信號(hào)的離散取值去鍵控載波，通過改變載波參數(shù) (頻率、幅度和相位 )實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，通常稱為鍵控法。1) 相位函數(shù) )(t? 對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù) 為信號(hào)的角頻率 (31 為 單頻正弦信號(hào)進(jìn)行采樣的情況。從式 (39) 綜上所述，只要改變兩次連續(xù)采樣之間的相位增量，經(jīng)保持和濾波后，就可 改變輸出信號(hào)的頻率，這就是直接數(shù)字式頻率合成的原理。2 DDS 頻率合成原理圖 DDS 系統(tǒng)的性能分析 (1) 工作頻率很寬 根據(jù) 式 可知當(dāng) 1?K 時(shí)， Ncff 2/min0 ? ，所以當(dāng) N 足夠大時(shí)，合成頻率幾 乎 可以 趨向于零。同時(shí)， DDS 輸出頻率的變化是通過改變相位的累