【正文】 加量實現(xiàn)的， 頻率的變化只改變相位函數(shù)曲線的斜率，而曲線本身是連續(xù)的，從而使得輸出信號的相位連續(xù)。 (7) 相位噪聲性能 由于 DDS 的全數(shù)字結構，其相位噪聲不可能獲得很高的指標，它主要取決于參考時鐘源的相位噪聲和相位累加器、 ROM、 DAC 等各部件的噪聲特性。 截斷技術是將相位累加器輸出截斷，取高 N 位作為相位調制器輸入尋址查找表。 ③ 正弦波查找表 [12] 正弦查找表主要 相位序列向幅度序列的轉換。 ROM 初始化數(shù)據(jù)文件可采用 (.mif)或 (.hex)文件。float s。 romgen 是編譯后的程序名。為準確恢復所需信號需要在 DAC 輸出端加入 補償濾波器。4 低通補償濾波器幅頻特性曲線 在實際通信系統(tǒng)中，幅頻特性應盡可能滿足補償要求，而相頻特性只要求具有線性相移特性即可。 ① 系統(tǒng)時鐘：本設計選擇實驗平臺提供的 20M 晶振作時鐘源， 利用 Cyclone 芯片內部 PLL 倍頻到 250M 作為系統(tǒng)時鐘 ， 提高系統(tǒng)的輸出頻率范圍。 ⑦ 低通補償濾波器：由于 DDS 系統(tǒng)輸出信號為單頻信號，故本設計可以不進行補償 ，只需將信號進行低通濾波即可。設載波信號頻率為 0f ， DDS 系統(tǒng)時鐘為 cf ，下節(jié) 將針對第二章的多種數(shù)字調制方式，給出 wordf 、 wordp 和 worda 的計算方法及 數(shù)值大小，同時也給出其具體的實現(xiàn)方案。16) 可計算： 71099511627?wordf ， )1(511 ?? nword aa 示波器 觀察 波形 如圖 3 (4) 移頻鍵控 (BFSK) BFSK 是利用基帶信號去控制載波的頻率，設兩頻率為 1f 和 2f 因此有： (3串并轉換電路在位同步信號作用下利用移位寄存器來實現(xiàn)，如圖 36 BPSK 調制波形 ??? ???? ? )0( )1(0 12 1nnNw or d aaacMword fff /2 0? 0?wordp)0( )1(021???????nnNw or d aapcMword fff /2 0? 12 1 ?? ?Nworda北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 27 (3) 差分移相鍵控 (DPSK) DPSK 是利用基帶信號去控制載波的前后相差，因此有： (3 (1) 振幅鍵控 (ASK) ASK 是利用基帶信號 0 或 1 去控制載波的有無，因此其對應頻率字、相位字為定值，幅度字則隨著基帶信號的變化而變化。 DDS技術將許多優(yōu)良的性能 (工作頻率范圍很寬、頻率分辨率極高、相位連續(xù)和頻率轉換時間極短等 )帶入了數(shù)字調制系統(tǒng)中，后文將對其詳細分析。 輸入幅度字為 10 位，最高位作為符號位，故最大值為 511。若采用數(shù)字方式實現(xiàn)，例如將幅度調制器輸出信號送入 MCU 或 DSP 進行數(shù)字域 的低通補償，則可以將上述方案中的 DAC 與濾波器的順序對換。14) 其幅頻特性曲線如圖 3 圖 3 } } 把上述 C 程序編譯成程序后，在 DOS 命令行下執(zhí)行命令： romgen 。 … .(數(shù)據(jù)略去 ) END。 ? 采用相位截斷技術，但會引起系統(tǒng)雜散 。 通過設置 相位字可以 獲得任意相位的正弦信號。為 發(fā) 揮 DDS 優(yōu)越性， 常采用截斷技術 增加 相位累加器長度 。如 (1)中所述， DDS 輸出頻率上限取系統(tǒng)時鐘 cf 的 40%左右。如上例中，其分辨力達到了 ?? ，這在傳統(tǒng)的頻率合成技術中是很難做到的。 2/1/0 ?cffM/2???MfTf cc ?? ??2m in0MKfTKf cc ?? ??20)2sin()( tMKftu c??NcKff 20 ?北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 20 DDS 系統(tǒng)的基本組成如圖 38) 相應的模擬信號為 根據(jù)采樣定理， K 的最大值應小于 M 的二分之一。 從式 (3 圖 320 基于 FPGA 的數(shù)字調制器實現(xiàn)框圖 北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 18 第 3 章 基于 FPGA 的 中頻 數(shù)字調制器 的軟件 設計 與實現(xiàn) 本章首先介紹了 DDS 的原理及其 FPGA 實現(xiàn)，然后進行了多種數(shù)字調制器的軟件設計和系統(tǒng)調試 。