基于FPGA的北斗QPSK调制实现与解调验证

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基于FPGA的QPSK OFDM调制解调器设计与实现

基于FPGA的QPSK OFDM调制解调器设计与实现OFDM（正交频分多路复用）是一种高效的调制解调技术，常用于无线通信系统中。

本文将介绍基于FPGA的QPSK（四相移键控）OFDM调制解调器的设计与实现。

一、引言OFDM技术在无线通信领域有着广泛的应用，其通过将高速数据流分成多个低速子载波进行传输，有效提高了系统的传输效率和频谱利用率。

而QPSK调制方式在OFDM系统中常被使用，能够传输两个比特的信息。

二、系统设计1. 系统框架基于FPGA的QPSK OFDM调制解调器主要包括信号生成、调制、多载波复用、通道传输、接收、解调等模块。

其中，信号生成模块负责产生待发送的信息信号；调制模块将信息信号进行QPSK调制；多载波复用模块将调制后的信号进行串行-并行转换；通道传输模块将并行数据通过多个子载波进行传输；接收模块接收并处理接收到的信号；解调模块将接收到的信号进行QPSK解调，得到原始信息信号。

2. 信号生成在信号生成模块中，我们可以使用伪随机序列发生器生成随机的数字信号作为待发送的信息源。

这里我们选择使用16位的二进制数字信号。

3. QPSK调制QPSK调制模块将二进制信号映射到复平面上的四个相位，即正弦信号与余弦信号共同构成的星座图。

通过将两个比特的输入分别映射到正弦信号与余弦信号的相位上，得到QPSK调制信号。

4. 多载波复用多载波复用模块将QPSK调制信号进行串行-并行转换，将多个并行的调制信号通过并行数据总线发送到通道传输模块。

5. 通道传输通道传输模块将并行的调制信号通过多个子载波进行传输。

在传输过程中，可能会出现信道衰落、噪声等问题，需要引入信道估计和均衡技术进行处理。

6. 接收与解调接收模块接收到经过信道传输后的信号，并进行信道估计和均衡处理，将接收到的信号进行QPSK解调，得到原始的二进制信息。

三、系统实现本文使用基于FPGA的开发板进行系统的实现。

通过使用硬件描述语言进行电路的设计，将各个模块进行逻辑连接，实现QPSK OFDM 调制解调器的功能。

qpsk调制解调原理及实现方法

一、概述QPSK调制解调技术是一种数字通信中常用的调制解调方式。

QPSK是Quadrature Phase Shift Keying的缩写，即正交相移键控。

它通过改变正交载波的相位来传输数字信号，具有传输速率高、频谱利用率高的优点，被广泛应用于无线通信、卫星通信、数字电视等领域。

本文将介绍QPSK调制解调的原理和实现方法，以帮助读者更深入地理解这一技术。

二、QPSK调制原理QPSK调制是通过改变正交载波的相位来传输数字信号。

在QPSK调制中，有两路正交的载波信号，分别记为I通道和Q通道。

对于要传输的数字信号，首先将其分为两个独立的部分，分别用来调制I通道和Q通道的载波。

通过改变正弦载波的相位来表示不同的数字信号，从而实现信号的传输。

QPSK调制可以用以下公式表示：S(t) = Icos(2πfct) - Qsin(2πfct)其中，S(t)代表输出的调制信号，I和Q分别是I通道和Q通道的调制信号，fc代表载波频率。

通过改变I和Q的数值，可以实现不同数字信号的传输。

三、QPSK解调原理QPSK解调是指将接收到的QPSK信号转换为原始的数字信号。

在QPSK解调中，接收到的信号经过信号处理后，被分别送入两个相位解调器，得到两个独立的解调信号。

通过合并两个解调信号，即可得到原始的数字信号。

QPSK解调可以用以下公式表示：I = ∫S(t)cos(2πfct)dtQ = -∫S(t)sin(2πfct)dt通过对接收到的信号进行数学处理，得到I和Q的数值，进而实现信号的解调。

