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1、毕业设计（论文） 设计（论文）题目：基于FPGA的数字二进制解调模块的设计摘 要传统的通信系统大多数属于“硬件系统”，一种调制、解调技术必须有一套专用芯片与之配套，这在很大程度上限制了现代通信技术的发展。以通用的硬件平台为基础采用软件的方式来实现通信的功能在很大程度上打破了通信设备对硬件的过度依赖，同时也赋予通信设备更大的灵活性。可编程逻辑器件 FPGA 凭借其高速并行处理能力、灵活的可重构能力可在一套硬件设备上实现对多种调制、解调方式的兼容。本设计的核心器件FPGA均采用VHDL语言，在EDA开发环境Quartus II平台下实现三种调制信号2ASK、2FSK、2DPSK的解调。其中，用过零
2、检测法解调2ASK、2FSK信号，极性比较法解调2DPSK信号。经过时序仿真后，观察仿真波形可知是否满足设计要求以正确输出基带信号。【关键词】二进制幅移键控 二进制频移键控 二进制相对相移键控 甚高速集成电路硬件描述语言ABSTRACTMost traditional communication system belongs to the “hardware”, but a kind of modulation and demodulation technology must have a special chip to match, this is largely limits the de
3、velopment of modern communication technology. With the method of software which based on the general hardware platform to realize the communication breaks the communication device over-reliance on hardware largely, but also make communications equipment more flexible. Programmable logic device FPGA
4、with its high-speed parallel processing capabilities, flexible reconfigurable ability to achieve a variety of modulation and demodulation method on a set of compatible hardware devices. The core device FPGA of this design adopts VHDL language, in the platform Quartus II of EDAs development environme
5、nt to realize the demodulation of three modulation signal 2ASK, 2FSK, 2DPSK. Among them, the zero detection to realize the demodulation of 2ASK,2FSK signal, polarity comparison to realize the demodulation of 2DPSK signal. After timing simulation, observe the simulation waveform shows whether meet th
6、e design requirements to output the baseband signal correctly.【Key words】2ASK 2FSK 2DPSK VHDL毕业设计（论文）目 录前 言1第一章 概述3第一节 课题背景与研究现状3一、数字调制解调背景知识3二、FPGA背景知识4第二节 EDA技术简介5一、Quartus II简介5二、VHDL简介7第三节 课题的主要研究工作8第四节 本章小结8第二章 2ASK解调模块的设计9第一节 2ASK解调原理9一、过零检测法9第二节 基于VHDL的2ASK解调器的建模10一、2ASK解调器的建模原理10二、2ASK解调器的建模
7、设计11三、2ASK解调的VHDL程序仿真及分析12第三节 本章小结13第三章 2FSK解调模块的设计14第一节 2FSK解调原理14一、2FSK解调方法14二、过零检测法14第二节 基于VHDL的2FSK解调器的建模15一、2FSK解调器的建模原理15二、2FSK解调器的建模设计16三、2FSK解调的VHDL程序仿真及分析17第三节 本章小结18第四章 2DPSK解调模块的设计19第一节 2DPSK解调原理19一、二进制绝对相移键控和相对相移键控19二、2DPSK解调方法19第二节 基于VHDL的2DPSK解调器的建模21一、2DPSK解调器的建模原理21二、2DPSK解调器的建模设计21三
8、、2DPSK解调VHDL程序仿真及分析23第三节 本章小结25结 论27致 谢28参考文献29附 录31一、英文原文：31二、英文翻译：38三、源程序：44- II -本科毕业设计（论文）前 言调制是将各种基带信号转换成适于信道传输的调制信号，就是用基带信号去控制载波信号的某个或某几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中恢复出原始基带信号。调制技术分为模拟调制技术与数字调制技术，其主要区别是：模拟调制是对载波信号的某些参量进行连续调制，在接收端对载波信号的调制参量连续估值。而数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送信息，在
