【正文】 加量實(shí)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(hào)的相位連續(xù)。 (7) 相位噪聲性能 由于 DDS 的全數(shù)字結(jié)構(gòu)，其相位噪聲不可能獲得很高的指標(biāo)，它主要取決于參考時(shí)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?cái)嗉夹g(shù)是將相位累加器輸出截?cái)?，取?N 位作為相位調(diào)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(zhuǎn)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(zhǔn)確恢復(fù)所需信號(hào)需要在 DAC 輸出端加入 補(bǔ)償濾波器。4 低通補(bǔ)償濾波器幅頻特性曲線 在實(shí)際通信系統(tǒng)中，幅頻特性應(yīng)盡可能滿足補(bǔ)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(shí)鐘：本設(shè)計(jì)選擇實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的 20M 晶振作時(shí)鐘源， 利用 Cyclone 芯片內(nèi)部 PLL 倍頻到 250M 作為系統(tǒng)時(shí)鐘 ， 提高系統(tǒng)的輸出頻率范圍。 ⑦ 低通補(bǔ)償濾波器：由于 DDS 系統(tǒng)輸出信號(hào)為單頻信號(hào)，故本設(shè)計(jì)可以不進(jìn)行補(bǔ)償 ，只需將信號(hào)進(jìn)行低通濾波即可。設(shè)載波信號(hào)頻率為 0f ， DDS 系統(tǒng)時(shí)鐘為 cf ，下節(jié) 將針對(duì)第二章的多種數(shù)字調(diào)制方式，給出 wordf 、 wordp 和 worda 的計(jì)算方法及 數(shù)值大小，同時(shí)也給出其具體的實(shí)現(xiàn)方案。16) 可計(jì)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(hào)去控制載波的頻率，設(shè)兩頻率為 1f 和 2f 因此有： (3串并轉(zhuǎn)換電路在位同步信號(hào)作用下利用移位寄存器來實(shí)現(xiàn)，如圖 36 BPSK 調(diào)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 (3) 差分移相鍵控 (DPSK) DPSK 是利用基帶信號(hào)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(hào) 0 或 1 去控制載波的有無，因此其對(duì)應(yīng)頻率字、相位字為定值，幅度字則隨著基帶信號(hào)的變化而變化。 DDS技術(shù)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(zhuǎn)換時(shí)間極短等 )帶入了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中，后文將對(duì)其詳細(xì)分析。 輸入幅度字為 10 位，最高位作為符號(hào)位，故最大值為 511。若采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，例如將幅度調(diào)制器輸出信號(hào)送入 MCU 或 DSP 進(jìn)行數(shù)字域 的低通補(bǔ)償，則可以將上述方案中的 DAC 與濾波器的順序?qū)Q。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?cái)嗉夹g(shù)，但會(huì)引起系統(tǒng)雜散 。 通過設(shè)置 相位字可以 獲得任意相位的正弦信號(hào)。為 發(fā) 揮 DDS 優(yōu)越性， 常采用截?cái)嗉夹g(shù) 增加 相位累加器長(zhǎng)度 。如 (1)中所述， DDS 輸出頻率上限取系統(tǒng)時(shí)鐘 cf 的 40%左右。如上例中，其分辨力達(dá)到了 ?? ，這在傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 DDS 系統(tǒng)的基本組成如圖 38) 相應(yīng)的模擬信號(hào)為 根據(jù)采樣定理， K 的最大值應(yīng)小于 M 的二分之一。 從式 (3 圖 320 基于 FPGA 的數(shù)字調(diào)制器實(shí)現(xiàn)框圖 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 第 3 章 基于 FPGA 的 中頻 數(shù)字調(diào)制器 的軟件 設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 本章首先介紹了 DDS 的原理及其 FPGA 實(shí)現(xiàn)，然后進(jìn)行了多種數(shù)字調(diào)制器的軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試 。19 GMSK 調(diào)制方式與 QPSK/DQPSK 性能比較 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 數(shù)字調(diào)制技術(shù)是移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。因此 MSK 信號(hào)更易于在窄帶信道傳輸，對(duì)鄰道的干擾 較小，具有比 BPSK 更優(yōu)越的抗干擾性能。 正因?yàn)檫@些特點(diǎn)， 多進(jìn)制調(diào)制方式獲得廣泛應(yīng)用。 第四章將利用該沖激響應(yīng)來討論該高斯濾波器的實(shí)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 調(diào)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(diào)制原理 為克服 QPSK 信號(hào)解調(diào)過程中的相位模糊 ，可采用 DQPSK 調(diào)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 (26，它根據(jù) K 比特輸入從 KM 2? 個(gè)頻率中選擇一個(gè)發(fā)送： 圖 25： (a) ( b) 圖 22)。 實(shí)現(xiàn)框圖如圖 2同時(shí)， 必須考慮調(diào)制解調(diào)器的可實(shí)現(xiàn)性： 如采用恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，則可采用限幅器、低成本非線性高放器件；而對(duì)于非恒包絡(luò)技術(shù)，則需采用成本 較高的線性高放器件。 (3) 完成了調(diào)制器硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，利用 Protel DXP 進(jìn)行了原理圖和 PCB 板圖的繪制。 (3) 本文將 FPGA 技術(shù)與 DDS 技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮了兩大技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。2 FPGA 與 ASIC、高速 DSP 性能比較 [6] 器件 功耗 體積 成本 現(xiàn)場(chǎng)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 目前，根據(jù)移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展過程和通信業(yè)務(wù)的要求不同，各移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的調(diào)制方式也各有特點(diǎn) ,如表 1主要包括 MSK、 GMSK、 GFSK和 TFM等。