四、QPSK调制解调的实现方法1. QPSK调制实现QPSK调制可以通过数字信号处理器（DSP）来实现。

将要传输的数字信号转换为两个独立的调制信号，即I和Q。

将这两个调制信号送入正交调制器，经过信号处理后得到QPSK信号。

通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。

2. QPSK解调实现QPSK解调可以通过相位解调器来实现。

接收到的QPSK信号先经过一系列处理，如信号衰减、滤波等，然后被送入两个相位解调器，分别得到I和Q的解调信号。

基于FPGA的QPSK解调技术的设计与实现的开题报告

基于FPGA的QPSK解调技术的设计与实现的开题报告一、选题背景及意义随着现代通信技术的发展，频谱资源越来越紧张，为提高频谱利用效率，射频通信系统中使用数字调制技术是一种可有效降低带宽能量占用和提高信道容量的方式。

其中一种常用的数字调制技术是QPSK调制，它可以将两路单极性NRZ数据分别调制在正弦波和余弦波载波上，实现带宽利用率的提高。

在接收端，解调器需要对QPSK调制信号进行还原，提取出原始的信息数据。

因此，本课题选取了基于FPGA的QPSK解调技术的设计与实现作为研究方向，旨在探索一种高效实现数字信号解调的方法，为提高现代通信技术的发展水平做出贡献。

二、研究内容1. 系统总体设计本课题设计的QPSK解调系统包括射频前端的载频同步、时序同步、均衡、解调等模块，还包括数字信号处理相关的滤波器、采样率变换等模块。

通过这些模块的协同作用，将接收到的QPSK调制信号解调还原成原始的数字信号数据流。

2. 载频同步模块该模块负责完成载频的同步，用于去除接收端的时移影响和相位偏差。

常用的载频同步算法有Costas算法、DDS算法、ZT算法等。

3. 时序同步模块该模块用于解决接收数据中时序抖动的问题，采用软判决算法实现。

4. 均衡模块该模块用于抑制信道传输时产生的干扰，提高系统的抗干扰性能。

常用的均衡算法有线性均衡算法、决策反馈均衡算法等。

5. 解调模块该模块用于将QPSK调制信号还原成原始数字信号。

该模块通常包括滤波器、采样率变换器等子模块。

三、研究计划第一年：我们将完成系统的总体设计，并完成载频同步模块和时序同步模块的算法研究和验证。

同时进行硬件平台的搭建和仿真测试。

第二年：我们计划完成均衡模块和解调模块的算法研究和验证，并将这些模块集成到硬件平台上。

在验证完成后，完善系统的功能和性能，并进行实际场景测试。

第三年：在系统的测试和实际应用中不断完善和优化，提高系统的性能和稳定性，并探索将该技术应用到更广泛领域的可能性，为现代通信技术的发展做出更大的贡献。

基于FPGA的QPSK高速解调器的设计与实现

ＤｅｉｎａｄＩｌｎａｉｎｏＳＨｉｈＳｅｄｓｎｍｐｅｇｍｅｔｔｆＱＰＫｇｐｅｏ
ＤｅｏｕａｏｓｄｏｍｄｌｔｒＢａｅｎＦＰＧＡ
ＳＧＧｕｎ－ｉＥｉｉｎＯＮａｇｙ，ＰＮＧｊ－ａｇｑ（ｈ４ｈＲｓｒｈｔｏＥＣ，Ｓｉｚｕｎｅｅ００８，Ｃｉ）Ｔｅ５ｔｅａｈｌｕｅｃｍｔｅｆＣＴｈｉｈａｇＨｂｉ５０１ｈｎｊａａ
ＡｂｓｒｔＡｃｏｄｎｏｔｅｅｕｒｍｅｔｆｒｄｔｉｋ’ ｇｐｅｎｏｅｒｒｒｔｆＵＡＶｙｔｍ，ｗｅａａｙｅａｄｃｍｐｒｔｔａｃｃｒｉｇｔｈｒｑｉｅｎｏａａｌｎＳｈｉｈｓｅｄａｄｌｗｒｏａｅｏｓｓｅｎｌｚｎｏａｅｗｏ
备中。目前，应用于不同场合的数字化ＰＫ解调主要Ｓ有数字中频解调和数字零中频解调２种方案。
１１数字中频解调．数字中频解调采用ＡＤ变换器直接对中频调／
制信号进行采样，／ＡＤ变换器相当于一个混频器，数字信号处理部分直接对ＡＤ变换器采样得到的低／中频数字调制信号进行数字解调处理，工作原理其框图如图１所示。如图１中，若
ｄｇｔｅｏ— Ｉｄｍｏｕａｏｃｏｉｇｔｔｅｃａａｔｒｓｉｆｔｉｙｔｍ．ＷｅａａｙｅｈｅｏｒｔｎｐｎｃｐｌａｄｈｅｈｒｗａｅｏｔｒｅｉｉｚｒｌａＦｅｄｌｔｒａｃｒｎｏｈｈｒｃｅｔｃｏｓｓｓｅｄｉｈｎｌｚｔｐａｏｒｉｅｎｔａｄｒ／ｓｆｅｉｉｗａｉｌｍｅｔｔｎｏｅｈｇ — ｓｅｅｄｌｔｒｍｐｅｎａｉｆｔｉｈｏｈｅｐｄｄｍｏｕａｏ．

