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1、 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计）题题 目：目： 基于基于 FPGAFPGA 单边带调制系统的设计单边带调制系统的设计学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 所在分院：所在分院： 专专 业：业： 班班 级：级： 二二 O O 一三年五月一三年五月基于基于 FPGA 单边带调制系统的设计单边带调制系统的设计摘要摘要：随着无线电技术的发展和各种通信设备不断地投放市场，通信频道拥挤的问题日渐突出，因此占用较窄频带或能在同一频段内容纳更多用户的通信技术普遍地收到人们的重视。例如，单边带通信就是一种目前应用比较广泛并具有占用较窄频带特电的通信方法。而 FPGA 具有体系结构和逻辑单元灵活、集
2、成度高、适用范围宽等特点，可以实现超大规模的电路，编程也很灵活，与门阵列等其他 ASIC 相比，它具有开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检测等优点，故这里基于 FPGA 对单边带进行调制。首先，设置调制信号频率为 5KHZ，振幅为 5，载波频率为 100KHZ，振幅为 10，运用 Matlab编程得到单边带信号的波形与功率谱，与调制信号进行对比，观察调制效果。然后运用 Simulink 分别对滤波法与相移法两种调制方法进行建模仿真，通过观察仿真波形，最终相移法的调制效果要优于滤波法。最后，对以上低层设计产生的 VHDL 的RTL 代码和仿真文件进
3、行综合、编译适配以及仿真。结果表明本文设计方法能够很好的进行单边带信号调制。关键词关键词：单边带；调制；仿真；FPGAFPGA-based on single-sideband modulation systemAbstract:With the development of radio technology and various communications equipment constantly put on the market, communication channel congestion problems have become increasingly prominent,
4、 so take the narrow band or communication technology can satisfy more users in the same frequency band content generally received peoples attention. For example, is a kind of widely used currently and has occupied the narrow band communication method of special electrical communication with unilater
5、al. While FPGA has the characteristics of flexible system structure and logic unit, high integration, wide application scope, can realize large scale circuits, programming is also very flexible, compared to other ASIC gate array, it has a short development cycle, low manufacturing cost, advanced dev
6、elopment tool, standard product without testing, stable quality and real-time online detection etc., so here is based on the FPGA of SSB modulation. First of all, the use of MATLAB programming, set the frequency modulation signal, the carrier frequency, amplitude is 1, the simulation to be modulated
7、 signal waveform and power spectrum, are compared with the modulation signal, observe the modulation effect. And then Simulink is used to filter and phase shift method of two kinds of modulation methods for modeling and simulation, by observing the simulation waveform, modulation effect of final pha
8、se shift method is superior to the filtering method. Finally, the RTL code and simulation files to the low layer design of VHDL adapter and comprehensive, compiled simulation.Keywords: single sideband; modulation; simulation; FPGA目录目录1 引言11.1 课题的研究意义11.2 国内外研究现状11.3 课题的主要内容22 SSB 的调制技术原理32.1 概述32.2
