【正文】 對(duì)于 Q 路，我們也可以得到同樣的結(jié)論。 end if。 then Q_mod = sin_data。 if Q_code= 39。 else I_mod = cos_data。039。139。其部分 程序如下： if clk39。所以，如果我們以“ 0”對(duì)應(yīng)高電平“ 1”，即輸出相位不變，以“ 1”對(duì)應(yīng)的電平“一 1”，即輸出相位改變?chǔ)?。圖 412 是載波調(diào)制模塊 carrier_mod 的結(jié)構(gòu)圖： 圖 412 載波調(diào)制模塊 carrier_mod 結(jié)構(gòu)圖 圖 412 中， clk 為系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)， reset 為復(fù) 位信號(hào)，輸入 I_mod、 Q_mod分別接入為差分編碼器的輸出， sin_data、 cos_data 接入 NCO 的正弦和余弦輸出，I_mod、 Q_mod 分別為載波調(diào)制后的輸出。 綜合仿真后，可以由圖 411 驗(yàn)證出clkc ff 81?，初始相位為 0，與理論設(shè)計(jì)完全一致。事實(shí)上， addr 的輸出就是總線 3 位的形式，只是仿真波形上用十進(jìn)制來(lái)顯示而已，本質(zhì)是一樣的。圖 49 為地址產(chǎn)生器 nco_addr 的仿真波形，圖 410 為波形存儲(chǔ) ROM nco_dataout 的仿真波形，圖 411 為綜合后頂層 nco_pon 的仿真波形。波形存儲(chǔ) ROM 的讀取采用查表法， nco_addr 的輸出作為 nco_dataout 的輸入，從而實(shí)現(xiàn)正弦 /余弦數(shù)據(jù)的輸出。 在調(diào)制系統(tǒng)中，載波的相位是固定的，因此，將相位控制字設(shè)為 000，即初始相位為 0 固定不變。采用系統(tǒng)時(shí)鐘作為 NCO 的參考時(shí)鐘，我們可以得到輸出的正弦 /余弦波的頻率為 5KHZ。因此， ? 的大小直接決定讀取一個(gè)完整正弦周期數(shù)據(jù)的快慢，即也決定了輸出波形的頻率。 假設(shè)頻率控制字的十進(jìn)制值為 ? ，每經(jīng)過(guò)一個(gè)參考時(shí)鐘，相位寄存器的值便增加一 個(gè)相位 ? ，因此對(duì)應(yīng)每個(gè)參考時(shí)鐘 ROM 的地址都會(huì)增加一個(gè) ? 的步長(zhǎng)。頻率控制字是累加器累加的步長(zhǎng)，即在每個(gè)參考時(shí)鐘的上升沿，頻率控制字都會(huì)與相位寄存器的輸出作為累加器的輸入端，相加得到新的相位值。波形存儲(chǔ) ROM 中的值與相位地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 41 所示。對(duì)正、余弦波一個(gè)周期的波形采樣 8 次，量化后存入 ROM中。若地址信息為 n 位，則ROM 中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為 n2 個(gè)，即說(shuō)明一個(gè)周期內(nèi)采樣了 n2 個(gè)點(diǎn)，每相鄰的地址信息所代表的相位信息相差n23600 ?？偟膩?lái)說(shuō)，波形存儲(chǔ) ROM 的作用是根據(jù)相位信息輸出該相位所對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)。它主要的功能是存儲(chǔ)一個(gè)整周期正弦波的所有采樣點(diǎn)的幅值數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個(gè)查找表。地址產(chǎn)生器主要任務(wù)是完成把相位信息轉(zhuǎn)換成地址信息的功能。 DDS是從相位概念出 23 發(fā)直接合成所需 波形的一種頻率合成技術(shù)，通常由相位累加器、加法器、波形存儲(chǔ) ROM、 D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器 (LPF)構(gòu)成。仿真中的 data、 code 分別為輸入輸出的寄存器，用以作為查表的輸入。 