【正文】 18) wordf 、 wordp 和 worda 計(jì) 算數(shù)值與 (2)類似 。 在 節(jié) 設(shè)計(jì)的 DDS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)于不同的數(shù)字調(diào)制方式，只需計(jì)算出 對(duì)應(yīng)的 wordf 、 wordp 和 worda ，并作為 DDS 的輸入， DDS 系統(tǒng)的輸出信號(hào)即為已調(diào)信號(hào)。 (3) DDS 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 本節(jié)利用 Cyclone 系列芯片 EP1C6Q240C8 完成 DDS 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合GW48PK3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成系統(tǒng)的仿真測(cè)試。3 所示 DDS 系統(tǒng)是通過對(duì)單周期正弦信號(hào)零階抽樣保持而后通過 DAC 來實(shí)現(xiàn)的。 對(duì)于地址線為 10 位的正弦波查找表，生成 (.mif)文件的 C 程序如下： include include “” main() {int i。寄存器的作用 同上。在 cf 固定的情況下， DDS 頻率分辨率完全取決于相位累加器的字長(zhǎng) N 。2[10]： 圖 32)可知，是相位函數(shù)的斜率決定了信號(hào)的頻率。 第 節(jié) 直接數(shù)字頻率合成 (DDS)的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) DDS 原理及系統(tǒng)組成 (1) DDS 原理 [9] 一個(gè) 單頻率 正弦 信號(hào)可表示為 (3 GMSK 信號(hào)在二進(jìn)制調(diào)制中具有最優(yōu)綜合性能。 第 節(jié) 各類數(shù)字調(diào)制方式 性能分析 本節(jié)將從頻譜利用率、 抗噪聲性能 (或功率利用率 )、設(shè)備復(fù)雜性 等幾個(gè)方面對(duì)本章多種數(shù)字調(diào)制技術(shù) 的性能進(jìn) 行分析。16 利用 h＝ 的 VCO 產(chǎn)生 MSK 信號(hào) bTff 2112 ?? 21212 ????bbb RTRfh????? ?? 1 22 nK nKn anax ?? bc Tff 411 ?? bc Tff 412 ?? ]2cos [)( nnbcMSK xtaTtAtS ??? ??])2(2[)2( bb TfSawTSa ???? ??北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 高斯最小移頻鍵控原理 (GMSK) MSK 調(diào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)具有恒定振幅和信號(hào)功率譜密度在主瓣外衰減得較快。13： 圖 2它是利用在當(dāng)前四進(jìn)制符 號(hào)的載波相位 n? 與前一個(gè)四進(jìn)制符號(hào)的載波相位 1?n? 之相位差 ?? 來傳遞當(dāng)前絕對(duì)碼的雙比特碼。6 MFSK 調(diào)制框圖 設(shè)碼元持續(xù)時(shí)間為 sT ，則保持正交性的最小頻率間隔為sT21。 )]()([4)( 2 cscsA SK ffPffPAfP ????tnTtgaAS sTnA SK ?c os])([ ????? ??tnTtgaAS sTnB P SK ?c os])([ ????? ??北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 bBFSK TttfAtstfAtstS ????? ??? 02cos)( 2cos)()(2211 “空號(hào)”“傳號(hào)”??(3) 差分移相鍵控 (DPSK) 為克服 BPSK 信號(hào)接 收 端的相位模糊，可對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼， 然 后進(jìn)行BPSK 調(diào)制。此外，還必須考慮調(diào)制器和解調(diào)器本身的復(fù)雜性： 如采用相干解調(diào)和非相干解調(diào)等。在 FPGA器件構(gòu)造的硬件平臺(tái)上，結(jié)合 DDS 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了軟件無線電數(shù)字調(diào)器。 從表 1這類調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已調(diào)信號(hào)具有相對(duì)窄的功率譜，并且對(duì)放大器件沒有線性要求，不足之處是其頻譜利用率通常低于線性調(diào)制技術(shù)。 DDS 技術(shù)作為軟件無線電技術(shù)之一，近年來取得飛速發(fā)展，它在工作頻率范圍、頻率轉(zhuǎn)換速度、相位連續(xù)性、正交輸出、高分辨率以及易集成化等一系列性能方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)頻率合成水平，獲得廣泛應(yīng)用 [2]。 本人簽名： 日期： 年 月 日 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 設(shè)計(jì) (論文 )題目： 基于 FPGA 的數(shù)字調(diào)制器的實(shí)現(xiàn) 學(xué)院： 信息學(xué)院 專業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級(jí)： 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 專業(yè)負(fù)責(zé)人： 1． 