基于FPGA的QPSK高速数字调制系统的研究与实现

基于FPGA的QPSK高速数字调制系统的研究与实现摘要：介绍了一种基于FPGA的QPSK的高速数字调制系统的实现方案。

先从调制系统的基本框图入手，简要介绍其实现原理及流程；然后着重介绍FPGA功能模块的软件编程、优化及整个系统的性能。

关键词：FPGA QPSK 直接序列扩频高速调制1 系统实现原理及流程本调制系统的设计目的是实现高速数字图像传输。

系统的硬件部分主要包括FPGA、A/D转换器、D/A转换器、正交调制器、输出电路等。

根据数字图像传输的特点，采用扩频调制技术。

这是因为扩频方式的抗干扰、抗衰落及抗阻塞能力强，而且扩频信号的功率谱密度很低，有利于隐蔽。

同时，为了提高数据传输的可靠性和有效性，降低信号失真度，减少码间干扰，在调制系统中还加入编码、交比例中项及匹配滤波。

这些处理都在FPGA中实现，使整个调制系统具有可编程的特点，易于根据实际要求进行功能上的扩展和缩减。

系统的原理框图如图1所示。

电路的具体工作过程为：图像信号经过A/D转换器AD9214完成模/数转换，输出信号送入FPGA。

由FPGA对信号进行编码、交织、串/并变换、扩频调制及匹配滤波。

FPGA输出两路数字信号，经过双D/A转换器AD9763实现数/模转换，输出两路模拟信号。

这两路信号经过正交调制器AD8346正交调制输出，实现QPSK调制。

因为正交调制器输出的信号功率较小，所以将其经过模拟放大器放大和带通滤波，之后再送到输出。

在整个调制系统中，FPGA模块的软件设计是最为重要的，也是进行系统优化的主要部分，它的优劣会直接影响整个系统的性能。

下面对这部分进行详细的介绍。

2 软件部分实现原理FPGA模块的软件设计部分包括以下几个方面：编码、交织、串并变换、扩频、匹配滤波以及复位和时钟。

2．1 编码和交织数字通信中经常使用信道编码加交织模块来提高数据传输的可靠性和有效性。

为了达到一定的增益要求，选择卷积码中纯编码增益为3.01的（1,1,6）码（在大信噪比下），并对其进行增信删余。

基于FPGA的QPSK调制解调的系统仿真

基于FPGA的QPSK调制解调的系统仿真摘要:本文针对传统的四相移键控(QPSK)的调制解调方式提出一种基于高速硬件描述语言(VHDL)的数字式QPSK调制解调模型。

这种新模型便于在目标芯片FPGA／CPLD上实现QPSK调制解调功能。

文中介绍了QPSK调制解调的原理,并基于FPGA实现了QPSK 调制解调电路。

并给出了可编程逻辑器件FPGA的最新一代集成设计环境QuartusⅡ进行系统仿真的仿真结果。

关键词:QPSK FPGA 调制解调仿真无线通信在现代社会中起着举足轻重的作用。

作为数字通信技术中重要组成部分的调制解调技术一直是通信领域的热点课题。

在众多调制方式中,四相相移键控(QPSK)信号由于抗干扰能力强而得到了广泛的应用,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。

现场可编程门阵列(FPGA)具有功能强大,开发过程投资小、周期短,可反复编程修改,保密性能好,开发工具智能化等特点,用FPGA实现调制解调电路,不仅降低了产品成本,减小了设备体积,满足了系统的需要,而且比专用芯片具有更大的灵活性和可控性。

本课题主要研究了基于FPGA的QPSK调制解调的系统仿真,并给出了QuartusII环境下的仿真结果[1]。

1 QPSK调制的原理四相绝对移相键控QPSK是MPSK的一种特殊情况,它利用载波的四种不同相位来表征数字信息。

由于每一种载波相位代表两个比特信息,故每个四进制码元又被称为双比特码元。

我们把组成双比特码元的前一信息比特用a表示,后一比特信息用b表示。

双比特码元中两个信息比特ab通常是按格雷码(即反射码)排列的,当ab为00时,载波相位为0°,当ab为01时,载波相位为90°,当ab为11时,载波相位为180°,当ab为10时,载波相位为270°。

