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1、河南科技大学本科毕业设计（论文）QPSK的FPGA实现摘 要数字调制解调技术在数字通信中占有非常重要的地位, 数字通信技术与FPGA 的结合是现代通信系统发展的一个必然趋势。QPSK数字调制技术，具有频谱利用率高、频谱特性好、抗干扰性能强、传输速率快等突出特点，在移动通信、卫星通信中具有广泛应用价值，但是基于FPGA的全数字QPSK调制解调仍在进一步研究发展中。本文首先叙述了QPSK调制解调技术的工作原理和数字式调制与解调的特点。其次对QPSK的调制和解调设计展开讨论。设计包括QPSK的调制、解调两部分，基于对整个设计的要求进行分析及对QPSK实现FPGA进行功能的分解，以此划分成比较小的模块
2、，自下而上设计系统； 根据QPSK的原理分别画出QPSK调制、解调的实现框图。设计中设定每个比特对应特定的载波，并以载波作为比较，实现最后的对应的输出结果。最后基于VHDL语言分别完成QPSK的调制与解调，完成系统的设计方案，在MAX+PLUSII 环境下对模块逻辑、时序进行仿真调试的仿真结果表明了该设计的正确性，并综合得出RTL的结构图。关键词：QPSK,FPGA,调制,解调FPGA IMPLEMENTATION OF QPSKABSTRACTTechnology of digital modulation and demodulation plays an important role i
3、n digital communication system and the combination of digital communication technology and FPGA is certainly a trend.QPSK digital modulation technique has features of high-spectrum utilization ratio，better spectrum specification, stronger anti-interference performance and faster baud rate and has be
4、en applied widely in mobile communication system and satellite communication systemBut all-digital QPSK modulation and demodulation based on FPGA is still towards further research and development At first, this paper describes the principle of QPSK modulation and demodulation technology as well as t
5、he characteristics of digital modulation and demodulation. In the following words we mainly provide the discussion combined with the research and design of the QPSK modulation and demodulation .This design has two parts, which are QPSK modulation and demodulation .The analysis on the whole design re
6、quirement and the decomposition of QPSK function in FPGA lay the basis for the smaller divided modules. Then we can start up the bottom-up design .Respectively, we draw QPSK modulation and demodulation diagram on the basis of the principle of QPSK. The design supposes each bit corresponds to a speci
7、fic carrier .To achieve the final result of the corresponding output, we should take carrier as a comparison. In the end, we use VHDL to achieve the QPSK modulation and demodulation. After completing the whole system design, it goes on with simulation on module logic, timing in the MAX+PLUSII enviro
8、nment. The simulation results indicate that the design is correct and comprehensively deduce the RTLs chart. KEY WORDS：QPSK, FPGA, Modulation, Demodulation3目录前 言1第1章 绪 论21.1 设计的依据与意义21.2 同类产品的概况2第2章 数字通信系统42.1 通信系统的数字化42.2 数字通信与模拟通信的性能比较52.3 数字通信系统的基本组成部分52.4 数字调制技术82.5 数字调制的方法92.5.1 PSK-又称相移键控法92.5