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 第 1 章 緒 論 第 節(jié) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展 近年來，我國(guó)移動(dòng)通信 業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，已深入到社會(huì)生活的各個(gè)方面。為此，美國(guó) MILTRE 公司在 1992 年 5 月首次明確提出了一個(gè)新名詞：軟件無線電 (Software Radio)[1]。 首先 ， 本文 介紹了 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展 及 多種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的原理， 給出了基于FPGA的數(shù)字調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)原理及方法； 然后在完成了 DDS模塊設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)上， 實(shí)現(xiàn)了 多種數(shù)字調(diào)制器的 軟件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了硬件平臺(tái) 原理圖和 PCB圖的繪制。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。同時(shí) 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(biāo)準(zhǔn)和體制之間無法兼容的弊端也嚴(yán)重制約著通信技術(shù)的發(fā)展。第五章給出了本系統(tǒng)的實(shí)測(cè)結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析；最后，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。 (2) 恒定包絡(luò) (連續(xù)相位 )調(diào)制技術(shù)。 隨著對(duì)通信技術(shù)的要求越來越高，多載波調(diào)制 (MCM)技術(shù)中的正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)、離散小波多音調(diào)制 (DWMT)技術(shù)等，也越來越多地應(yīng)用到移動(dòng)通信中。2 和表 1 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 表 1對(duì)于 DDS 用于調(diào)制技術(shù)的研究與應(yīng)用也剛剛起步。 并 對(duì) FPGA 芯片(EP1C6Q240C8)編程下載，在硬件平臺(tái)上對(duì)于各種數(shù)字調(diào)制方式進(jìn)行 實(shí)際運(yùn)行和測(cè)試 ，經(jīng)過示波器觀測(cè)和頻譜分析儀分析 ，功能和技術(shù)指標(biāo)均滿足任務(wù)書要求。1 數(shù)字調(diào)制方式分類 針對(duì) 移動(dòng)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(diào)信號(hào)應(yīng)具有較高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落能力。1) ??na 為單極性二進(jìn)制數(shù)字序列 。3 BPSK 調(diào)制框圖 在 +1 或 1 等概出現(xiàn)時(shí) 已調(diào) 信號(hào)功率譜密度同 公式 (24) 實(shí)現(xiàn)框圖如 圖 2 實(shí)現(xiàn)框圖如圖 2 ① 四相絕對(duì)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(diào)制框圖 在 QPSK 的碼元速率與 PSK 信號(hào)的比特速率相等的情況下， QPSK 信號(hào)是兩個(gè)PSK 信號(hào)之和，因此具有和 PSK 信號(hào)相同的頻譜特征和誤比特性能。π降 為177。12 OQPSK 調(diào)制實(shí)現(xiàn)框圖 正交振幅調(diào)制原理 (QAM) 正交振幅調(diào)制是 BPSK 和 QPSK 的進(jìn)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(diào)制方式。 相位連續(xù)的 2FSK 信號(hào)的兩頻率 之間的互相關(guān)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(diào)頻器來產(chǎn)生 MSK 信號(hào)。 為使輸出頻譜密集，預(yù)調(diào)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(diào)制器輸入信號(hào)中的高頻分量； (2) 脈沖響應(yīng)過沖量小，以防止瞬時(shí)頻偏過大； (3) 保持濾波器輸出脈沖響應(yīng)曲線下 面積對(duì)應(yīng)于π /2 的相移，使調(diào)制指數(shù)為 1/2。18 高斯濾波器沖激脈沖響應(yīng) 注意到 )(th 關(guān)于 0tt? 對(duì)稱。顯然，增大碼元寬度就會(huì)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(hào)功率譜比 BPSK 更加緊湊，其主瓣比 BPSK 信號(hào)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(hào)。7) 若每次的相位增量取 ? 的 K 倍，則所得信號(hào)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(hào)。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(guān)重要的。3 FPGA 實(shí)現(xiàn) DDS 的結(jié)構(gòu)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(shí)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(shí)鐘 相位累加 器 相位調(diào)制器 幅度調(diào)制 器器 相位字 幅度字 N 位 N 位 補(bǔ)償 濾波器 輸出 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 率字控制 DDS 輸出頻率。 ② 相位調(diào)制器 相位調(diào)制器也是一個(gè)加法器。若 ROM 為正弦波查找表，可利用正弦波的對(duì)稱性選擇存儲(chǔ) 1/4 周期正弦波。 cMword f ff 02?Mcff 2min0 ?北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 1 : EF。\n”,’i’,(int)((s+1)*1023/2))。為提高輸出信號(hào)的頻率范圍，本設(shè)計(jì)采用高速 DAC 完成數(shù)模信號(hào)的轉(zhuǎn)換。13) 因此為準(zhǔn)確恢復(fù) )(?F 頻譜，在 DAC 的輸出端需要引入具有以下補(bǔ)償特性的低通濾波器： (33 所示設(shè)計(jì)方案。 ⑤ 幅度調(diào)制器：正弦波查找表輸出幅度碼為 10 位。因此， DDS 用于調(diào)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(shí)的已調(diào)信號(hào) 波形。6： 圖 3其實(shí)現(xiàn)框圖串并轉(zhuǎn)換電路可完成二進(jìn)制碼元到多進(jìn)制碼元 的轉(zhuǎn)換。19) 由于 DDS 輸出信號(hào)具有連續(xù)的相位，因此該方案實(shí)現(xiàn)的調(diào)制方式實(shí)為 CPFSK. 本文取 K HZfK HZf 2 0 5,1 9 5 21 ?? ，計(jì)算可得：