【正文】 知道，信源發(fā)出的原始電信號是基帶信號，基帶的含義是指信號的頻譜從零頻附近開始，如語音信號為3003400Hz， 圖像信號為06MHz。 模擬信號波形圖 數(shù)字信號波形① 連續(xù)信號； ② 抽樣信號①二進(jìn)制波形； ②2PSK波形因此，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號， 可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。凡信號參量只能取有限個值，并且常常不直接與消息相對應(yīng)的信號，均稱為數(shù)字信號，如電報信號、計算機輸入/輸出信號、PCM信號等。凡信號參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個值的，且直接與消息相對應(yīng)的信號，均稱為模擬信號，如電話機送出的語音信號、電視攝像機輸出的圖像信號等。消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體—電信號來實現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語音、活動圖片等。受信者（簡稱信宿）是傳送消息的目的地，其功能與信源相反，即把原始電信號還原成相應(yīng)的信息，如揚聲器等。對于多路復(fù)用信號，接收設(shè)備中還包括解除多路復(fù)用，實現(xiàn)正確分路的功能。信道的固有特性及引入的干擾和噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。有線信道和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。信道是一種物理媒質(zhì)，用來將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端。因此，發(fā)送設(shè)備涵蓋的內(nèi)容很多，可能包含變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制等過程。并且模擬信源送出的信號經(jīng)數(shù)字化處理后也可送出數(shù)字信號。根據(jù)消息的種類不同，心愿可分為模擬信源和數(shù)字信源。根據(jù)研究的對象以及所關(guān)注的問題不同，因而相應(yīng)有不同形式的更具體的通信模型。信宿是傳輸信息的歸宿點，其作用是將復(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息[13]。接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。噪聲的來源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的。根據(jù)研究對象的不同，需要對實際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以反映傳輸媒質(zhì)對信號的影響。有線和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。信道是指傳輸信號的物理媒質(zhì)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式?？梢?，模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別僅在于信道中傳輸?shù)男盘柗N類。如果從廣義的角度看，則廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、遙測、遙控等也可以列入通信范疇。消息具有不同的形式，例如：符號、文字、話音、音樂、數(shù)據(jù)、圖片、活動圖像等等。仿真結(jié)果表明了該設(shè)計的正確性。文中介紹了通信系統(tǒng)的組成、QPSK調(diào)制解調(diào)原理，并基于FPGA實現(xiàn)了QPSK調(diào)制電路。相移鍵控是用數(shù)字基帶信號控制載波的相位，使載波的相位發(fā)生跳變的一種調(diào)制方式。它同樣足用輸入的數(shù)字信號控制(鍵控)載波的幅度、頻率和相位，因而有三種基本調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK(Ampl itudeShift Keying)、頻移鍵控FSK(FrequencyShift Keying)、相移鍵控PSK(PhaseShift Keying)。數(shù)字調(diào)制是數(shù)字符號轉(zhuǎn)換成與信道特性相匹配的波形的過程。1. 3 課題研究的意義和主要工作數(shù)字字調(diào)制解調(diào)技術(shù)在數(shù)字通信中占有非常重要的地位，數(shù)字通信技術(shù)與FPGA的結(jié)合是現(xiàn)代通信系統(tǒng)發(fā)展的一個必然趨勢?；谶@樣的發(fā)展，F(xiàn)PGA己經(jīng)成為實現(xiàn)軟件無線電數(shù)字信號處理的一種非常有效的選擇。 近年來，F(xiàn)PGA工藝發(fā)展很快，F(xiàn)PGA的工作時鐘頻率也不斷增高，使芯片的處理能力增強。世界上主要的FPGA生產(chǎn)商是美國Altera公司和Xilinx公司，總共占據(jù)了全球市場份額的60%以上。雖然FPGA的思路來源于門陣列，但它與門陣列PLD不同，其內(nèi)部由許多獨立的可編程邏輯模塊(CLB)組成，邏輯塊之間可以靈活地相互連接。采用FPGA器件可以將原來的電路板級產(chǎn)品集成為芯片級產(chǎn)品，同時還可以很方便地對設(shè)計進(jìn)行在線修改，它成為研制開發(fā)的理想器件之一。與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，F(xiàn)PGA具有功能強大，開發(fā)過程投資小、周期短，可反復(fù)編程修改，保密性能好，開發(fā)工具智能化等特點，正好充分發(fā)揮了軟件無線電可編程能力強，易于升級的特點，用FPGA取代或部分取代專用ASIC芯片可提高靈活性。