19 GMSK 調制方式與 QPSK/DQPSK 性能比較 北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 17 數(shù)字調制技術是移動通信系統(tǒng)的關鍵技術。因此 MSK 信號更易于在窄帶信道傳輸，對鄰道的干擾 較小，具有比 BPSK 更優(yōu)越的抗干擾性能。 正因為這些特點， 多進制調制方式獲得廣泛應用。 第四章將利用該沖激響應來討論該高斯濾波器的實現(xiàn)。 高斯低通濾波器滿足以上要求。 圖 2 15 所示。 北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 12 調制框圖如 圖 2 3π /4，從而改善了 DQPSK 的頻譜特性。 ② 差分四相移相鍵控 (DQPSK)與π /4DQPSK 調制原理 為克服 QPSK 信號解調過程中的相位模糊 ，可采用 DQPSK 調制。 sssTncsTQ P SK TntnT ttnTtAgtnTtAgtS )1( )s i ns i nc os)(c os()c os ()()( ??? ?????? ??????ssss fMTMTTMB 2 32 3122 1 ????????北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 10 (26，它根據(jù) K 比特輸入從 KM 2? 個頻率中選擇一個發(fā)送： 圖 25： (a) ( b) 圖 22)。 實現(xiàn)框圖如圖 2同時， 必須考慮調制解調器的可實現(xiàn)性： 如采用恒定包絡調制技術，則可采用限幅器、低成本非線性高放器件；而對于非恒包絡技術，則需采用成本 較高的線性高放器件。 (3) 完成了調制器硬件平臺的設計，利用 Protel DXP 進行了原理圖和 PCB 板圖的繪制。 (3) 本文將 FPGA 技術與 DDS 技術相結合，充分發(fā)揮了兩大技術的優(yōu)勢。2 FPGA 與 ASIC、高速 DSP 性能比較 [6] 器件 功耗 體積 成本 現(xiàn)場可編程性 硅芯片的解決方案 高速 DSP 高 中等 中 /高 高 易 ASIC 中等 大 高 無 難 FPGA 低 小 中 /低 高 易 表 13。 北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 3 目前，根據(jù)移動通信系統(tǒng)的發(fā)展過程和通信業(yè)務的要求不同，各移動通信系統(tǒng)采用的調制方式也各有特點 ,如表 1主要包括 MSK、 GMSK、 GFSK和 TFM等。 北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 2 第 1 章 緒 論 第 節(jié) 數(shù)字調制技術的發(fā)展 近年來，我國移動通信 業(yè)務迅猛發(fā)展，已深入到社會生活的各個方面。為此，美國 MILTRE 公司在 1992 年 5 月首次明確提出了一個新名詞：軟件無線電 (Software Radio)[1]。 首先 ， 本文 介紹了 數(shù)字調制技術的發(fā)展 及 多種數(shù)字調制技術的原理， 給出了基于FPGA的數(shù)字調制器的實現(xiàn)原理及方法； 然后在完成了 DDS模塊設計 的基礎上， 實現(xiàn)了 多種數(shù)字調制器的 軟件設計，并進行了硬件平臺 原理圖和 PCB圖的繪制。 申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。 本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。同時 還可 作為由 MCU控制的任意波形發(fā)生器。但多種無線通信標準和體制之間無法兼容的弊端也嚴重制約著通信技術的發(fā)展。第五章給出了本系統(tǒng)的實測結果，并對結果進行分析；最后，對全文進行總結。 (2) 恒定包絡 (連續(xù)相位 )調制技術。 隨著對通信技術的要求越來越高，多載波調制 (MCM)技術中的正交頻分復用(OFDM)調制技術、離散小波多音調制 (DWMT)技術等，也越來越多地應用到移動通信中。2 和表 1 北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 4 表 1對于 DDS 用于調制技術的研究與應用也剛剛起步。 