DQPSK调制解调技术研究及FPGA仿真实现.docx

下载原文可修改文字和底色颜色查看原文题目：DQPSK调制解调技术及FPGA仿真实目录摘要(I)Abstract(II)1绪论(1)1. 1研究背景(1)1.2整体设计原理(2)2DQPSK调制解调的原理分析(5)2. 1DQPSK的性能分析(5)3. 2差分编码和解码原理(7)3 DQPSK信号调制(10)3.1 调制器整体设计方案(10)3.2 信号输入(10)3.3 串并转换(11)3.4 差分编码(12)3.5 5正交调制(13)4 DQPSK信号解调(15)4.1 解调器整体设计方案(15)4.2 低通滤波(15)4.3 差分解码(16)4.4 并串转换(17)致谢(19)参考文献(20)附件(21)摘要DQPSK-DifferentialQuadratureReferencePhaseShiftKeying,它其实是四相位正交相移键控，在数字信号调制中会经常被使用。数字信号在进行相位调制的过程中，除了可以采用二进制之外，还可以采用多进制。四相顾名思义就是载波会有四个相位，本文重点介绍相对相位调制。DQPSK没有固定的相位,后一个二进制码元以前一个码元的相位为基准发生变化，在QPSK的基础上加上差分编码，即将双比特码元进行差分编码,然后进行相应的处理。DQPSK调制解调方式拥有较强的应对干扰的能力，并且可以充分的利用带宽资源。随着科学技术的不断进步，其优点也逐渐显现并且被大量的用于微波通信与数字无线通信中。本次设计选择了FPGA芯片，采用quartusIL通过高速硬件描述语言VHDL来完成DQPSK调制解调过程。完成了具有串行转并行、差分相位编码、正交调制功能的调制模块，以及具有相干解调、差分相位解码、低通滤波、并行转串行功能的解调模块的设计并通过Hiodelsim仿真实现其对输入信息的调制与解调的功能。关键词：DQPSK；FPGA；差分编码；滤波器；modelsimAbstractDQPSK-differentialquadrateReferencePhaseShiftKeyingisadigitalmodulationscheme.InPSKphasemodulation,four-phasemodulationisacommonlyusedmulti-bandmodulation.Four-phasemodulationisdividedintofour-phaseabsolutephaseshiftmodulation(QPSK)andfour-phaserelativephaseshiftmodulation(DQPSK).DQPSKdoesnothaveafixedphase.Thephaseofthelastbinarycodeelementischangedbasedonthephaseofthepreviouscodeelement.TheDifferenceCodeElementisaddedtotheQPSK,thatis,thedouble-bitcodeelementisdifferentialcode,thenthecorrespondingprocessing.DQPSKmodulationanddemodulationhasastrongabilitytodealwithinterference,andcanmakefulluseofbandwidthresources.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,ithasbeenwidelyusedinmicrowavecommunicationanddigitalwirelesscommunication.ThisdesignselectedFPGAchip,usingQuartusII,throughhigh-speedhardwaredescriptionlanguageVHDLtocompletetheDQPSKmodulationanddemodulationprocess.Themodulationmodulewiththefunctionsofserial-to-parallel,differentialphaseencodingandquadraturemodulationiscompleted,thedemodulationmodulewithcoherentdemodulation,differentialphasedecoding,low-passfilteringandparallel-to-serialfunctionisdesignedandimplementedbymodelsimsimulation.Keywords:DQPSK;FPGA;Differentialcoding;Filter;Modelsim1绪论1.1研究背景自从地球上有生命体诞生之后，不同的个体为了彼此能够了解到周围环境的变化以及合作进而更好的认识世界和改造世界，所以便有了彼此之间的交流和通信。从人类说起，最初人们通过结绳记事、通过在龟甲上刻符号来传递信息，这些包含信息的内容就是信号。