這為制造出規(guī)模更大，速度更快和信息容量更大的芯片系統(tǒng)提供了條件，促進(jìn)了電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)的發(fā)展。ASIC處理速度快，但開發(fā)成本高，而且內(nèi)部功能不可改變，這樣系統(tǒng)的可重構(gòu)性差；DSP可以通過更改軟件來改變其功能，其重構(gòu)性好，但它的處理速度慢，逐漸跟不上越來越高的信號處理速度的要求。 FPGA的發(fā)展概況 FPGA/CPLD、DSP和CPU被稱為未來數(shù)字電路系統(tǒng)的3塊基石，也是目前硬件設(shè)計研究的熱點[11]。QPSK是目前應(yīng)用非常廣泛的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，目前QPSK調(diào)制的實現(xiàn)主要是利用數(shù)字電路和專用芯片來完成，通常利用可編程數(shù)字電路對基帶信號進(jìn)行碼元變換，成形濾波等處理后得到同相分量和正交分量，然后將兩路信號分量經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換獲得模擬信號送入一個正交相乘器與中頻載波調(diào)制得到中頻QPSK調(diào)制信號。在全數(shù)字解調(diào)中，幾乎所有的模擬解調(diào)單元和件都可以對應(yīng)地找到它的數(shù)字化形式，如數(shù)字濾波器（FIR或IIR）、全數(shù)字乘法器和數(shù)控振蕩器[9], [10]（NCO）等。這種傳統(tǒng)的模擬解調(diào)單元電路體積大、形式復(fù)雜；調(diào)試周期長而且受人為因素影響大；器件內(nèi)部噪聲大，易受環(huán)境影響，可靠性差；因此，這種傳統(tǒng)的接收機不能完全發(fā)揮數(shù)字通信的優(yōu)勢，不能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的最佳接收。 數(shù)字通信解調(diào)系統(tǒng)框圖在傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收機的解調(diào)單元都是用模擬處理方法和器件實現(xiàn)的。，主要包括解調(diào)單元、信碼再生單元和譯碼單元。?。?）按已調(diào)信號的結(jié)構(gòu)形式可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制兩種。 數(shù)字通信調(diào)制系統(tǒng)框圖首先將模擬信號數(shù)字化，然而數(shù)字信號序列進(jìn)行編碼碼流是不能或不適合直接通過傳輸信道進(jìn)行傳輸?shù)?，必須?jīng)過某種處理，使之變成適合在規(guī)定信道中傳輸?shù)男问?。本課題主要研究了基于FPGA的QPSK調(diào)制解調(diào)電路的實現(xiàn)方法，并給出了MAX+PLUSII環(huán)境下的仿真結(jié)果。多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與二進(jìn)制相比，其頻譜利用率更高。調(diào)制過程可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進(jìn)行調(diào)制。在資源允許下，還可以實現(xiàn)多路調(diào)制。FPGA器件的另一特點是可用硬件描述語言VHDL對其進(jìn)行靈活編程[8]，可利用FPGA廠商提供的軟件仿真硬件的功能，使硬件設(shè)計如同軟件設(shè)計一樣靈活方便，縮短了系統(tǒng)研發(fā)周期。現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)是20世紀(jì)9年代發(fā)展起來的大規(guī)模可編程邏輯器件，隨著電子設(shè)計自動化(ElectronDesign Automation EDA)技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)PGA的時鐘延遲可達(dá)到ns級，結(jié)合其并行工作方式，在超高速、實時測控方面都有著非常廣闊的應(yīng)用前景[7]。如果產(chǎn)生每一種信號需要一個硬件電路甚至一個模塊，那么能產(chǎn)生幾種、十幾種通信信號的通信機的電路將相當(dāng)復(fù)雜，體積重量將會很大，而且要增加新的調(diào)制方式也是十分困難的。隨著當(dāng)代通信的飛速發(fā)展，通信體制的變化也日新月異，新的數(shù)字調(diào)制方式不斷涌現(xiàn)并且得到實際應(yīng)用[2]。在調(diào)制的過程中可用鍵控[1]的方法由基帶信號對載頻信號的振幅，頻率及相位進(jìn)行調(diào)制最基本的方法有三種：正交幅度調(diào)制（QAM）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。1 引言1．1 研究背景 ，在一個多世紀(jì)的時間中，在飛速發(fā)展的計算機和半導(dǎo)體技術(shù)的推動下，無線通信的理論和技術(shù)不斷取得進(jìn)步，今天，無線移動通信已經(jīng)發(fā)展到大規(guī)模商用并逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚闹匾ㄐ欧绞街?。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與應(yīng)用數(shù)字信號處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越重要。頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對基帶信號進(jìn)行調(diào)制，使其頻譜搬移到適合信道傳輸?shù)念l帶上數(shù)字調(diào)制信號有稱為鍵控信號。作為數(shù)字通信技術(shù)中重要組成部分的調(diào)制解調(diào)技術(shù)一直是通信領(lǐng)域的熱點課題。