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1、武汉理工大学FPGA原理与应用课程设计课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 通信1303 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 数字基带信号传输码型发生器设计初始条件： FPGA芯片（型号不限），ISE仿真软件。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）要求每位选课同学提交一篇关于FPGA的应用设计报告，选择的FPGA芯片不限，选用的仿真工具不限。格式要求按照课程设计报告的标准格式完成，包括：常见的几种基带码 ：1.单极性非归零码2.双极性非归零码3.单极性归零码4.双极性归零码5.差分码6.交替极性码7.分相码8.编码信号反转码指导教师签名：
2、 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 摘 要数字通信是信息经编码变换处理后，以数字信号在信道上传输的，较之于模拟通信有很大的优点。数字通信有基带传输和频带传输两种方式，而基带传输系统在数字通信中有重要的代表性。在实际的基带传输系统中，并不是所有类型的基带电波形都能在信道中传输，因此，基带传输的传输码型变换是传输过程的重要环节，因此对于传输码型的设计有一定的要求。了解常用码型及存在的误码原因，对传输码型进行初步的研究。本文主要设计一个基于FPGA 的数字基带信号发生器，首先简要介绍了单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码、交替极性码、分相码、传号反转码等
3、基带码的基本特点，然后根据码型转换原理设计发生器模块。由于EDA 技术可以简化电路，集成多块芯片，减小电路体积，所以程序采用VHDL 进行描述，并用ISE 软件仿真实现所有功能，最后将功能集成到FPGA 上，并设计电路，产生的基带码稳定、可靠，可满足不同数字基带系统传输需要。关键词：数字通信，基带传输，EDA，VHDL，FPGA AbstractDigital communication is information after processing, transform coding, to digital signal transmission in the channel. Compar
4、ed with analog communication has great advantages. Digital communication baseband transmission and the transmission frequency band in two ways, and baseband transmission system in digital communication have an important representative. In the actual baseband transmission system, and not all types of
5、 baseband wave form can transmit in the channel, therefore, baseband transmission of the transmission code transformation is an important link in the transmission process. Therefore, for the design of the transmission code has certain requirements. Understanding of the commonly used code type and th
6、e existence of the causes of the error, the transmission code type for a preliminary study. In this paper, the design of a baseband digital signal generator with FPGA based on. Firstly, this paper introduces the unipolar NRZ, bipolar non return to zero (NRZ), unipolar return to zero (NRZ), bipolar r
7、eturn zero code, differential code, alternating the characteristics of code, code phase, inversion codes baseband code, then according to the code conversion principle design generator module. The EDA technology can simplify the circuit, integrated chip, reducing the size of the circuit, so the prog
8、ram using VHDL description, and realized all the functions with the ISE software simulation, finally functions are integrated into the FPGA, and circuit design of baseband code stable, reliable, satisfy different digital baseband transmission system is required.Keywords: digital communication, baseb
9、and transmission, EDA, VHDL, FPGA目录摘 要IAbstractII1前言12 数字基带信号22.1 数字基带信号的码型设计原则32.2 非归零码(NRZ 码)42.2.1 单极性42.2.2 双极性42.3 归零码(RZ 码)42.3.1 单极性52.3.2 双极性52.4 差分码52.5 交替极性码(AMI 码)62.6 分相码(曼彻斯特码)72.7 传号反转码(CMI 码)73 EDA概述83.1 VHDL93.2 FPGA94 基带码发生器的设计原理104.1 基带码发生器的原理框图104.2 码型转换原理125软件设计与仿真145.1 VHDL程序设计1
10、45.2 软件仿真及结果分析195.2.1 器件仿真结果196 总结与体会247 致谢25III1前言按传输信号是模拟信号还是数字信号，分为模拟通信系统和数字通信系统；按传输信号是基带信号还是频带信号，分为基带通信系统和频带(调制)通信系统；如果传输的是数字信号,同时也是基带信号,则称这种系统为“数字基带通信系统”。实际的例子有：USB通信、RS232串口通信、局域网通信等等，主要用于近距离有线通信1。在研究基带传输的同时，对传输码型的研究也是必不可少的。常用的传输码有单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码、数字双相码、传号反转编码（CMI码）、密勒码、传号交替反转
11、码、三阶高密度双极性码等。在传输过程中码型变换时，易产生误码现象，导致信号输出错误。因此对码型的研究更显得尤为重要。数字传输系统中，传输对象通常是二元数字信息，而设计数字传输系统的基本考虑是选择一组有限的离散的波形来表示数字信息。这些取值离散的波形可以是未经调制的电信号，也可以是调制后的信号。未经调制的数字信号所占据的频谱是从零域或很低频率开始，称为数字基带信号。不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。数字基带传输系统方框图如图1-1所示。抽样判决器同步提取信道信号形成器信道接受滤波器基带脉冲输入 输出 噪声 图1-1 数字基带传输系统方框图脉冲形成器：由于传输系统输入
12、端通常是码元速率Rb码元宽度Tb的二进制脉序列(dk)，由于这种单极性码含有直流和低频成分，而一般有线信道低频特性比较差，很难传输零频率附近的分量，因而单极性码不太适合在信道中直接传输，需用脉冲形成器形成适合于信道传输中的各种码型，如双极性码。发送滤波器：脉冲形成器输出的码型是以矩形脉冲为基础的，这种码型占有频带宽(含高频分量)，为了更适合信道传输等要求，用传输函数HT(w)的发送滤波器使之变成平滑的波形。信道：信道是允许基带信号通过的介质，通常为有线信道， 如市话电缆、架空明线等。接收滤波器：传输函数为HR(w)接收滤波器的主要作用是滤除带外噪声，均衡信道特性，使输出的基带波形有利于采样判决
13、。抽样判决器和码元再生器：抽样判决器是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，然后由码元再生电路实现码型反变换，以恢复或再生基带信号。定时脉冲和同步提取电路：抽样判决器在信道特性不理想及有噪声干扰的情况下，正确恢复出原来的基带信号，须同步提取电路完成从接收滤波器的输出信号中提取定时脉冲，从而保证收发两端的码元一一对应实现同步1。目前，虽然数字基带传输的应用不是很广泛，但对于基带传输系统的研究仍然十分有意义，主要是因为： 1、在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中广泛采用了这种传输方式； 2、随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅速发展
14、的趋势； 3、基带传输中包含带通传输的许多基本问题； 4、任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统。2 数字基带信号基带传输是最基本的数据传输方式，即按数据波的原样，不包含任何调制，在数字通信的信道上直接传送数据。基带传输不适于传输语言、图像等信息。目前大部分微机局域网，包括控制局域网，都是采用基带传输方式的基带网。基带网的特点是：信号按位流形式传输，整个系统不用调制解调器，降低了价格；传输介质较宽带网便宜；可以达到较高的数据传输速率（目前一般为10100Mb/s），但其传输距离一般不超过25km，传输距离越长，质量越低；基带网中线路工作方式只能为半双工方式或单工方式。基带系统的工作原理：信源是不经过调制解调的数字基带信号，信源在发送端经过发送滤波器形成适合信道传输的码型，经过含有加性噪声的有线信道后，在接收端通过接收滤波器的滤波去噪，由抽样判决器进一步去噪恢复基带信号，从而完成基带信号的传输。基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码，数据编码常用3种方法：非归零码NRZ、曼彻斯特编码和差动曼彻斯特编码。后两种编码不含直流分量，包含时钟脉冲，便于双方自同步，因此，得到了广泛的应用