設(shè)計(jì) (論文 )的主要任務(wù)及目標(biāo) (1) 查閱資料，掌握數(shù)字調(diào)制器原理及實(shí)現(xiàn)方法 (2) 完成基于 FPGA 的數(shù) 字調(diào)制器硬件電路設(shè)計(jì) (3) 完成各功能模塊 FPGA 編程 (4) 完成軟件仿真、硬件 設(shè)計(jì) 和 軟硬件 調(diào)試 (5) 完成畢業(yè)論文的編寫。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn) 10種不同調(diào)制方式，包括 2ASK、 BPSK、 BFSK、 QPSK、 DQPSK、 π /4DQPSK、 OQPSK、 16QAM、 MSK、GMSK。 全文分為五章，第一章介紹了數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展，及 本課題的意義；第二章分析了多種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的原理，并進(jìn)行了性能比較，最后給出了基于 FPGA 的數(shù)字調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)原理及方法；第三章在對(duì) DDS 原理進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，完成了多種數(shù)字調(diào)制器的 設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn)；第四章進(jìn)行了調(diào)制系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，完成了原理圖和 PCB板圖的繪制。針對(duì)移動(dòng)信道特性，人們提出了變速率 QAM(VRQAM)、多載波 QAM(MCQAM)等多種改進(jìn)方式。如 Altera 的 Nios 處理器為高性能 32bit RISC 處理器，配合 Altera 提供的 SOPC Builder 軟件 ，為軟件無線電提供了出眾的硬件平臺(tái)，也 增強(qiáng)了 FPGA 的 增值工程 應(yīng)用機(jī)會(huì)。 (2) 在 QuartusⅡ開發(fā)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了 2ASK、 2FSK、 2PSK、 QPSK、 DQPSK、OQPSK、 π /4QPSK、 QAM、 MSK、 GMSK 等 10 種數(shù)字調(diào)制方式 。 (1) 振幅鍵控 (ASK) ASK 又名二進(jìn)制通斷鍵控 (OOK)調(diào)制， 信號(hào)形式為： (2 (4) 移頻鍵控 (BFSK) BFSK 信號(hào)形式： (2本文將以四相制數(shù)字調(diào)制方式來討論多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式的原理。10 四進(jìn)制差分編碼框圖 DQPSK 信號(hào)具有和 QPSK 信號(hào)相同的頻譜特性；而π /4DQPSK 將 QPSK 的最大相位跳變177。 第 節(jié) 恒包絡(luò)連續(xù)相位 數(shù)字調(diào)制原理 最 小移頻鍵控原理 (MSK) MSK 是一種特殊形式的 FSK,其頻差是滿足兩個(gè)頻率相互正交 (相關(guān)系數(shù)為零 )的最小頻差，并要求 FSK 信號(hào)的相位連續(xù)。17 GMSK 調(diào)制框圖 GMSK 調(diào)制器輸出已調(diào)波頻譜由預(yù)調(diào)制濾波器的特性控制，因 此實(shí)現(xiàn) GMSK 調(diào)制的關(guān)鍵是預(yù)調(diào)制濾波器的設(shè)計(jì)。 ? 在 相同信息傳輸速率下，由于多進(jìn)制碼元傳輸速率比二進(jìn)制的低，因而多進(jìn)制信號(hào)碼元的持續(xù)時(shí)間要比二進(jìn)制的長(zhǎng)。 GMSK 與其它兩種調(diào)制方式的性能比較如 圖 24) 式中 (3現(xiàn)將整個(gè)周期的相位 ?2 分割為 M 等份，每一份 為可選擇的最小相位增量，若 每次的相位增量都 取 ? ，此時(shí)相位增長(zhǎng)的斜率最小，得到最低輸出頻率 (3 (2) 極高的頻率分辨力 由式 (33 所示： 圖 3通常有兩種方法降低所需 ROM 的容量： ? 選擇合理的編碼方式。 printf(“%d : %d。12) 的保持電路后，所得信號(hào) )(0 tfS 的頻譜如下所示： (3所選 ROM 的地址線位數(shù) 10 位，字長(zhǎng) 10 位，所選字長(zhǎng)應(yīng)與所選擇的 DAC 的數(shù)據(jù)位數(shù)相匹配。 第 節(jié) 基于 FPGA 的 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制器設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 本節(jié)討論了 ASK、 BPSK、 DPSK、 BFSK 四種 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)。7 BFSK 調(diào)制波形 第 節(jié) 基于 FPGA 的 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制器的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 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。5 ASK 調(diào)制波形 (2) 移相鍵控 (BPSK) BPSK 是利用基帶信號(hào)去控制載波相位，因此其 對(duì)應(yīng)頻率字、幅度字為定值，相位字則隨著基帶信號(hào)的變化而變化。