9、SSB 的调制原理42.3 本章小结43 MATLAB/SIMULINK 的 SSB 系统的设计53.1 软件简介53.2 滤波法产生单边带信号5 3.2.1 滤波法产生 SSB 信号进行 Matlab 设计仿真 .6 3.2.2 滤波法设计 Simulink 建模仿真.73.3 相移法产生单边带信号11 3.3.1 相移法产生 SSB 信号进行 Matlab 设计仿真 .12 3.3.2 相移法设计 Simulink 建模仿真.133.4 本章小结154 基于 FPGA 的 SSB 调制系统的设计 164.1 FPGA 简介 16 4.1.1 使用 FPGA 进行开发的优点17 4.1.2
10、FPGA 设计的开发流程.174.2 使用 QUARUS实现时序仿真.194.2.1 Quarus介绍194.2.2 转换为 VHDL 语言并综合.22 4.2.3 使用 Modelsim 实现时序仿真24 4.2.4 使用 Quartus实现时序仿真264.3 本章小结275 结论285.1 设计过程中遇到的问题以及解决方法285.2 体会28致谢29参考文献30附录 A3101 引言引言1.1 课题的研究意义课题的研究意义在通信技术领域，载波调制技术已广泛应用于地面广播通信、卫星通信、信号传输等通信系统中。而在载波调制技术中，单边带调制的方法有很多优点，比如：占用带宽小和功耗低等，但是在传
11、统的通信技术中，因为滤波器设计实现起来比较困难，单边带调制技术在现在仍旧没有广泛应用于通信系统中。随着近几年数字信号处理技术的快速发展，单边带调制技术要在数字信号处理平台上的实现也成为可能。为解决单边带调制方法因在载波调制技术中难以实现而不被广泛应用的问题,对单边带调制方法进行了研究,提出了基 Hilbert 正交变换的单边带调制算法,以及该算法的 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)实现.建立了 Matlab 的系统分析模,采用DSP Builder 设计了单边带调制程序,并通过 Modelsim 对该程序进行了仿真,得到了理想的单边带调制的波形。目前，数
12、字信号处理平台主要包括 DSP（Digital Signal Processor）和FPGA（Field Programmable Gate Arrays）两种。数字信号处理平台的实现方案，主要是基于 FPGA+DSP 的结构来实现高速数字信号处理。该方案采用先进的 FPGA和 DSP 芯片，借鉴了软件无线电的思想，通过 DSP 芯片对 FPGA 芯片的动态配置来实现具有通用性、可扩充性的硬件平台，相对于 FPGA 芯片，DSP 芯片采用串行指令，运算速度受系统时钟频率的影响，难以实现高速实时处理。而 FPGA 采用并行处理技术，很大程度上提高了系统的运行速度，并且 FPGA 芯片的内部逻辑块
13、和I/O 可以自主配置，令设计变得非常灵活。因此，FPGA 被广泛运用在高速实时通信系统中。1.2 国内外研究现状国内外研究现状近年来，人们对单边带调制也进行了更广泛的研究，合肥电子工程学院在 2001年发表了基于 System View 的单边带调制解调系统 ，但只是用了传统模拟方法实现的；西安电子科技大学在 2003 年提出了一种单边带调制/解调的新方法 ，采用的方式是数字信号处理，这一处理方法突破了传统的模拟调制解调方法，为以后单边带调制系统的发展奠定了基础；海洋工程大学的尹敬湘等人在 2005 年提出的数字式单边带调制的关键与实现方法提到的方法是单边带调制中的正交调制以及内插等技术；2
14、009 年，南京某部队的基于 FPGA 的载波系统调制 ，提到了本文要设计的课题：基于 FPGA 的单边带调制，发展的时间仅仅只有 4 年，所以在 FPGA进行单边带调制方面还是有很大的发展空间的。2002 年 Altera 公司推出的 DSP Builder 很好地解决了在 EDA 技术完成硬件设计的过程中，因为一些特定的设计项目，典型的设计流程包括设计项目编辑、综合、1仿真、适配、编程，显得很不方便的问题。1.3 课题的主要内容课题的主要内容本文对调制系统进行了研究，并针对 SSB 调制系统进行了 FPGA 实现。本文的内容安排如下：第一章简要地介绍了本文的研究背景和意义，以及国内外研究现
15、状；第二章详细地介绍了 SSB 调制技术的原理，熟悉和学习 FPGA 技术，充分理解单边带调制系统的工作原理和在通信系统中的应用；第三章从 Matlab 编程仿真到 Simulink 建模仿真，分别采用滤波法和相移法实现SSB 调制系统；第四章设计基于 FPGA 的调制系统的各系统模块。在通过前面系统仿真的基础上，提出了具体可行的 FPGA 实现方法。在 FPGA 设计过程中，通过流水线和模块化的方法构造了正交振幅调制的调制系统，对其中的关键技术如频率合成、数字滤波、进制转换等模块进行研究并采用硬件描述语言进行了实现和综合仿真。最后进行设计的总结与体会。02 SSB 的调制技术原理的调制技术原理2.1 概述概述一般根据调制信号参数的不同，它有三种基本形式：振幅调制，频率调制和相位调制。如果要控制的参数是高频振荡的振幅，说这种调制为幅度调制，简称调幅；如果要控制的参数是频率或高频振荡的相位，说这种调制为频率调制和相位调制，简称频率或相位调制（FM 和 PM 并称为角度调制） 。幅度调制的特点是载波的频率始终保持不变，它的振幅却是变化的。其幅度变化曲线与要传递的低频信号是相似的。它的振幅变化曲线称之为包络线，代表了要传递的信息。幅度调制在中、短波广播和通信中使用甚多。幅度调制的不足是抗干扰能力差，
