【正文】 頻放大器的功率效率比較低。 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行傳輸。 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 。 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)點是 :實現(xiàn)起來較容易 ,抗噪聲與抗衰減的性能較好 。 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。近幾年，隨著研究工作的深入，人們提出了不少 改進方案。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。已調(diào)信號通過信道傳輸?shù)浇邮斩耍缓笸ㄟ^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)。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。 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 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。 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)是實現(xiàn)高速、高效的移動通信系統(tǒng)的重要保證。 實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)是實現(xiàn)高速、高效的移動通信系統(tǒng)的重要保證。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。 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。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、可替換的軟件來實現(xiàn)。軟件無線電臺的實現(xiàn)采用了全數(shù)字技術(shù)，但其與第二代全數(shù)字接收機有著根本的不同。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。本文通過對 2ASK、 MQAM、 QPSK、 OFDM 等數(shù)字調(diào)制方法的基本原理進行學(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，并對其差別進行深入的分析。 關(guān)鍵詞： 數(shù)字調(diào)制；軟件無線電； FPGA； OFDM 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 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. Through various digital modulation methods of parison I know: to design a reasonable modulation system, several factors must be taken into account in making digital modulation system design, such as error rate, bandwidth, bandwidth efficiency, signal to noise ratio, spectrum overflow. Key words： digital modulation。 FPGA 以其功能強大，開發(fā)周期短、投資少、可重復(fù)修改、開發(fā)工具智能及可軟件升級等特點成為無線通信領(lǐng)域硬件涉及的首選方式之一 [1]。 軟件無 線電技術(shù)的基本思想是將寬帶的 A/D 轉(zhuǎn)換器盡可能的靠近射頻天線，即盡可能早的將接收到模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，在最大程度上通過 DSP 軟件來實現(xiàn)通信系統(tǒng)的各種功能，其基本的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 是上世紀(jì) 80 年代中期出現(xiàn)的一類新型可編程器件。 終端 接口 射頻收 發(fā) RF轉(zhuǎn)換 A/D D/A 數(shù)字中頻 DSP 用戶或 計算機 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 軟件無線電技術(shù)的核心思想是將寬帶的 A/D 轉(zhuǎn)換器盡可能的靠近射頻天線，即盡可能早的將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，最大程度的通過 DSP 軟件來實現(xiàn)通信系統(tǒng)的各種功能。為了進行長途傳輸，必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。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)。雖然這些新型體制較為復(fù)雜，但是隨著超大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，使得復(fù)雜的設(shè)計可以用少量集成電路模塊實現(xiàn)，有些硬件電路的功能還可以用軟件實現(xiàn)。數(shù)字通信中的信息是包含在脈沖的有無之中的，只要噪聲絕對值不超過某一門限值，接收端便可判別脈沖的有無，以保證通信的可靠性。 數(shù)字調(diào)制技術(shù)簡介 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示 圖 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 近年來，我國移動通信業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，已深入到社會生活的各個方面。