2 QPSK信号的产生与解调2.1 QPSK信号的产生QPSK信号的产生分为调相法和相位选择法。

基于fpga的qpsk调制解调的仿真及相关软件设计毕业设计

1 引言
1．1研究背景
自1897年意大利科学家G.Marconi首次使用无线电波进行信息传输并获得成功后，在一个多世纪的时间中，在飞速发展的计算机和半导体技术的推动下，无线通信的理论和技术不断取得进步，今天，无线移动通信已经发展到大规模商用并逐渐成为人们日常生活不可缺少的重要通信方式之一。
随着数字技术的飞速发展与应用数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合信道传输的频带上数字调制信号有称为键控信号。在调制的过程中可用键控[1]的方法由基带信号对载频信号的振幅，频率及相位进行调制最基本的方法有三种：正交幅度调制（QAM）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
1.2.2FPGA的发展概况
FPGA/CPLD、DSP和CPU被称为未来数字电路系统的3块基石，也是目前硬件设计研究的热点[11]。过去的数字信号处理实现中，大多采用ASIC和DSP，但这类器件都有一定的缺陷。ASIC处理速度快，但开发成本高，而且内部功能不可改变，这样系统的可重构性差；DSP可以通过更改软件来改变其功能，其重构性好，但它的处理速度慢，逐渐跟不上越来越高的信号处理速度的要求字调制解调技术的发展现状
数字信号调制是用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程，数字信号的调制设备包括数字信号处理（编码）单元和调制单元。
图1.1 数字通信调制系统框图
首先将模拟信号数字化，然而数字信号序列进行编码码流是不能或不适合直
作为数字通信技术中重要组成部分的调制解调技术一直是通信领域的热点课题。随着当代通信的飞速发展，通信体制的变化也日新月异，新的数字调制方式不断涌现并且得到实际应用[2]。目前的模拟调制方式有很多种，主要有AM、FM、SSB、DSB、CW等，而数字调制方式的种类更加繁多，如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、DPSK、QPSK、QAM等。如果产生每一种信号需要一个硬件电路甚至一个模块，那么能产生几种、十几种通信信号的通信机的电路将相当复杂，体积重量将会很大，而且要增加新的调制方式也是十分困难的。在众多调制方式中，四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)信号由于抗干扰能力强而得到了广泛的应用[3],[4]，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，广泛应用于数字微波、卫星数字通信系统、有线电视的上行传输、宽带接入与移动通信等领域中[5]，并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[6]。现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是20世纪9年代发展起来的大规模可编程逻辑器件，随着电子设计自动化(ElectronDesign Automation EDA)技术和微电子技术的进步，FPGA的时钟延迟可达到ns级，结合其并行工作方式，在超高速、实时测控方面都有着非常广阔的应用前景[7]。FPGA具有高集成度、高可靠性等特点，在电子产品设计中也将得到广泛的应用。FPGA器件的另一特点是可用硬件描述语言VHDL对其进行灵活编程[8]，可利用FPGA厂商提供的软件仿真硬件的功能，使硬件设计如同软件设计一样灵活方便，缩短了系统研发周期。基于上述优点，用FPGA实现调制解调电路，不仅降低了产品成本，减小了设备体积，满足了系统的需要，而且比专用芯片具有更大的灵活性和可控性。在资源允许下，还可以实现多路调制。

