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1、 毕 业 设 计（论 文）题目： 基于VHDL语言的QPSK调制与解调的实现年 月 日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位
2、论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在_年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“”）论文作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日山东英才学院2015届本科生毕业设计（论文）目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 数字调制解调技术11.2 研究内容及意义12 MPSK的调制原理22.1 二进制移相键控（BPSK）22.2 MPSK调制与解调的原理22.3 QPSK调制原理33 系统设计53.1 QPSK调制系统53.1.1 成型滤波器53.
3、1.2 QPSK信号的载波调制53.1.3 QPSK的星座图53.2 调制解调设计63.2.1 QPSK调制原理63.2.2 QPSK调制电路框图63.2.3 QPSK解调原理73.2.4 QPSK解调电路框图84 系统实现94.1 硬件描述性语言94.2 软件开发工具104.3 调制模块104.2 解调模块105 程序实现与仿真125.1 工程的建立125.2 调制程序仿真135.3 解调程序仿真15结论18参考文献19附录22山东英才学院2015届本科生毕业设计（论文） 基于VHDL语言的QPSK调制与解调的实现摘 要：随着当今世界信息化的飞速发展，各国对通信行业都加大了支持。以及当前我国
4、3G、4G行业正蓬勃发展，国家又是倡导三网融合。各运营商都在积极扩展自己的业务。客户对其而言也就有了更高的要求、更高的质量。调制解调技术在信息的传递中起着非常重要的作用，是通信的的基本构成和核心要素。通信是为了给双方或多方传递信息，所以衡量通信的好坏，要看接收的准确率和速度，并且有着高的准确性（低误码率）和可靠性。因为QPSK调制系统的误码率相对低一些，而且它的传输速率较高，有明显的解调优势，所以在移动或者其他通信系统里面，广泛地使用了QPSK系统，所以其调制与解调技术比较重要。本论文要实现的系统是基于FPGA硬件系统的，运用VHDL语言进行编写程序，从而实现QPSK（四进制相移键控）调制解调
5、的功能，而且对整个QPSK系统做出了时序波形的仿真。通过得到的仿真时序图的仿真结果可以更清楚的了解到QPSK调制与解调的原理，可以验证本论文是正确的，而且具有可实用性。关键词：QPSK；调制解调；VHDL；误码率3The realization of QPSK modulation and demodulation based on VHDLAbstract: With the rapid development of todays world the informationization, countries are increased the support for the communi
6、cations industry. And the current Chinas 3G, 4G industry is booming, countries and advocate the triple play. The operators are actively expanding their business. Customers for its also have higher requirements, higher quality. Demodulation technology is a basic and core of signal transmission, good
7、communication can quickly and accurately convey customer information, and has a high accuracy (Low bit error rate) and reliability. QPSK demodulation technology with its high rate of demodulation, low bit error rate, is widely used in the field of CDMA.This paper design is based on FPGA, using VHDL
8、hardware description language programming to realize the QPSK (quaternary phase shift keying) modulation demodulation function, and to the whole QPSK system timing simulation, simulation sequence diagram. The simulation results show that the validity and feasibility of the design, more clear underst