并 對 FPGA 芯片(EP1C6Q240C8)編程下載，在硬件平臺上對于各種數(shù)字調制方式進行 實際運行和測試 ，經(jīng)過示波器觀測和頻譜分析儀分析 ，功能和技術指標均滿足任務書要求。1 數(shù)字調制方式分類 針對 移動通信信道的兩大基本特征為帶寬有限、干擾和噪聲影響大 ， 已調信號應具有較高的頻譜利用率和較強的抗干擾、抗衰落能力。1) ??na 為單極性二進制數(shù)字序列 。3 BPSK 調制框圖 在 +1 或 1 等概出現(xiàn)時 已調 信號功率譜密度同 公式 (24) 實現(xiàn)框圖如 圖 2 實現(xiàn)框圖如圖 2 ① 四相絕對移相鍵控 (QPSK) QPSK 是利用載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息。9 QPSK 調制框圖 在 QPSK 的碼元速率與 PSK 信號的比特速率相等的情況下， QPSK 信號是兩個PSK 信號之和，因此具有和 PSK 信號相同的頻譜特征和誤比特性能。π降 為177。12 OQPSK 調制實現(xiàn)框圖 正交振幅調制原理 (QAM) 正交振幅調制是 BPSK 和 QPSK 的進一步推廣，通過振幅和相位的聯(lián)合控制，可以得到更高頻譜效率的調制方式。 相位連續(xù)的 2FSK 信號的兩頻率 之間的互相關系數(shù)是兩載頻的頻率間隔)2( 21 fff ??? 的函數(shù)，如圖 2178。16 的調頻器來產(chǎn)生 MSK 信號。 為使輸出頻譜密集，預調制濾波器必須具備以下特性 [7]： (1) 窄帶和尖銳的截止特性，以抑制 FM 調制器輸入信號中的高頻分量； (2) 脈沖響應過沖量小，以防止瞬時頻偏過大； (3) 保持濾波器輸出脈沖響應曲線下 面積對應于π /2 的相移，使調制指數(shù)為 1/2。18 高斯濾波器沖激脈沖響應 注意到 )(th 關于 0tt? 對稱。顯然，增大碼元寬度就會增大碼元能量，并能減少由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。 MSK 信號功率譜比 BPSK 更加緊湊，其主瓣比 BPSK 信號要窄，旁瓣下降更為迅速。19： 圖 220： 圖 25) 是連續(xù)兩次采樣之間的相位增量。1)的模擬信號。7) 若每次的相位增量取 ? 的 K 倍，則所得信號頻率為 (3 DAC 輸出的電壓是經(jīng)保持的階梯波，需經(jīng)低通濾波器之后才能得到所需頻率的模擬信號。11)可知 DDS 的頻率分辨力等于它的最低輸出頻率。 (6) 工作頻帶限制 影響 DDS 頻率上限值的主要因素是器件的速度，其中 ROM 和 DAC 的速度是至關重要的。3 FPGA 實現(xiàn) DDS 的結構框圖 (2) 各模塊 介紹 ① 相位累加器 相位累加器是 DDS 系統(tǒng)的核心，完成 DDS 實現(xiàn)原理中的相位累加功能，利用頻寄存器 正弦波 查找表 寄存器 寄存器 高速DAC 寄存器 寄存器 頻率字 M 位 M 位 系統(tǒng)時鐘 相位累加 器 相位調制器 幅度調制 器器 相位字 幅度字 N 位 N 位 補償 濾波器 輸出 北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 22 率字控制 DDS 輸出頻率。 ② 相位調制器 相位調制器也是一個加法器。若 ROM 為正弦波查找表，可利用正弦波的對稱性選擇存儲 1/4 周期正弦波。 cMword f ff 02?Mcff 2min0 ?北京化工大學畢業(yè)設計 (論文 ) 23 1 : EF。\n”,’i’,(int)((s+1)*1023/2))。為提高輸出信號的頻率范圍，本設計采用高速 DAC 完成數(shù)模信號的轉換。13) 因此為準確恢復 )(?F 頻譜，在 DAC 的輸出端需要引入具有以下補償特性的低通濾波器： (33 所示設計方案。 ⑤ 幅度調制器：正弦波查找表輸出幅度碼為 10 位。因此， DDS 用于調制的可行性不言而喻。 為易于觀察，本節(jié)所示圖片均為 KHZff b 220 ?? 時的已調信號 波形。6： 圖 3其實現(xiàn)框圖串并轉換電路可完成二進制碼元到多進制碼元 的轉換。19) 由于 DDS 輸出信號具有連續(xù)的相位，因此該方案實現(xiàn)的調制方式實為 CPFSK. 本文取 K HZfK HZf 2 0 5,1 9 5 21 ?? ，計算可得：