基于FPGA的QPSK调制解调的系统仿真
基于FPGA的SOQPSK调制方式的设计与仿真
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在 遥 测 系统 发 展 的 早期 阶段 。 由于 数 据 传输 速 率 低 ． 需 要
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基于FPGA的北斗QPSK调制实现与解调验证
摘 要
２ １ ０ ０ １ ６ ）
为研 制北斗卫星导航模拟信号 源，设计 实现 了北斗 Ｑ Ｐ Ｓ Ｋ信号调 制器。文 中在 分析 了北斗卫星导航 系统
Ｂ １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 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ硬件 平台上实现 了 Ｑ Ｐ Ｓ Ｋ 信 号 调 制
北 斗 卫 星 导航 系统 （ Ｂ ｅ ｉ Ｄ ｏ ｕ Ｎ ａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ） 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 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 实 现模 拟 源
Ｑ Ｐ Ｓ Ｋ ｄ ｅ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍ ｐ ｌ ｅ ｓ ｅ ｉ ｒ ｌ ａ ｉ ｎ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ．
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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。
如何实现一种基于FPGA全数字高码率QPSK调制设计？
如何实现一种基于FPGA全数字高码率QPSK调制设计？1 ** 全数字高码率QPSK调制解调软件设计**1.1 QPSK调制1.1.1 QPSK调制原理1.1.2 QPSK并行调制实现调制（信号）的符号速率达到500Mbps，根据奈奎斯特采样定理，DA的采样频率采用2Gbps。
由于数据速率比较的高，对（FPGA）运算要求太高，因此在设计过程中，采用并行处理的方式，来减轻对FPGA运算的压力。
图1-1为高码率500M QPSK调制实现框图。
其实现的原理为将二进制数据流经过QPSK映射后形成I、Q两路基带信号，在经过8倍成型（滤波器）后，分别与两路正交的数字本振混频后相加输出至（DAC）即可。
图1-1 并行QPSK调制实现框图1.1.2.1 QPSK符号映射QPSK信号的每个码元包含两个比特（信息），可用ab表示。
ab 序列有四种排列，即00,01,10,11。
每种排列对应4种不同的调制相位。
通常各种排列的相位关系按照格雷码进行编码，其符号映射关系如图1-2所示。
图1-2 QPSK映射星座图在实现过程中，将每个符号所包含的两比特二进制信息，分别对应为I、Q两路，先到的信息比特映射为I路，后到的信息比特映射为Q路。
其中二进制0对应正值(逻辑高+1)，二进制1对应负值(逻辑低-1)。
图1-3为500Mbps QPSK调制（MATLAB）（仿真）映射星座图，从图中可以看出基带数据严格聚集在[-1,-1],[-1,1],[1,-1],[1,1]四个相位点上。
图1-3 500MbpsQPSK调制MATLAB仿真映射星座图1.1.2.2数字基带成型滤波由于现代无线电（通信）及卫星通信中，频带和功率一般均受限。
一方面，为了有效利用信道，节约频谱资源，需要对发射信号进行带限；另一方面，当矩形脉冲通过带限信道时，脉冲会在时间上扩展，每个符号的脉冲将扩展到相邻符号的码元内，这会造成码间串扰(ISI)，并导致接收机在（检测）码元时发生错误的概率增大。
基于FPGA的软件无线电的宽带中频QPSK调制实现
图1 总体方案图
图2 FPGA内部模块图期
图3 SRRC滤波器具体实现结构图图4 移位寄存器组的结构Z-1
图5 查表和加法模块结构图
图6 FPGA实现DDS的程序结构图
三路，其中两路被作为地址送往两个
ROM，一路反馈到累加器的输入端。
在本系统中累加器必然会发生数
据溢出，当溢出发生后，累加器能否
回到正确的状态重新开始计数，对于
DDS的正常工作是非常重要的。
假设
一个累加器的位数是3，在取步长为
(011)2的情况下，时序图如图7所示。
图8 分频器的内部结构
图10 调制后信号的波形图
由40MHz晶振的二次谐波引起的，
这主要是因为用30MHz和40MHz混
70MHz的混频方案不太合理，两个频图9 FPGA中各功能模块连接图。
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VHDL的QPSK调制解调系统设计与仿真