15) 通過調(diào)整相位字 wordp 或幅度字 worda ，即可對(duì)某一固定頻率 wordf 下的輸出從信號(hào)進(jìn)行相位 和幅度的數(shù)控。14)即可 ，甚至可以不加補(bǔ)償 [12]。 將 正弦波表中 單極性數(shù)據(jù) 最高位取反作為帶符號(hào)數(shù)，通過帶符號(hào)乘法器與幅度字相乘完成輸 出波形幅度的數(shù)控 ，其中 幅度字最大值為 )12( 1 ??N 。 DEPTH =10。10) 輸出信號(hào)的最小頻率 即頻率分辨率位 為 相位截?cái)嗉夹g(shù)使得 DDS 的頻率分辨率及帶寬得到較大提高，但 也成為 DDS 雜散的主要來源。 (5) 數(shù)字調(diào)制性能 NcKff 2/0 ?北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 由于 DDS 為全數(shù)字的相位控制系統(tǒng)，利用控制字 K 可直接調(diào)整輸出信號(hào)的頻率和相位，因此可在 DDS 設(shè)計(jì)方便的加上數(shù)字調(diào)頻、調(diào)相功能。 ? 將模 2 的累積相位通過查找表 (LUT)映射成相應(yīng)的正弦函數(shù)值。 )(s i n)s i n ()2s i n ()( 00 tttftu ??? ???00( ) / 2d t dt f? ? ???)2sin ()( 0 Tfnu ?? ..)2,1,0( ?nnnTfn c ???? ??? 02)( ..)2,1,0( ?ncc ffTf /22 00 ??? ???北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 根據(jù)采樣定理，只要 (3 (3) 本文數(shù)字調(diào)制器實(shí)現(xiàn)方案 本文 將 DDS 技術(shù)用于數(shù)字調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)，使載波產(chǎn)生和基帶調(diào)制合二為一， 克服了以上 方案 的不足 ，并將 DDS 技術(shù)的諸多優(yōu)良性能引入了該調(diào)制系統(tǒng)。 而 QAM 在具有多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了以上缺陷。 對(duì)于 GSM 系統(tǒng)，取 ?TBb 。9) 其調(diào)制指數(shù)為 (211 QPSK 和 OQPSK 的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖 (a)QPSK 。 ，即可得到 A 方式的格雷碼映射星座圖。 )]()([4)]()([4)( 222112 ffPffPAffPffPAfP ssssF SK ????????北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制原理 MFSK 是 2FSK 的擴(kuò)展。3) ??na 為雙極性二進(jìn)制數(shù)字序列 。 數(shù)字調(diào)制技術(shù)有多種分類方式：從已調(diào)信號(hào)相位是否連續(xù)角度可分為相位不連續(xù)調(diào)制和相位連續(xù)調(diào)制；從 已調(diào) 信號(hào)包絡(luò)是否恒定角度可分為恒定包絡(luò)調(diào)制和非恒定包絡(luò)調(diào)制。 國(guó)外率先展開了 DDS 用于調(diào)制技術(shù)的研究，并已生產(chǎn)出了非常成熟的 DDS 調(diào)制芯片。 軟件無線電的基本思想是以把 DSP 或 FPGA 芯片或通用 CPU 芯片等硬件平臺(tái)為依托，將盡可能多的無線通信功能 (如調(diào)制解調(diào)、信道信源編碼、 加密模式、通信協(xié)議等 )由軟件實(shí)現(xiàn)。 在實(shí)際應(yīng)用中，有兩類用的最多的數(shù)字調(diào)制方式 [4]： (1) 線性調(diào)制技術(shù)：主要包括 PSK、 QPSK、 DQPSK、 OQPSK、π /4DQPSK、多電平 PSK和 QAM等。 通過實(shí)際運(yùn)行和測(cè)試，功能和技術(shù)指標(biāo)均滿足 要求。誠(chéng)信聲明 本人聲明： 我 所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。載波頻率最高可達(dá) 20MHZ，頻率分辨率為 。 移動(dòng)通信對(duì)調(diào)制技術(shù)的主要要求是：已調(diào)信號(hào)的頻譜窄和帶外衰減快 (即頻譜利用率高 )；易于采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)；抗噪聲和抗干擾能力強(qiáng)；以及適宜在衰落信道中傳輸。 (1) 采用 FPGA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制器的設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)相比，通過預(yù)置相位累加器的初始值和改變相位間隔，可精確 控制合成信號(hào)的相位和頻率，易于實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字調(diào)制方式。數(shù)字信號(hào)調(diào)制的基本類型分為振幅鍵控 (ASK)、頻移鍵控 (FSK)和相移鍵控 (PSK)，此外還有許多有基本類型改進(jìn)或綜合而獲得的新型調(diào)制技術(shù)：包括多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)和 改進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù) 等。2) (2) 移相鍵控 (BPSK) BPSK 信號(hào)形式為：