【正文】 o 7。 基帶信號(hào) y :out std_logic)。 系統(tǒng)時(shí)鐘 start :in std_logic。 use 。 use 。270176。90176。4 基于FPGA的QPSK調(diào)制解調(diào)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于FPGA的QPSK調(diào)制電路方框圖基帶信號(hào)通過(guò)串／并轉(zhuǎn)換器得到2位并行信號(hào)，四選一開(kāi)關(guān)根據(jù)該數(shù)據(jù)，選擇載波對(duì)應(yīng)的相位進(jìn)行輸出，即得到調(diào)制信號(hào)。因此，π/4QPSK比QPSK有更好的恒包絡(luò)性質(zhì)，但是對(duì)包絡(luò)的變化比OQPSK更敏感。 還有一種QPSK調(diào)制方式，被稱作π/4QPSK，它是OQPSK和QPSK的折衷，它的符號(hào)間的最大相位跳變是177。相位點(diǎn)。相位跳變消除了，所以O(shè)QPSK信號(hào)的帶限不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)包絡(luò)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)。相位跳變帶來(lái)的負(fù)面影響。90176。因而，產(chǎn)生了一種改進(jìn)型的QPSK信號(hào)，OQPSK，即交錯(cuò)或參差QPSK。任何一種在過(guò)零點(diǎn)的硬限幅或非線性放大，都將由于信號(hào)在低電壓時(shí)的失真而在傳輸過(guò)程中帶來(lái)已被濾除的旁瓣，這顯然是并不希望的。,那么它們所對(duì)應(yīng)的星座圖，(b)的樣子。比如前面那個(gè)例子，假如01對(duì)00偏90176。而且我們可以看出，這樣的相位偏移，(a)所介紹的星座圖。參考相位00101101參考相位 (a) (b) QPSK星座映射圖 上圖星座圖中，11，01，00，10分別對(duì)應(yīng)于己調(diào)信號(hào)相位初始載波相位通常設(shè)為0。 QPSK的星座圖 QPSK信號(hào)常?？梢杂眯亲鶊D來(lái)表示，或者也可稱之為矢量圖。插入導(dǎo)頻也可以使數(shù)字信號(hào)的包絡(luò)，隨同步信號(hào)的某種波形而變化。自同步是直接從接收的信號(hào)中提取位同步信息，而外同步是在發(fā)射端專門發(fā)射導(dǎo)頻信號(hào)。因?yàn)橄⑹且淮B續(xù)的碼元系列，解調(diào)時(shí)必須知道碼元的起止時(shí)刻，即碼同步。但是，對(duì)于抑制載波分量的調(diào)制信號(hào)來(lái)說(shuō)，要從接收的信號(hào)中恢復(fù)出參考載波，必須進(jìn)行相應(yīng)的處理。兩者的區(qū)別在于，同步解調(diào)需要一個(gè)相干同步的本地載波。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的任務(wù)是恢復(fù)出傳輸來(lái)的原始數(shù)據(jù)系列。也就是說(shuō)，數(shù)字混頻器和數(shù)字本振的數(shù)據(jù)位數(shù)不夠?qū)挘嬖谖矓?shù)截?cái)嗟那闆r；數(shù)字本振相位的樣本值存在近似的情況。數(shù)字下變頻的組成與模擬下變頻器類似，包括數(shù)字混頻器、數(shù)字控制振蕩器（NCO）和低通濾波器（LPF）三部分組成。信號(hào)的采樣是模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的一個(gè)通道，是數(shù)字化解調(diào)過(guò)程中一個(gè)及其關(guān)鍵的步驟。假如已調(diào)信號(hào)為，、分別為同相路和正交路，為載波頻率。 QPSK解調(diào)原理在QPSK解調(diào)中，常采用相干解調(diào)[18] [12] [21] [22]，其原理框圖見(jiàn)下圖所示： QPSK解調(diào)過(guò)程相干解調(diào)中，正交路和同相路分別設(shè)置兩個(gè)相關(guān)器(或匹配濾波器)，得到I(t)和Q(t)，經(jīng)電平判決和并一串變換后即可恢復(fù)原始信息。: QPSK調(diào)制過(guò)程,可以看出，QPSK是由兩路BPSK信一號(hào)構(gòu)成，且兩路信號(hào)相互正交的，即相位差相差90176。QPSK調(diào)制器可以看成由兩個(gè)BPSK調(diào)制器構(gòu)成。然后根據(jù)組合情況，用載波的四種相位表征它們。 QPSK調(diào)制原理 QPSK信號(hào)有00、011四種狀態(tài)。從Xn和Yn的取值，容易發(fā)現(xiàn)兩者具有一定的矢量約束關(guān)系，保證兩者合成的矢量點(diǎn)在落在同一圓周上。