9、.2 FSK-又称频移键控法92.5.3 ASK-又称幅移键控法102.5.4 MASK-又称多进制数字调制法102.5.5 QAM-又称正交幅度调制法112.5.6 MSK-又称最小移频键控法112.5.7 GMSK-又称高斯滤波最小移频键控法12第3章 FPGA与VHDL语言介绍133.1 FPGA介绍133.1.1 FPGA的发展历史133.1.2 FPGA的基本特点143.1.3 FPGA的优点143.2 VHDL语言介绍153.2.1 VHDL语言发展回顾153.2.2 VHDL系统设计的特点163.2.3 VHDL系统优势17第4章 四相移相键控（QPSK）184.1 QPSK概述
10、184.2 QPSK的特点184.3 QPSK的原理184.4 QPSK的调制和解调204.4.1 调制204.4.2 解调224.5 QPSK应用23第5章 QPSK的FPGA实现245.1 引言245.2 QPSK调制电路FPGA实现及仿真：245.3 QPSK解调电路FPGA实现及仿真26结论29参考文献30致谢32附 录33前 言QPSK是在无线通信中应用比较广泛的一种调制方式，它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性。近年来，随着微电子技术的发展，尤其是数字信号处理器芯片速度的提高，数字信号处理技术在通信系统中的应用已越来越引起人们的重视，用原理图和VHDL语言实现全数QPSK调制的思
11、想和方法。作为全数字调制系统的实现，具有其可行性。FPGA是目前硬件设计研究的热点，与传统电路设计方法相比，FPGA具有功能强大，开发过程投资小、周期短，可反复编程修改，开发工具智能化等特点。本设计通过基于FPGA,应用VHDL实现QPSK的调制、解调电路。并在MAX+PLUSII实现仿真，判断电路设计的正确性。第1章 绪 论1.1 设计的依据与意义近几十年来，卫星通信由于具有覆盖地域广、通信距离远、通信容量大、传输质量好和具有地址连接能力等优点，已成为现在信息社会的一种重要通信手段。数字调制技术作为这个领域极为重要的一个方面，也得到了迅速的发展。数字调制信号又称为键控信号，调制过程可用键控的
12、方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制，其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多进制相移键控)中应用较广泛的一种调制方式。QPSK( 四相相移键控) 具有较高的频谱利用率和较好的误码性能，并且实现复杂度小，解调理论成熟，已成为新一代无线接入网物理层和B3G通信中使用的基本调制方式。QPSK调制技术与 FSK、BPSK等调制技术相比，不但抗干扰能力强，而且能更经济有效地利用频带。目前，QPSK调制技术已广泛应用于数字电视、IEEE 802.11 的2Mbps数据传输机制、数字微波通信系统、军事通信、卫星数据传输、有线电视的上行传输、宽带接入与移动通信等领域。 数字调制解调技术在数字通
13、信中占有非常重要的地位，而数字通信技术与 FPGA的结合是现代通信系统发展的一个必然趋势。FPGA器件（Field programmable Gate Array）是八十年代中期出现的一种新概念。利用FPGA技术设计的产品具有重量轻、体积小、速度快、保密程度高、功耗低等特点，极大地提高了产品的性价比和竞争力，大大缩短了设计周期，减少了设计费用，降低了设计风险。1.2 同类产品的概况目前，随着数字通信系统的发展，数字信号的调制识别技术在军事、民用领域都有十分广泛的应用价值。近年来，各种调制技术层出不穷，一直受到人们的关注。由于QPSK能够非相干解调并且频谱利用率高， 所以已用于很多国家的无线通信
14、中，如北美移动/个人无线标准IS-54和IS-136以及欧洲私人商务无线电的TETRA标准等等。在这些应用中，一些高性能的QPSK调制/解调芯片相继问世。国外已经有一些关于全数字QPSK调制解调器方面的研究成果和芯片问世，如ST公司ST55、ST5518，比利时NEWTEC公司的NTC-2077/FT 、美国休斯公司的BCD4C-M5000，美国HARRTS公司和德国HISRSCHMANN赫曼公司也都有相关的芯片。又如INTEL公司的STEL-2176是一款全数字调制解调芯片，兼容IEEE802.14、MCNS和DAVIC等标准。解调部分可直接输入高达50MHZ的中频模拟信号，信号宽带可达8M
15、HZ,可解调16/64/256QAM的连续信号；调制部分，可输出SMHZ-65mhz的连续/突发信号，调制方式可以是BPSK/QPSK/QAM,速率最高可高达40mbps（16QAM）。与此同时，国内也有一些成果，比如北京海尔集成电路设计有限公司研制的符合DVB-S标准的卫星信号解码器HQPSK-DV。该芯片包括载波恢复、符号同步、解调、前向纠错和码流解扰等功能。FPGA技术在许多领域均有广泛的应用，特别是在无线通信领域里，由于具有极强的实时性，使其对话音进行实时处理成为可能。由于它是通过面向芯片结构指令的软件编程来实现其功能的，因而仅修改软件而不需改硬件平台就可以改进系统原有设计方案或原有功能，因而具有极大的灵活性；又由于FPGA芯片并非专门为某种功能设计的，因而使用范围广、产量大、价格可以降到很低。就 FPGA而言，由于亚微米工艺的采用，其速度更快，门数更多。目前Lucent和XILINX公司均有10万门以上的产品，并且集成了一些新的功能，如 System on Chip， Programming on System等，使其更加灵活。所以FPGA在无线通信系统中大量应用，促进了无线通信的发展；而无线通信的蓬