基于FPGA的QPSK调制器的设计与实现

第８卷第４期
２００８年ｌ２月
湖南冶金职业技术学院学报
ＪｕａｆＨｕａｔｌｒｉａｒｆｓｉｎｌｅｈｏｏｙＣＵｇｏｒｌｏｎｎＭｅａｌｇｃｌｏｅｓａｃｎｌｇｏｅｅｎｕＰｏＴ
Ｖ０．Ｎｏ４１８．
率、强的抗干扰性、电路上实现也较为简单，较在本文研究了基于ＦＧＰＡ的ＱＳＰＫ调制电路的实现
【ａ）＾万ｉ相系统ｃ
图１ＱＰＳＫ信号ＱａｔｓＩ境下的仿真结ｕｒｌ环ｕ
内部的ＰＬ直接产生ＣｋＬｌ０和Ｃｋｌｌ两路频率相
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种：幅键控（Ｓ）频移键控（ｓ）相移键控振ＡＫ、ＦＫ、（Ｓ）ＰＫ。根据所处理的基带信号的进制不同，它们
可分为二进制和多进制调制（进制）Ｍ。多进制数
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中图分类号：Ｍ７文献标识码：文章编号：６２７１（０）４０９０Ｔ６Ａ１７ — ４２２８ — ９— ３００
０引言
于ａｂ通常是按格雷码的规则排列的，它与载波故相位的对应关系如表１示，相应的向量关系如所
种不同相位的载波。按串饼变换器的双比特码元的不同，逻辑选相电路输出相应相位的载波，虚线
１１四相绝对移相键控（ＰＫ．ＱＳ）

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ｔｉｏｎｎａａｌｏｇｓｉｎａｇｌｓｏｕｒｃｅ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｎａａｌｙｚｅｓｔｈｅＢｅｉｄｏｕｓａｔｅｌｌｉｔｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＢ１ｂａｎｄｓｉｎａｇｌｑｕａｄｒａｔｕｒｅｐｈａｓｅ
摘要
２１００１６）
为研制北斗卫星导航模拟信号源，设计实现了北斗ＱＰＳＫ信号调制器。文中在分析了北斗卫星导航系统
Ｂ１频段信号的正交相移键控调制信号ห้องสมุดไป่ตู้的基础上，基于软件无线电的思想，在ＦＰＧＡ硬件平台上实现了ＱＰＳＫ信号调制
北斗卫星导航系统（ＢｅｉＤｏｕＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）是我国正在实施的自主研发、完全独立运行的
号模拟源的算法进行研究，并通过ＦＰＧＡ实现模拟源
ＱＰＳＫｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｐｌｅｓｅｉｒｌａｉｎｆｏｍａｒｔｉｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．
ＫｅｙｗｏｒｄｓＢｅｉｄｏｕ；ＱＰＳＫ；ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ＦＰＧＡ；ＳｔｒａｔｉｘＩＩ
ＦＰＧＡ－ｂａｓｅｄＱＰＳＫＭｏｄｕｌａｉｔｏｎＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄ
ＤｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎＶｅｒｉｉｆｃａｉｔｏｎｆｏｒＢｅｉｄｏｕＳｙｓｔｅｍ
ｏｆｓｏｆｔｗａｒｅｒａｄｉｏ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｈａｒｄｗａｒｅｕｎｉｔｉｓｖｅｉｆｒｉｅｄｂｙｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｔｅｓｔｏｎ
ｓｈｉｇｋｅｙｉｎｇｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｓｉｇｎｌ，ａａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓＱＰＳＫｓｉｎａｇｌｍｄｕｏｌａｔｏｒｏｎＦＰＧＡｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｆｔｏｒｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｄｅａ
器，通过功率谱测试，ＱＰＳＫ解调和简单串口信息传输，验证了调制解调硬件单元的正确性。
关键词北斗；ＱＰＳＫ；调制解调；ＦＰＧＡ；ＳｔｒａｔｉｘＩＩ
中图分类号
ＴＮ７６１．８
文献标识码
Ａ
文章编号
１００７— ７８２０（２０１４）０３— ０９５— ０４
ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｏｎｒａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＡＢｅｉｄｏｕＱＰＳＫｓｉｇｎａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒｉｓｄｅｓｉｎｅｇｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅＢｅｉｄｏｕｓａｔｅｌｌｉｔｅｎａｖｉｇａ・－
ａ叶技２０１４年第２７卷第３期 ’
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．／Ｍａｒ．１５．２０１４
基于ＦＰＧＡ的北斗ＱＰＳＫ调制实现与解调验证
高亮，宋茂忠
（南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京
的产生，文献［４］分析了北斗卫星导航Ｂ１频段信号的
结构，并用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台实现了信号模拟。北斗导航系统已于２０１１年１２月进入试运行阶段，并于２０１２年ｌ２月公布了空间信号接口控制文件（ＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｏｎｔｒｏｌＤｏｃｕｍｅｎｔ，ＩＣＤ）。本文针对ＩＣＤ
ＧＡＯＬｉａｎｇ，ＳＯＮＧＭａｏｚｈｏｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