基于VHDL的QPSK调制解调系统设计与仿真摘要：文中详细介绍了QPSK 技术的工作原理和QPSK 调制、解调的系统设计方案，并通过VHDL 语言编写调制解调程序和QuaitusII 软件建模对程序进行仿真，通过引脚锁定，下载程序到FPGA 芯片EP1K30TC144-3 中验证。
软件仿真和硬件验证结果表明了该设计的正确性和可行性，由于采用FPGA 芯片，减小了硬件设计的复杂性，该设计具有便于移植维护和升级的特点。
关键词：VHDL；QPSK；FPGA；QuartusII QPSK 调制技术在数字通信调制技术中占有非常重要的地位，将通信技术与FPGA 结合是现代通信技术发展的一个必然趋势。
QPSK 技术具有抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点，目前广泛应用于数字通信、数字视频广播、数字卫星广播等领域。
文中详细介绍了QPSK 技术的工作原理，完成QPSK 调制、解调的系统设计方案，并通过VHDL 语言编写调制解调程序，通过QuartusⅡ软件对模块和程序进行仿真，并通过引脚锁定，下载到FPGA 芯片EP1K30TC144-3 中，软件仿真和硬件验证结果表明了该设计的正确性和可行性。
1 基于FPGA 的QPSK 调制解调系统设计四进制绝对移相键控(QPSK 或4PSK)利用载波的四种不同相位来表示数字信息。
由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可用两个二进制码元的组合来表示(常被称为双比特码元)，一般用格雷码排列。
调制解调的实现原理框图如图1 所示。
由图1 可知，电路主要由分频器和四选一开关等组成，分频器对外部时钟信号进行分频和计数，并输出4 路频率相同而相位不同的相干数字载波信号；晶振及分频、移相电路分别送出调相所需的4 种不同相位的载波，按照串／并变换器输出双比特码元的不同，逻辑选相电路输出相应相位的载波。
四选一开关是在基带信号的控制下，对4 路载波信号进行选通，输出数字QPSK 信号。
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。
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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。
由于调相法比较常用,且实际操作性更强,故在本文中,选择调相法。
用调相法产生QPSK 信号的组成方框图如图1所示。
图中,串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。
设两个序列中的二进制数字分别为a和b,每一对ab称为一个双比特码元。
双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制。
将ab两路输出叠加,得到四相移相信号,其相位编码逻辑关系为:当双比特码元ab为11时,输出相位为315°的载波;ab为01时,输出相位为225°的载波;ab为00时,输出相位为135°的载波;ab为10时,输出相位为45°的载波。
2.2 QPSK信号的解调
由于四相绝对移相信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成,故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调,即由两个2PSK 信号相干解调器构成。
用两路正交的相干载波去解调,可以很容易地分离这两路正交的2PSK信号。
相干解调后的两路并行码元a和b,经过并/串变换后,成为串行数据输出。
3 基于FPGA的QPSK调制解调电路设计及仿真
在QPSK解调中,对于频率与相位的要求比较高,在解调中由于手动的输入基带信号,造成频率和相位的偏差,而频率与相位的偏差会引起误码率的增加。
为了更好的观察输入输出波形,在quartusII中创建调制功能模块和解调功能模块,再新建一个波形文件,插入生成的调制模块和解调模块,创建一个系统模块后进行功能仿真。
调制解调输出波形。
系统输出有一定的延迟,与输入信号相比还有一点偏差,但误码率明显减少,还是取得出了预期的效果。
多进制数字调制技术与FPGA 的结合使得通信系统的性能得到了迅速的提高。
文中基于FPGA方式实现了QPSK数字调制解调电路的设计,它比传统的模拟调制方式有着显著的优越性,通信链路中的任何不足均可以借助于软件根除,不仅可以实现信息加密,而且还可通过相应的误差校准技术,使接收到数据准确性更高。
为了设计更简单采用了调相法进行QPSK解调设计,更适合于FPGA实现,系统的可靠性也更高。
4 结语
多进制数字调制技术与FPGA的结合使得通信系统的性能得到了迅速的提高。
本文完成了基于FPGA的数字QPSK调制解调器的系统仿真。
由于QPSK优越的性能,随着EDA技术的进一步发展,该设计有着一定的技术价值。
参考文献
[1] 刘连青.数字通信技术[M].北京:机械工业出版社,2003.
[2] 樊昌信,张甫翊,徐丙祥,等.通信原理[M].北京:国防工业出版社,2001．。