圖 43 給出了差分編碼器 dif_code 的結(jié)構(gòu)圖，圖中 clk 為系統(tǒng)時(shí)鐘輸入端，reset 為復(fù)位信號(hào)輸入端， I_data、 Q_data 為數(shù)據(jù)輸入端， I_code、 Q_code 為差分編碼后的數(shù)據(jù)輸出端。具體方法是把編碼后的模 4 加法結(jié)果放入一個(gè)表內(nèi)，并設(shè)定 i_code、 q_code 的初始參考電平均為 0，根據(jù)輸入的 i_data、 q_data 及輸出 i_code、 q_code 的上一個(gè)狀 22 態(tài) i_code(n1)、 q_code(n1)進(jìn)行查表，便可得出差分編碼值 i_code、 q_code。解調(diào)時(shí)并串轉(zhuǎn)換時(shí)按 q→ i→ q 的順序合并就能得到正確的結(jié)果。這兩個(gè)延遲會(huì)帶來(lái)串并轉(zhuǎn)換后面所有模塊的 輸出的延遲，所這并不會(huì)影響調(diào)制和解調(diào)結(jié)果。 圖 41 串并轉(zhuǎn)換器 se_to_pa 結(jié)構(gòu)圖 仿真時(shí)，設(shè)定輸入 initialdata 為二進(jìn)制序列“ 00110100111010101110”的不斷循環(huán)，得到的仿真圖形如圖 42 所示： 圖 42 串并轉(zhuǎn)換 se_to_pa 仿真波形 從仿真波形看出，輸出的 i_data 序列的一個(gè)循環(huán)為“ 0110100010” ,q_data序列的一個(gè)循環(huán)為“ 0100111111”，轉(zhuǎn)換后每個(gè)碼元的周期比 initialdata 擴(kuò)展了一倍。 a = a + 1。 else Q_data = initialdata。139。下面給出的是按此算法實(shí)現(xiàn)的部分 VHDL 程序： if clk39。編程實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘 上升沿計(jì)數(shù)，當(dāng)為奇數(shù)時(shí)，把 initialdata 賦予I 路輸出，若為偶數(shù)，把 initialdata 賦予 Q 路輸出。 本章在第三章的理論基礎(chǔ)上，利用 VHDL 語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)各模塊，并在ModelSim 仿真平臺(tái)上對(duì)各模塊進(jìn)行功能仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)圖 37，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，將單 /雙極性變換與乘法器綜合為載波調(diào)制模塊，即 QDPSK 調(diào)制系統(tǒng)由串并轉(zhuǎn)換模塊、差分編碼模塊、數(shù)控振蕩器模塊、載波調(diào)制模塊和加法器構(gòu)成。 設(shè) ?? 為本碼元與前碼元的相位差，則信息編碼與相位變化關(guān)系如表 32所示： 表 32 信息編碼與相位 變化關(guān)系表 ?? 0 090 0180 0270 編碼 00 01 11 10 令并串轉(zhuǎn)換后的 I、 Q兩路絕對(duì)碼為 a(n)、 b(n)編碼后的碼元為 c(n)、 d(n)，并假設(shè)c(n)、 d(n)的初始參考電平為 0，現(xiàn)在有一序列“ 0110110001”差分編碼得到的數(shù) (311) 18 據(jù)如下表 33所示： 表 33 QDPSK差分編碼數(shù)據(jù)例 表 序列 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 a(n) 0 1 1 0 0 b(n) 1 0 1 0 1 c(n1) 0 0 0 1 1 d(n1) 0 1 0 1 1 c(n) 0 0 0 1 1 1 d(n) 0 1 0 1 1 0 從上表中，容易看出來(lái)串并轉(zhuǎn)換后，每個(gè)碼元周期增加了一倍；再有， c(n)d(n)差分碼的生成，是 c(n1)d(n1)與串并轉(zhuǎn)換后原碼 a(n)b(n)的模 4加法，即： )()()1()1()()( nbnandndnc ???? 