π/4體系對(duì)應(yīng)n=π/4，3π/4，5π/4，7π/4四個(gè)離散值。 對(duì)于四種相位的選擇，存在π/2體系和π/4體系。在QPSK調(diào)制系統(tǒng)中，發(fā)送端可取的相位值為四個(gè)。 QPSK信號(hào)可以表示為 ()式中，是載波的角頻率，是第k個(gè)碼元的載波相位取值，Ts是一個(gè)發(fā)送碼元的持續(xù)時(shí)間，它將取可能的四種相位之一，g(t)是發(fā)送碼元的波形函數(shù)。,0176。180176。當(dāng)start為高電平時(shí)，進(jìn)行調(diào)制，仿真結(jié)果如圖3所示，選擇相位分別為0176。 f0四選一開(kāi)關(guān)根據(jù)信號(hào)yy值，選擇載波對(duì)應(yīng)相位進(jìn)行輸出，可得到已調(diào)信號(hào)Y。 f2 10 180176。 調(diào)制信號(hào)說(shuō)明 信號(hào)yy 載波相位 載波波形 載波符號(hào) 00 0176。、270176。、90176。 串／并變換 信號(hào) 碼元 a 1 1 0 0 1 1 1 0 0 b 0 1 0 1 0 1 0 0 0 ab=yy 10 11 00 01 10 11 10 00 00時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入八分頻計(jì)數(shù)器q進(jìn)行分頻得到4種不同相位的載波。串/并轉(zhuǎn)換四選一開(kāi)關(guān)調(diào)制信號(hào) MPSK調(diào)制方框圖 ，輸入時(shí)鐘信號(hào)clk及使能信號(hào)start，當(dāng)start為高電平時(shí)才進(jìn)行QPSK調(diào)制，輸入基帶信號(hào)X為0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0進(jìn)行串／并變換。180176。CLK START 基帶信號(hào) 分 頻0176。電路主要由分頻器和四選開(kāi)關(guān)等組成，分頻器對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻和計(jì)數(shù)，并輸出4路頻率相同而相位不同的相干數(shù)字載波信號(hào)；四選一開(kāi)關(guān)是在基帶信號(hào)的控制下，對(duì)4路載波信號(hào)進(jìn)行選通，輸出數(shù)字QPSK信號(hào)。的載波。的載波；ab為10時(shí)，輸出相位為180176。雙比特碼元ab為00時(shí)，輸出相位為0176。 帶通濾波器 邏輯選相電路串/并轉(zhuǎn)換 四相載波發(fā)生器 相位選擇法的組成方框圖，四相載波發(fā)生器分別送出調(diào)相所需的4種不同相位的載波，即數(shù)字載波信號(hào)。 180176。輸入 輸出 0176。故每個(gè)四進(jìn)制碼元又被稱為雙比特碼元。例如，若輸入二進(jìn)制數(shù)字信息序列為lO1lOlOO，則可將它們分成10，1l，01，00，然后用4種不同的相位來(lái)分別表示它們。它是利用載波四個(gè)不同的相位來(lái)表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。 二進(jìn)制相移鍵控對(duì)于二進(jìn)制相移鍵控BPSK（Binary Phase Shift Keying）來(lái)說(shuō)，就是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)0和1分別用載波的0和π來(lái)表示。從基帶變換到中頻以及射頻，中間的頻譜搬移和信號(hào)放大需要一個(gè)要求較高的線性信道，因而，設(shè)計(jì)要求較高。上述各項(xiàng)原則并不是任何基帶傳輸碼型均能完全滿足，往往是依照實(shí)際要求滿足其中若干項(xiàng)[16]。(7)高的編碼效率。(6)低誤碼增殖。(5)編碼方案對(duì)發(fā)送消息類型不應(yīng)有任何限制，即能適用于信源變化。(4)碼型具有一定檢錯(cuò)能力。串?dāng)_是指同一電纜內(nèi)不同線對(duì)之間的相互干擾，基帶信號(hào)的高頻分量越大，則對(duì)鄰近線對(duì)產(chǎn)生的干擾就越嚴(yán)重。(2)碼型中高頻分量盡量少。傳輸碼（常稱為線路碼）的結(jié)構(gòu)將取決于實(shí)際信道的特性和系統(tǒng)工作的條件。前一問(wèn)題稱為傳輸碼型的選擇，后一問(wèn)題稱為基帶脈沖的選擇。實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)還可能提出其它要求，從而導(dǎo)致對(duì)基帶信號(hào)也存在各種可能的要求。 