9、接收端只对载波信号的离散调制参量进行检测。与模拟调制系统中的调幅、调频和调相相对应，数字调制系统中也有幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)三种方式，其中相移键控调制方式具有抗噪声能力强、占用频带窄的特点。1数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。在信息高速发展的今天，人们越来越离不开数字信息，数字通信也越来越重要。由于信道资源的紧张与人们越来越希望更快的通信速度与更好通信质量的要求的矛盾，将来必然还要寻找更加好的调制技术，它要求功率效率高，频带利用率高，并且易于实现，节能，低碳环保。激光调制通信、卫星通信、非恒包络调制等都是研究方
10、向。在传统的数字通信系统中，接收机的解调单元都是用模拟处理方法和器件实现的。其中，共同之处在于使用了模拟滤波器、鉴相器（乘法器）和压控振荡器（VCO）。这种传统的模拟解调单元电路体积大、形式复杂；调试周期长而且受人为因素影响大；器件内部噪声大，易受环境影响，可靠性差。因此，这种传统的接收机不能完全发挥数字通信的优势，不能实现数字信号处理的最佳接收。随着VLSI（Very Large Scale IC，超大规模集成电路）技术和工艺的进步，数字集成电路的复杂度和功能达到了前所未有的高度，以专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）为代表的IC，已经在工业生
11、产中得到了大规模的应用。在技术和工艺进步的基础上，数字通信中解调算法的实现已不再是一件可望不可及的事情。可以说，无论是通信系统的内在要求（即算法复杂性决定接收的质量），还是外在条件（技术和工艺）都在促使通信接收的解调向数字化发展。但数字解调并不是简单的将模拟解调中的器件全部数字化，它具有以下的特点： 电路结构简单，易于调试； 可以使用复杂的算法，从而实现最佳的接收； 便于计算机辅助设计，实现电子设计自动化（EDA）； 易于集成和大规模生产，价格低廉。2基于以上优点，数字解调得到了足够重视与飞速发展。针对传统用硬件实现数字调制解调的方法,特别是相干解调需要提取载波，设备相对复杂、成本较高的特点,
12、研究了基于FPGA的调制解调系统，即通过Quartus II软件，采用VHDL硬件描述语言设计并实现了2ASK，2FSK，2DPSK信号的解调器。第一章 概述第一节 课题背景与研究现状一、数字调制解调背景知识如今社会通信技术的发展速度可谓日新月异，计算机的出现在现代通信技术的各种媒体中占有独特的地位，计算机在当今社会的众多领域里不仅为各种信息处理设备所使用，而且它与通信相结合，使电信业务更加丰富。随着人类经济和文化的发展，人们对通信技术性能的需求也越来越迫切，从而又推动了通信科学的发展。在通信理论上，先后形成了“过滤和预测理论”、“香浓信息论”、“纠错编码理论”、“信源统计特性理论”、“调制理
13、论”等。通信作为社会的基本设施和必要条件，引起的世界各国的广泛关注，通信的目的就是从一方向另一方传送消息，给对方以信息，但是消息的传送一般都不是直接的，它必须借助于一定形式的信号才能便于远距离快速传输和进行各种处理。3虽然基带信号可以直接传输，但是目前大多数信道不适合传输基带信号。现有通信网的主体为传输模拟信号而设计的，基带数字信号不能直接进入这样的通信网。基带信号一般都包含有较低的频率，甚至是直流的分量，很难通过有限尺寸的天线得到有效辐射，因而无法利用无线信道来直接传播。对于大量有线信道，由于线路中多半串接有电容器或并接有变压器等隔直流元件，低频或直流分量就会受到很大限制。因此，为了使基带信
14、号能利用这些信道进行传输，必须使代表信息的原始信号经过一种变换得到另一种新信号，这种变换就是调制。数字调制传输在现代通信中发挥着越来越重要的作用，主要是因为数字通信有以下优点： 数字信号便于存储、处理、抗干扰能力强； 数字信号便于交换和传输； 可靠性高，传输过程中的差错可以设法控制； 数字信号易于加密且保密性强； 通用性和灵活性好。1 经过调制后，各路信号可已搬移到更高的、不重叠的频段去传输，从而避免了多路传输中的相互干扰。解调是调制的反过程，和调制一样，解调在通信系统中也起着相当重要的作用，其重要性主要体现在：如何从带有噪声干扰和畸变的信道中输出信号，恢复出原来的基带信号。本设计中2ASK、
15、2FSK的解调采用的过零检测法原理简单，计算方便。2DPSK采用的极性比较法较相位比较法性能更优，相位比较法的两路相乘信号均有噪声，而极性比较法的本地载波没有噪声，不过，极性比较法需要从接收信号中提取相干载波，所以实现较复杂。二进制数字调制的基带信号只有两种状态即1、0或+1、1。随着数字通信的发展，对频带利用率的要求不断提高，为了进一步提高系统的频带利用率，高速数字调制，多进制数字调制系统获得了越来越广泛的应用。在多进制系统中，一位多进制符号将代表若干位二进制符号。在相同的传码率条件下，多进制数字系统的传输速率高于二进制数字系统的传输速率。在二进制数字系统中，随着传码率的提高，所需信道带宽增加，采用多进制可降低码元速率和减小信道带宽，同时，加大码元宽度可增加码元能量，有利于提高通信系统的可靠性。用M进制数字基带信号调制载波的幅度、频率、相位，可分别产生MASK、MFSK、MPSK三种多进制调制信号。多进制数字调制解调的发展，必定会