不同信号的传递需要通过一定的传输媒介，这种媒介就是信道。由于信号在传输过程中会有很多的干扰因素并且受到发送与接受设备的限制，所以调制技术逐渐的被应用于人们的通信技术中。一般人们在生活中所传递的信息例如声音信号和图像信号都是有连续的模拟信号组成，并且是低频信号。所以就诞生了最初的模拟信号调制解调技术，例如AM和FM调制。到了后来，数字通信逐渐出现在人们的视野里并且迅速的占据了人们生活的一部分。由于数字通信相对于以往的模拟通信来说所耗费的资源降低了，并且拥有及其高的性价比，所以才会有如此快速的发展。数字调制解调不仅具有更加稳定的性能，还能结合以往模拟调制的功能，实现更加先进与高效的功能。1980年代初期，人们选用的是固定包络的数字调制。这种数字调制方式的功率谱比较窄，在进行信号放大的过程中不需要工作在线性环境下。在1980年代中后期之后,QPSK技术被广泛用于数字光纤通信系统和移动通信技术中。正交相移键控的误码率相对较低，其频谱占用较少的带宽资源,并且在信道传输的过程中受到干扰可以较好的恢复。美国的IS-136数字峰窝系统，日本的个人数字蜂窝系统和美国的个人连接通信系统都采用了这种方法。FPGA的时钟可以设置的非常精确，相对于以前的单片机和PC,它采取高速有效的并行工作模式。FPGA在进行开发的过程中功能齐全，并且设计周期短。基于VHDL语言或Verihg语言可以对芯片进行编程，可以根据功能的需要进行多次的烧写和擦除，这样便可以灵活的实现想要的功能。设计者可以使用专用的软件进行设计，在编译通过之后可以进行模拟仿真和检测。使用FPGA替代或部分替代专用ASIC集成ic可以提高系统的实用性和协调能力。Programmablelogictechnology在现今的硬件开发中有着举足轻重的地位和广泛地发展空间，FPGA不仅受到电子和通信领域的青睐，其在医疗、工业控制甚至航天航空的科技创新中的作用更是让人叹为观止。由于它的逻辑门电路可以不停修改组合，并且在开发过程中可以发挥出性能强大，高度集成的特点，因此发展的势头非常快速。FPGA芯片包含的内容越来越充足,在实现设计者所需要的功能方面也更加的出色,这些因素都使得FPGA在硬件开发的过程中必不可少。1.2整体设计原理DQPSK,四相位正交相移键控，它根据以往的QPSK调制解调技术进行了改进和创新。QPSK在调制与解调过程中前一时刻与后一时刻的载波相位是绝对的。它其实是一种四进制移相键控，当M=4时一般规定四种载波相位上，,44,O先产生一串由1和0组成的信号，为了使载波产生的四种相位44能够表示输入的二进制信号，就要把输入的信号变为逢四进一的一组信号。这样就会产生00,01,Ih10的两位信号码元，即22=4进制的信号。QPSK调制中信号的传输速率是2比特/秒，根据载波的四种不同的相位，接收到已调制信息的解调器就可以判断出相对应的输入信号。01110010图1.1QPSK相位图载波相位与2位信号的关系如图1.L从相位图可以看出:当输入信号为“n”时，输出的携带信息的载波为：ACOS(2力>当输入信号为“01”时，输出的携带信息的载波为：ACoS(2忒/+当输入信号为“00”时，输出的携带信息的载波为：Acos(2<Z+当输入信号为“10”时，输出的携带信息的载波为：Acos(2<Z+-)；总之，正交调制是一种线性调制，其频带较窄，占用的带宽较少，由于相比一般的相位调制正交调制同一时刻可以传送两个二进制信息，所以其传输效率较高，并且其面对干扰的情况也不会产生失真。正交解调可以采用相干解调或非相干解调，对于线性调制信号的解调可以采用相干解调，可以适用于对信号还原要求比较高的通信系统。QPSK中携带码元信息的载波相位是绝对相位，这样可能使得解调出来的信息出现反相的情况，使解调出的信息失真。DQPSK与QPSK的不同之处在于其为了保证信号在解调之后不会出现0和1反相的情况出现，所以在调制阶段对送入的信息进行差分编码，使得调制信号的相邻时刻的码元之间的相位彼此相对变化。这样，在进行信号解调的时候接收机就可以通过载波相邻相位的相对变化解调出正确信息。可以用图1.2和图1.3来表示DQPSK的信号发射端和信号接收端的结图1.2DQPSK数字发射机示意图本地振荡海施带信号处理图1.3DQPAK数字接收机示意图法带信号处理接收机和发射机在结构上都可以分为射频前端、中频模拟、基带信号处理三部分。对发射机来说，先对基带信号进行D/A转换，然后通过乘法器把低频信号调制成高频信号通过带通滤波后发送；对接收机来说，将接受到的高频信号搬移到可以直接A/D采样的中频上，然后由基带处理器完成DQPSK的解调。I(t)QPSK信号Q(t)模4加CQi11C1端CSmOOOOO0O1O11O101111O1OOO1O1111OO011101OOO10O1O01O1111O111OO11O1101OO111O0地址ROM储存值OOOOO10000000001001101101001000111111110110011011010100001000000010100001001011100000000000IllOO00100101Aa伏)Dak)Jk)判决输出(LQ)0°+0090o-+Ol180o-11270o+-10AegI