所謂數(shù)字基帶信號(hào)，就是消息代碼的電脈沖表示―電波形。若抽樣值大于門限，則判為“高”電平。然而，在接收濾波器的輸出信號(hào)里，總還是存在畸變信號(hào)和混有噪聲的。因此，到達(dá)接收端的基帶脈沖信號(hào)發(fā)生了畸變。在基帶傳輸系統(tǒng)中,一系列的基帶信號(hào)波形被變換成相應(yīng)的發(fā)送基帶波形后，就被送入信道。再次，實(shí)際傳輸系統(tǒng)常希望在不中斷通信的前提下，能監(jiān)視誤碼，如果傳輸碼型有一定的規(guī)律性，那么就可以根據(jù)這一規(guī)律性來(lái)檢測(cè)傳輸質(zhì)量，以便做到自動(dòng)監(jiān)測(cè)，因此，傳輸碼型應(yīng)具有一定的誤碼檢測(cè)能力。其次，傳輸碼型中應(yīng)含有定時(shí)時(shí)鐘信息，以利于收端定時(shí)時(shí)鐘的提取，在基帶傳輸系統(tǒng)中，定時(shí)信息是在接收端再生原始信息所必需的。當(dāng)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，高頻分量的衰減隨距離的增大而增大，電纜中線對(duì)之間的電磁輻射也隨著頻率的增高而加劇，從而限制信號(hào)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量，同時(shí)信道中往往還存在隔直流電容和耦合變壓器，他們不能傳輸直流分量及對(duì)低頻分量有較大的衰減，因此對(duì)于一般信道高頻和低頻部分均是受限的。在一般的數(shù)字通信系統(tǒng)中首先將消息變?yōu)閿?shù)字基帶信號(hào)，稱為信源編碼，經(jīng)過(guò)調(diào)制后進(jìn)行傳輸，在接收端先進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)為基帶信號(hào)，再進(jìn)行解碼轉(zhuǎn)換為消息。 數(shù)字基帶信號(hào)信源發(fā)出的沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始電信號(hào)所固有的頻帶，稱為基本頻帶，簡(jiǎn)稱基帶。數(shù)字通信的缺點(diǎn)是，一般需要較大的傳輸帶寬。（4）易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。（3）便于用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理、變換、存儲(chǔ)。（2）傳輸差錯(cuò)可控。在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，如微波中繼通信，各中繼站可利用數(shù)字通信特有的抽樣判決再生的接受方式，使數(shù)字信號(hào)再發(fā)生且噪聲不積累。數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖请x散取值的數(shù)字波形，接收端的目標(biāo)不是精確地還原被傳輸?shù)牟ㄐ?，而是從受到噪聲干擾的信號(hào)中判決出發(fā)送端所發(fā)送的是哪一個(gè)波形。可見(jiàn)，模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別僅在于信道中傳輸?shù)男盘?hào)種類[14]。需要說(shuō)明的是， 。按照同步的功用不同，可分為載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。 數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。 在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過(guò)程叫加密。為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼”。作用之二是，當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源編碼的作用之一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)， 。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用，而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：一是攜帶有信息，二是適合在信道中傳輸，三是信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號(hào)又稱頻帶信號(hào)。完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。 我們