【正文】 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。它以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術(shù)為支撐，突破了傳統(tǒng)的無線電臺以功能單一、可擴(kuò)展性差的硬件為核心的設(shè)計局限性，強調(diào)以可編程的硬件作為通用平臺，盡量的用可升級、可重配置的 軟件來實現(xiàn)各種無線電功能的設(shè)計新思路。數(shù)字化、寬帶化是當(dāng)今無線通信的重點主流方向，并且發(fā)展極為迅猛，新技術(shù)層出不窮。 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]。這種全新的設(shè)計思想使通信中的無線電臺可以適應(yīng)各種不同的通信方式，軟件無線電臺良好的兼容性和可編程性使得通信系統(tǒng)的開發(fā)主要成為 DSP（數(shù)字信號處理）軟件的研究。 軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)是電子設(shè)計領(lǐng)域的一次巨大飛躍，將會給電子技術(shù)帶來深刻變革。這種技術(shù)采用了通用的 DSP 硬件平臺，具有完全的可編程性。 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?？梢娎硐氲能浖o線電臺可實現(xiàn)完全的可編程性，因此可以實現(xiàn)通信中的各種調(diào)制方式，完全可以根據(jù)要求實現(xiàn) FDMA（頻分多址接入）、 TDMA（時分多址接入）和 CDMA（碼分多址接入）等各種多址方式。用軟件無線電技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)字調(diào)制靈活性好，可以通過空中下載實現(xiàn)不同的調(diào)制方式，從而適應(yīng)不同的通信體制。這一新概念一經(jīng)提出，就得到了全世界無線電領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。 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。 FPGA 技術(shù) 的發(fā)展使單個芯片上集成的邏輯門數(shù)目越來越多，實現(xiàn)的功能越來越復(fù)雜，人們通過硬件編程設(shè)計和研制 ASIC，可以極大地提高芯片的研制效率，降低開發(fā)費用。在資源允許下，還可以實現(xiàn)多路調(diào)制，并能對每一路發(fā)射信號的幅度和相位進(jìn)行細(xì)調(diào)，這也是實現(xiàn) 3G 智能波束跟蹤算法的基礎(chǔ)。類似的，接收機(jī)使用寬帶的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器獲得該軟件無線電臺節(jié)點所有波段的信號。 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(jī) 濟(jì)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。 軟件無線電技術(shù)的研究沿著兩個思路進(jìn)行：一個思路是在現(xiàn)有的硬件水平上，通過將 A/D 與天線之間增加模擬環(huán)節(jié)、應(yīng)用并行處理技術(shù)、改進(jìn)算法等；另一個思路是通過多個 PC 或工作站實現(xiàn)對理想軟件無線電技術(shù)的模擬（虛擬無線電），雖然不能立即投入實用，但為將來的軟件無線電技術(shù)研究提供理論指導(dǎo) [1]。調(diào)制技術(shù)是移動通信中的一項關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)不同的無線信道的特點選擇合適的、高效的調(diào)制方式對移動通信系統(tǒng)的性能非常重要。再者，通信的最終目的是遠(yuǎn)距離傳遞信息。為了進(jìn)行長途傳輸，必須對數(shù)字信號進(jìn)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。 數(shù)字信號的載波傳輸與基帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別就是增加了調(diào)制與解調(diào)的環(huán)節(jié)，是在復(fù)接器后增加了一個調(diào)制器，在分接器前增加一個解調(diào)器而已。 通過本研究可以為自己 今后從事無線通信系統(tǒng)的開發(fā)奠定重要的基礎(chǔ)。在通信過程中， 對于大多數(shù)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)來說，數(shù)字基帶信號往往具有豐富的低頻成分，而實際的通信信道又具有帶通特性，因此，必須用數(shù)字信號來調(diào)制某一高頻率的正弦或脈沖載波，使已調(diào)信號能通過帶限信道傳輸。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)。 本 設(shè)計題目是低中頻數(shù)字調(diào)制方法的研究及 FPGA 實現(xiàn)，故其主要任務(wù) 是系統(tǒng)仿真。在具體設(shè)計仿真之前，首先查閱大量 低中頻數(shù)字調(diào)制技術(shù)的 相關(guān)資料與系統(tǒng)設(shè)計方法，了解 低中頻數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 原理，學(xué)習(xí)掌握應(yīng)用軟件，熟練運用軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真 。 基本的二進(jìn)制和多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方法的研究已經(jīng)比較成熟，但為了提高通信系統(tǒng)的數(shù)字傳輸性能，研究人員對這些數(shù)字調(diào)制方法不斷的加以改進(jìn)，提出了許多新的調(diào)制解調(diào)方法 。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)。 FPGA 技術(shù)的發(fā)展使單個芯片上集成的邏輯門數(shù)目越來越多，實現(xiàn)的功能越來越復(fù)雜，人們通過硬件編程設(shè)計和研制 ASIC，可以極大地提高芯片的研制 效率，降低開發(fā)費用。在資源允許下，還可以實現(xiàn)多路調(diào)制，并能對每一路發(fā)射信號的幅度和相位進(jìn)行細(xì)調(diào)，這也是實現(xiàn) 3G 智能波束跟蹤算法的基礎(chǔ)。數(shù)字通信與模擬通信相比具有明顯的優(yōu)點：首先是抗干擾能力強。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。因為數(shù)字通信是采用再生中繼方式，能夠消除噪音，再生的數(shù)字信號和原來的數(shù)字信號一樣，可繼續(xù)傳輸下去，這樣 通信 質(zhì)量便不受距離的影響，可高質(zhì)量地進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。與模擬通信相比，數(shù)字通信具有許多優(yōu)良的特性，它的主要缺點就是設(shè)備復(fù)雜并且需要極大的傳輸帶寬。