類似地，可以得到差分解碼的 表達(dá)式為： )()()1()1()()( ndndnbna ???? QDPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框架圖 根據(jù)以上的討論，我們可以得到 QDPSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖大致如下，其中圖 37為 QDPSK調(diào)制系統(tǒng)框圖，從圖中可以看出，調(diào)制系統(tǒng)由串并轉(zhuǎn)換模塊、差分編碼模塊、單 /雙極性變換模塊、數(shù)控振蕩器、乘法器和加法器構(gòu)成：圖 38為 QDPSK解調(diào)系統(tǒng)框圖，從圖中可以看出，解制系統(tǒng)由乘法器、數(shù)控振蕩器、低通濾波器、載波同步模塊、位同步模塊、抽樣判決器、差分解碼器和并串轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成。類似 2DPSK， QDPSK 是把 4 進(jìn)制信息加載到前后符號(hào)的相位變化上。 QDPSK 信號(hào)差分編碼及解碼 2PSK 有差分形式 2DPSK， QPSK 對(duì)應(yīng)也有 QDPSK（也稱為 DQPSK）。位同步保證接收端的抽樣脈沖頻率和發(fā)送端的碼元速率相同，同時(shí)使抽樣判決對(duì)準(zhǔn)最佳取樣判決位置。根據(jù)前面 的討論， I(t)、Q(t)兩路信號(hào)互為正交信號(hào)，解調(diào)端接收到調(diào)制信號(hào)后，跟兩路頻率均為 C? 的正弦和余弦信號(hào)進(jìn)行分別相乘后濾波，再根據(jù) 2PSK 的解調(diào)步驟即可得到兩路解調(diào)后的 I(t)、 Q(t)序列，然后進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，便可得到 QPSK 的解調(diào)信號(hào)。因此，調(diào)制前將一路數(shù)字序列經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后可分別進(jìn)行 2PSK 調(diào)制，然后將兩路調(diào)制波形疊加發(fā)送出去，便實(shí)現(xiàn)了 QPSK 調(diào)制。 QPSK 是 2PSK 的擴(kuò)展，類似地，其信號(hào)可以寫成 )c o s ()()( 0?? ?? ttutS CQP S K ， ??? ??? 2 )1(0 i ,? 為任意初相， i=1,2,3,4 將上式展開(kāi)，得 ttuttutS CCQP S K ???? s i ns i n)(c o sc o s)()( 00 ?? 令 I(t)= 0cos)( ?tu ,Q(t)= 0sin)( ?tu ,上式可寫成 ttQttItS CCQP S K ?? s i n)(c o s)()( ?? 于是 QPSK 信號(hào)可以看成是對(duì)兩個(gè)正交的載波調(diào)制后所得信號(hào)的疊加，因此可以用正交調(diào)制的方法得到 QPSK 信號(hào)。差分譯碼器原理很簡(jiǎn)單，根據(jù)表 31，我們很輕易地得到以下公式， )()1()( nbnbna ??? 按照式 38，我們便可得到調(diào)制前的基帶數(shù)字信號(hào) a(n)。一般地， )c o s ()( 0?? ?? ttS C 式中， 0? 為 2PSK 信號(hào)某一碼元的初相， 0? =0 時(shí)，代表數(shù)字“ 0”； 0 ? = π 時(shí)，代表數(shù)字“ 1”，與 NCO 產(chǎn)生的同步載波 tC?cos 相乘后，輸出為 )2c os (21c os21c os)c os ()( 000 ?????? ????? ttttZ CCC 低通濾波器的輸出為 ????????????時(shí)時(shí)????00021021c o s21)(，tX 根據(jù)發(fā)送端產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)時(shí) 0? （ 0 或 ? ）代表數(shù)字信息（ 0 或 1）的規(guī)定，以及接收端 )(tX 與 0? 關(guān)系的特性，抽樣判決器的判決準(zhǔn)則必須為 ?????1,00,0判為判為xx 其中， x 為抽樣時(shí)刻的值。