9、anding to the principle of QPSK demodulation.Key words: QPSK; Modulator and demodulator; VHDL; Bit error rate21 绪论1.1 数字调制解调技术数字调制技术，使在有限的带宽内的高速数据传输能够实现，虽然调制技术最开始的发展是起始于模拟信号调制技术的，但随着数字通信的发展，在可靠性方面，和模拟调制相比有了很大的提高。数字调制信号，也被称为键控调制信号，其载波特征包括三个变量：频率，相位和幅度。基带信号由于各种因素，不适合在信道中传输，所以需要另外添加信号，称为载波，它也是余弦信号，具有幅度
10、、相位和频率变化特征，而使基带信号的这三项特征相对于载波变化，这就是调制过程。数字调制技术对应于基带传输和频带传输，根据要把基带信号转变成信号的进制的不同，又可以把调制统细分成两种方式，他们分别是二进制的数字调制方式和（M进制）多进制的数字调制方式 。在调制系统中通常见到的二进制的调制方式有：二进制频移键控(2FSK)、二进制移相键控(BPSK) 等，此外，常见的多进制的调制方式包括：QPSK、MQAM等，MQAM调制是指正交幅度调制。之所有要进行多进制调制，和二进制调制相比，是因为这种调制方式能够更好地利用频带，而在工程中运用最多的一种调制方式是QPSK（4PSK四进制移相键控）1。1.2
11、研究内容及意义数字调制解调技术在现代通信技术具有十分重要的意义，特别是在数字通信中，也有着非常重要的作用。而在当今的通信行业的发展中，数字通信技术不仅仅限制于DSP、嵌入式系统了，现在经常的出现FPGA，利用FPGA进行数字通信的实现，这是现代通信飞速发展的一大特征，具有必然性。数字调制技术将不适合在信道中传输的二进制符号信息进行转变成适合传输的信息，所以为了实现这一目的，就必须使用滤波器，使其转变成适合传输，和信道特点匹配的波形，为了达到更好的传输，这是数字调制技术的目的。所以，数字调制与解调技术是通信发展的关键因素，它的进步与发展在数字通信技术中有着十分重要的作用。数字信号对载波的调制方法
12、类似于模拟信号对载波的调制方式。相移键控利用载波的相位调节基带信号2，这种载波相位调制的方法，使基带信号按照一定的规律进行跳变。现代的数字通信系统中，误码率和抗噪声的性能是判断一个通信系统优劣的依据，因为PSK系统和ASK系统相比，在抗噪声的性能方面具有明显的优势，虽然FSK系统随着M的增加，系统各方面的性能明显增强，但是FSK系统占用频带范围太宽，频带利用率很低，而PSK在满足良好性能的前提下，和FSK系统相比较，PSK系统有很高的频带利用率。所以，在中、高速的数字通信系统中MPSK能够得到广泛的使用。本文中所描述的是QPSK系统设计以及基带信号的调制，并调节输出QPSK信号的过程，它是基于
13、FPGA的。QPSK系统的调制功能和解调功能的实现过程是运用VHDL语言进行编写译码。在QUARTUS II9.0下进行了调制与解调程序的编译，并进行了时序波形仿真。其仿真结果正确性体现了本设计的可行性。2 MPSK的调制原理2.1 二进制移相键控（BPSK）二进制数字序列随机列控制二进制相移键控载波信号的调制方法是二进制移相键控（BPSK），有时用2PSK表示。接下来进一步分析对二进制移相键控（BPSK），它的载波的相位有和两种，就是分别用数字1和0来表示。其表达式如下所示：其中，表示二进制随机序列，在理想信道下BPSK的最佳接收是采用的带通匹配滤波器或者相关解调器进行解调的，并进行最佳检测
14、的。实际的信道传输通常是在限带的加性高斯白噪声信道条件下，通常采用相干解调的方法进行解调，即匹配滤波器的相干解调。2.2 MPSK调制与解调的原理M进制的移相键控调制又被称为M进制数字相位调制，都可以指代为MPSK和MDPSK两种调制方式，它们属于MPSK，根据相邻的信息符号的是否有联系，划分为绝对相位调制和相对相位调制，它们是二进制调制的延伸。M进制移相键控的原理是根据不同的载波的相位，即由多种相位代表不同的信息的方法。 设载波为，对基带信号进行调制分析，则MPSK调制信号的表达式如下所示： 其中，是高度、宽带分别为为1、Tb的矩形窗函数，代表的是进制中的一个码元的时间间隔，是第n个码元的相
15、位，对于二进制，即（）bit码元的持续时间有M种不同的取值3。设： ，由上分析，可简化为： ，所以，MPSK信号能够看成是将基带信号分成两路，然后分别进行MASK(M进制振幅键控)调制，最后将得到的两路MASK信号进行相叠加得到。在MPSK的工程设计，通常产生信号所采用调制方法是正交的。实际调制图如图2-1所示：串/并变 换二进制序列单/双极性变换单/双极性变换I(t)Q(t)ba移相90cos2ftMPSK信号图2-1 正交调制MPSK信号MPSK信号的解调可以使用类似于BPSK信号的相干解调方法进行解调。这是由于MPSK信号能够看作是将两个信号合成的，它们是两路正交的信号4。 MPSK信号相干解调器的原理是把MPSK信号分为两路，各自和两个相互正交的相干载波相乘，在QPSK调制中通常利用和同