因此，作為通信主要環(huán)節(jié)的數(shù)字調(diào)制方法日益受到歡迎。 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。而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。這種用基帶數(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)字信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。通常，我們把數(shù)字調(diào)制與解調(diào)合起來稱為數(shù)字調(diào)制。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。此外，還有許多由基本調(diào)制類型改進(jìn)或綜合而獲得的新型調(diào)制技術(shù)。應(yīng)該注意：此處所謂的“線性”，是指這類調(diào)制技術(shù)要求通信設(shè)備從頻率變換到放大和發(fā)射的過程中保持充分的線性。 (2)恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制技術(shù)，主要包括 MSK、 GMSK、 GFSK 和 TFM 等。 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。 另一種獲得發(fā)展的數(shù)字調(diào)制技術(shù)是振幅和相位聯(lián)合調(diào)制（ QAM）技術(shù)。以往，人們認(rèn)為多電平 QAM 信號的特征不適合在移動環(huán)境中進(jìn)行傳輸。例如，根據(jù)移動信道特性的好壞可自適應(yīng)的改變 QAM 的電平數(shù)，即改變信道傳輸速率，從而構(gòu)成變速率 QAM(VRQAM)?？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)。其主要的研究課題有：為克服碼間干擾而 將正交頻分復(fù)用（ OFDM）技術(shù)用于 CDMA調(diào)制（ OFDMCDMA）；為提高 CDMA 系統(tǒng)的傳輸速率和自適應(yīng)性能，根據(jù)業(yè)務(wù)需濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 求提供不同傳輸速率，從而提出的多碼碼分多址 （ MCCDMA）和可變擴(kuò)頻增益的碼分多址（ VSGCDMA）等 [3]。 相比較而言， 抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高的多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制技術(shù) 得到了廣泛的應(yīng)用。相比較而言， 多電平 MASK 調(diào)制方式是一種比較高效的傳輸方式，但由于它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強，因而一般只適宜在恒參信道下采用。 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）。 QAM 傳輸速率 很 高，通道也 可 以 優(yōu)化。 頻移鍵控 FSK（ Frequencyshift keying）是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息的一種數(shù)字調(diào)制技術(shù) ， 它利用基帶數(shù)字信號離散取值特點去鍵控載波頻率來 傳遞信息 。所以 在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用 ， 最常見的是用兩個頻率承載二進(jìn)制 1 和 0 的雙頻 FSK 系統(tǒng) .。對二進(jìn)制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為 B=2Fa+2Fb,Fa 是二進(jìn)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(jìn)制頻移鍵控的信號帶寬 B 較大，頻帶利用率小。多頻制誤碼率隨 M 增大而增加，但與多電平調(diào)制相比 ,濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 增加的速度要小的多。因此，MFSK 多用于調(diào)制速率較低及多徑延時比較嚴(yán)重的信道，如無線短波信道 。 當(dāng)不同相位的載波數(shù)為 16…… 時 ,分別稱為 8PSK（八進(jìn)制 PSK）、 16PSK（十六進(jìn)制 PSK） …… 。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）。 在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬的情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同（或略寬）的子信道，每個子信道傳輸一種信號 。 正交頻分復(fù)用 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing 簡稱“ OFDM” )是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。正交信號在接收端采用相關(guān)技術(shù)被分開 ,以減少子信道間的相互干擾。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 OFDM 使用無干擾正交載波技術(shù)，單個載波間無需保護(hù)頻帶，這樣使得可用頻譜的使用效率更高。目前 OFDM 技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域以及民用通信系統(tǒng)中，主要的應(yīng)用包括：非對稱的數(shù)字用戶環(huán)線(ADSL)、數(shù)字視頻廣播 (DVB)、高清晰度電視 (HDTV)、無線局域網(wǎng) (WLAN)和第 4代 (4G)移動通信系統(tǒng)等。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 3 中低頻數(shù)字調(diào)制方法仿真所需技術(shù)和軟件簡介 本文將使用 MATLAB 和 FPGA，利用 Verilog HDL 語言在 Quartus 軟件開發(fā)平臺對中低頻數(shù)字調(diào)制方法進(jìn)行研究。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)。到 20 世紀(jì) 70年代中期， Cleve Moler(數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)教授 )為了解決線性方程和特征值問題，和他的同事開發(fā)了 LINPACK 和 EISPACK 的 Fortran 子程序庫，后來又編寫了接口程序，取名為 MATLAB。工程師 Jack Little 將 MATLAB 用 C語言重寫， 1984 年成立 MathWorks 公司， MATLAB 正式推向市場。 MATLAB 的基本特點 MATLAB 集科學(xué)與工程計算、圖形可視化、圖像處理、多媒體處理于一體，并提供了 Windows 圖形界面設(shè)計方法。 MATLAB 具有功能豐富的工具