對數(shù)字調(diào)制技術(shù)的主要要求是：已調(diào)信號的頻譜窄和帶外衰減快（即所 占頻帶窄，或者說頻譜利用率高）；易于采用相干或非相干解調(diào)；抗噪聲和抗干擾的能力強；以及適宜在衰落信道中傳輸。 提高頻譜利用率是提高通信容量的重要措施，是人們規(guī)劃和設(shè)計通信系統(tǒng)的焦點?？梢灶A(yù)期，在移動信道中使用多電平 QAM調(diào)制和多載波技術(shù)將成為主要的調(diào)制技術(shù)。 QAM 是幅度、相位聯(lián)合調(diào)制的技術(shù)，它同時利用了載波的幅度和相位來傳遞信息 比特，因此在最小距離相同的條件下可實現(xiàn)更高的頻帶利用率，目前 QAM最高已達(dá)到 1024QAM（ 1 024 個樣點）。對二進制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為 B=2Fa+2Fb,Fa 是二進制基帶信號的 帶寬 ， 也是 FSK 信號的最大頻偏，由于 數(shù)字信號 的帶寬即 Fb 值大，所以二進制頻移鍵控的信號帶寬 B 較大，頻帶利用率小。但在多相調(diào)制時，相位取值數(shù)增大，信號之間的相位差也就減小，傳輸?shù)目煽啃詫㈦S之降低，因而實際中用得較多的是四相制（ 4PSK）和八相制（ 8PSK）。OFDM 的 正交指各個載波的 信號頻譜是正交的 ，它的 全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個基本振蕩頻率的整數(shù)倍 。由于它具有強大的計算和繪圖功能、大量穩(wěn)定可靠的算法庫和簡潔高效的編程語言，已成為數(shù)學(xué)計算工具方面事實上的標(biāo)準(zhǔn)。 MATLAB 具有功能豐富的工具箱和強大的運算、文字處理功能。 MATLAB 能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動確定最佳坐標(biāo)；規(guī)定多種坐標(biāo)系（如極坐標(biāo)系、對數(shù)坐標(biāo)系等）；設(shè)置不同顏線型、視角等，并能繪制三維坐標(biāo)中的區(qū)縣和曲面。因此，我們將在研究中使用FPGA， 利用 Verilog HDL 語言和 Xinlinx ISE、 Synplify Pro 和 Quartus 軟件開發(fā)平臺對各種數(shù)字調(diào)制方法進行仿真和實現(xiàn) 研究。 FPGA 的基本特點主要有： (1)采用 FPGA 設(shè)計 ASIC 電路，用戶不需要投片生產(chǎn)就能得到合用的芯片； 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 (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)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件之一； (5)FPGA 采用高速 CHMOS工藝，功耗低，可以與 CMOS、 TTL 電平兼容。FPGA/CPLD 軟件包中有各種輸入 工具 和仿真工具及版圖設(shè)計工具和編 程器等全線產(chǎn)品，電路設(shè)計人員在很短的時間內(nèi)就可完成電路的輸入、編譯、優(yōu)化、仿真，直至最后芯片的制作。掉電后， FPGA 恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消 失。如今，隨著 FPGA 向更高密度、更大容量、更低功耗和集成更多IP 的方向發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計工程師在從這些優(yōu)異性能獲益的同時，不得不面對由于 FPGA 前所未有的性能和能力水平而帶來的新的設(shè)計挑戰(zhàn)。其中 Altera 和 Xilinx主要生產(chǎn)一般用途 FPGA，其主要產(chǎn)品采用 RAM 工藝。 圖 ASK 信號波形圖 圖 2ASK 的雙邊功率譜密度 2ASK 解調(diào)及誤比特率 2ASK 信號的解調(diào)有兩種方式：一種是相干解調(diào)；另一種是包絡(luò)檢波的非相干解調(diào) [1]。該方案的濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 優(yōu)點是：不需要載波提取電路，實現(xiàn)簡單。 dt=。 %模擬基帶信號 m(mt0)=1。 Lpfil=LPF(fc)。,) title(39。,) title(39。LineWidth39。 X=[H(N/2+1:N),H(1:N/2)]*dt end 圖 2ASK 的調(diào)制解調(diào)波形示意圖 其中的子程序 F2T 如下 : function x=F2T(X) global dt df t f T N %x 為時域的取樣值矢量， X 為 x 的傅氏變換， X 與 x 長度相同并為 2 的整冪 X=[X(N/2+1:N),X(1:N/2)]。 根據(jù)上述程序，得到調(diào)制 /解調(diào)曲線如圖 所示。 //carriers 是要調(diào)制的載波信號，將輸入信號 clk 經(jīng)過 4 分頻得到 reg carriers。 t=t+1。 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 input x。b111)。b010) //只要 m 計數(shù)器超過 3，就判決為 1 y=139。 在 Quartus 中仿真后，其結(jié)果如圖 所示。上述 MQAM 表達(dá)式還可以寫成正交表示形式 tnTtgAtnTtgASCnSn nn SnM Q A M ???? s i n]s i n)([c os]c os)([ ???? ?? () 從 ()式可以看出， MQAM 已調(diào)信號有兩路相互正交的載波疊加而 成，每路載波都被離散振幅調(diào)制。 QAM 調(diào)制 /解調(diào)的 MATLAB 實現(xiàn) 用 MATLAB 實現(xiàn)對隨機序列的 16QAM 的調(diào)制和解調(diào)，并繪制信噪比為 10dB情況下的 調(diào)制信號星座圖。 figu