目前的模擬調(diào)制方式有很多種，主要有AM、FM、SSB、DSB、CW等，而數(shù)字調(diào)制方式的種類更加繁多，如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、DPSK、 QPSK、QAM等。在眾多調(diào)制方式中，四相相移鍵控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)信號由于抗干擾能力強而得到了廣泛的應(yīng)用[3], [4]，具有較高的頻譜利用率和較好的誤碼性能，并且實現(xiàn)復(fù)雜度小，解調(diào)理論成熟，廣泛應(yīng)用于數(shù)字微波、衛(wèi)星數(shù)字通信系統(tǒng)、有線電視的上行傳輸、寬帶接入與移動通信等領(lǐng)域中[5]，并已成為新一代無線接入網(wǎng)物理層和B3G通信中使用的基本調(diào)制方式[6]。FPGA具有高集成度、高可靠性等特點，在電子產(chǎn)品設(shè)計中也將得到廣泛的應(yīng)用?；谏鲜鰞?yōu)點，用FPGA實現(xiàn)調(diào)制解調(diào)電路，不僅降低了產(chǎn)品成本，減小了設(shè)備體積，滿足了系統(tǒng)的需要，而且比專用芯片具有更大的靈活性和可控性。數(shù)字調(diào)制信號又稱為鍵控信號。最基本的方法有3種：正交幅度調(diào)制(QAM)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)．根據(jù)所處理的基帶信號的進(jìn)制不同分為二進(jìn)制和多進(jìn)制調(diào)制（M進(jìn)制)。其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多進(jìn)制相移鍵控)中應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)制方式。1. 2 國內(nèi)外研究狀況及趨勢 數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀數(shù)字信號調(diào)制是用基帶數(shù)字信號控制高頻載波，把基帶數(shù)字信號變換為頻帶數(shù)字信號的過程，數(shù)字信號的調(diào)制設(shè)備包括數(shù)字信號處理（編碼）單元和調(diào)制單元。在通信原理上，這種處理稱為信道編碼，一般包括擾碼，RS編碼，卷積交織，卷積編碼這幾部分；有關(guān)調(diào)制單元的調(diào)制類型的分類：（1）按數(shù)據(jù)類型數(shù)字調(diào)制可分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制兩種。（3）按數(shù)字調(diào)制方式分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式。其中，載波同步和定時同步是解調(diào)器的2個核心單元，它們直接決定著解調(diào)器的誤碼性能。其中，共同之處在于使用了模擬濾波器、鑒相器（乘法器）和壓控振蕩器(VCO)。解調(diào)單元的載波同步和定時同步將完全在數(shù)字部分完成，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位置決定了接收機的數(shù)字化程度。但全數(shù)字解調(diào)并不是簡單的將模擬解調(diào)中的器件全部數(shù)字化，它具有以下的特點：1)電路結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)試；2)可以使用復(fù)雜的算法，從而實現(xiàn)最佳的接收；3)便于計算機輔助設(shè)計，實現(xiàn)電子設(shè)計自動化（EDA）；4)易于集成和大規(guī)模生產(chǎn)，價格低廉。該方法適合高碼率數(shù)字信號的傳輸，但系統(tǒng)的開放性和靈活性較差。過去的數(shù)字信號處理實現(xiàn)中，大多采用ASIC和DSP，但這類器件都有一定的缺陷。 20世紀(jì)90年代以來，微電子技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，其工藝水平達(dá)到深亞微米級，在一個芯片上可集成數(shù)百萬乃至上千萬只晶體管。FPGA的出現(xiàn)就是超大規(guī)模數(shù)字集成電路技術(shù)和計算機輔助設(shè)計技術(shù)發(fā)展的結(jié)果[7]。FPGA允許電路設(shè)計者利用基于計算機的開發(fā)平臺，經(jīng)過設(shè)計輸入、仿真、測試和校驗，直到達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。FPGA可以看作是介于ASIC和DSP之間的一種實現(xiàn)手段，它既具有ASIC的高速處理能力，又擁有很好的可重構(gòu)性能，而且開發(fā)成本低，開發(fā)周期短，優(yōu)勢十分明顯[12]。FPGA的結(jié)構(gòu)一般分為三部分：可編程邏輯塊、可編程I/O模塊和可編程內(nèi)部連線，現(xiàn)場可編程是指用戶在自己的工作室內(nèi)編程。當(dāng)前，Altera公司的主流產(chǎn)品為大規(guī)模的Stratix系列和中規(guī)模、低成本、高性價比的Cyclone系列，并分別推出了兩者的下一代產(chǎn)品StratixⅡ和CycloneⅡ。隨著大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷陌l(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)入“片上可編程系統(tǒng)(SOPC)”的新紀(jì)元，越來越多的新型FPGA內(nèi)嵌CPU或者DSP內(nèi)核，支持軟硬件協(xié)同設(shè)計；芯片朝著高密度、低壓、低功耗方向挺進(jìn)；國際各大公司都在積極擴(kuò)充其IP庫，以優(yōu)化的資源更好地滿足用戶的需求，擴(kuò)大市場。其