將圖 33 稍作改變，我們可以得到 2DPSK 信號(hào)的解調(diào)原理框圖如圖 34 的所示： 圖 34 2DPSK 信號(hào)的解調(diào)原理框圖 在此特別說(shuō)明， 2CPSK 解調(diào)模塊，并不等同于第 節(jié)討論中的完全解調(diào)，即不會(huì)使最終的解調(diào)結(jié)果產(chǎn)生相位模糊。假定 2DPSK 信號(hào)的初始參考電平為 0，給定數(shù)字基帶信號(hào)即原碼 a(n)為“ 01101101”，根據(jù)所定的規(guī)則，我們很容易得到 2DPSK 信號(hào)即 b(n)(我們稱其為差分碼，具體在下面證明 )序列為“ 01001001”，把它們列成表格如表 31 所示： 14 表 31 2DPSK 差分編碼數(shù)據(jù)例表 原碼 a(n) 0 1 1 0 1 1 0 1 差分碼 b(n1) 0 0 1 0 0 1 0 0 差分碼 b(n) 0 0 1 0 0 1 0 0 1 仔細(xì)觀察表 31， b(n)實(shí)際上是 b(n1)與 a(n)的模 2 加法，我們可以得到以下結(jié)論： )()1()( nanbnb ??? 于是，我們只需在 2CPSK 調(diào)制電路前面加上一個(gè)差分編碼器，便可實(shí)現(xiàn) 2DPSK信號(hào)的調(diào)制，其產(chǎn)生原理框圖如圖 33 所示： 圖 33 2DPSK 信號(hào)產(chǎn)生原理框圖 圖 33 中的 2CPSK 調(diào)制在前面已講述，即將絕對(duì)碼 a(n)，轉(zhuǎn)換成雙極性數(shù)字基帶信號(hào)，再與載波相乘得到調(diào)制信號(hào)，在此省去其實(shí)現(xiàn)的原理框圖。 2DPSK 信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào) 2DPSK 信號(hào)的產(chǎn)生 根據(jù)前面所述的向量差調(diào)相法，每個(gè) DPSK 的生成，根據(jù)是前一碼元的相位及原碼信息。正是這一優(yōu)點(diǎn)，使 DPSK 得到了廣泛的應(yīng)用。解決相位模糊的代價(jià)是把解調(diào)電路及其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化，故在實(shí)際設(shè)備中，絕對(duì)相移的應(yīng)用并不廣泛。因此，解調(diào)時(shí)必須有與此同頻同相的同步載波。相干解調(diào)需要本地載波與接收到的已調(diào)信號(hào)中的載波信號(hào)保持同步 (即同頻同相 )關(guān)系。 特別說(shuō)明，在本文中，采用 DPSK 的調(diào)相，均為向量差法。在向量差法中，在絕對(duì)碼為“ 1”碼時(shí)， DPSK 的載波初相位相對(duì)前一碼元的終相位改變?chǔ)?。例如在相位差法中，在絕對(duì)碼為“ 1”碼時(shí)， DPSK 的載波初相位即前后兩碼元的初相位相對(duì)改變?chǔ)小Ｏ蛄坎钍侵盖耙淮a元的終相位與本碼元初相位比較，是否發(fā)生了相位變化，而相位差是指前后兩碼元的初相位是否發(fā)生了變化，圖 32 給出了兩種定義的 2 DPSK 波形。 相對(duì)調(diào)相 (DPSK)]1[ 相對(duì)調(diào)相（相對(duì)移相），即 DPSK，也稱為差分調(diào)相，這種方式用載波相位的相對(duì)變化來(lái)傳送數(shù)字信號(hào)，即利用前后碼元之間載波相位的變化表示數(shù)字基帶信號(hào)。 圖 31 2CPSK 信號(hào)波形圖 ]1[ (31) 12 從圖 31 可見(jiàn)， 2CPSK 信號(hào)可以看成是雙極性數(shù)字基帶信號(hào)乘以載波而產(chǎn)生的，即 )c o s ()()( 02 ?? ?? tAtutS CC P S K 式中， u(t)為雙極性數(shù)字基帶信號(hào)波形，其波形如圖 31（ d）所示。受控載波在 0、π 兩個(gè)相位上變化如圖 31所示。 絕對(duì)調(diào)相 (CPSK)]1[ 所謂絕 對(duì)調(diào)相即 CPSK，是以載波相位的不同絕對(duì)值來(lái)表示不同的數(shù)字符號(hào)。 （ 6） VHDL 對(duì)設(shè)計(jì)的描述具有相