基于FPGA的QPSK调制器的设计与实现

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基于FPGA的北斗QPSK调制实现与解调验证

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

刘鹏(北京理工大学电子工程系, 北京100081)

文章编号：1009－8119（2005）04－0043－03基于FPGA的自适应QPSK解调器的设计实现刘鹏(北京理工大学电子工程系，北京100081)摘要根据软件无线电的思想，提出了一种新颖的数字信号处理算法，对QPSK信号的相位进行数字化处理，从而实现对QPSK信号的解调.该算法允许收发两端载波存在频差，用数字锁相实现收发端载波的同步，在频偏较大的情况下，估算频偏的大小，自适应设置环路的带宽，实现较短的捕获时间和较好的信噪性能。

整个设计基于XILINX公司的ISE开发平台，并用Virtex-II系列FPGA实现。

用FPGA实现调制解调器具有体积小、功耗低、集成度高、可软件升级、扰干扰能力强的特点，符合未来通信技术发展的方向。

关键词QPSK，FPGA，FFT，软件无线电Design and Realization of Self Adaptive QPSK Demodulation Based on FPGA TechniqueLiu Peng(Department of Electronic Engineering, Beijng Institute of Technology, Beijing 100081)Abstract This paper describes a new design of QPSK demodulator based on the Xilinx's FPGA device. It is in accord with software radio and digital signal process. The design can adaptively select the parameter to make the demodulator synchronize more quickly and get better performance. The detail of design and emulate is also given in the paper .The implement using little slices and can be widely used in various fields.Keywords QPSK，FPGA，FFT，Software Radio1 引言现代通信的各个领域均向数字化方向发展，解调技术也不例外.本文针对QPSK调制方式，提出一种全新的数字解调算法，按照软件无线电的设计思想，先进行计算机模拟仿真，具体实现中充分利用FPGA的特点，实现了对20MHz 中频QPSK信号的解调。

fft傅里叶变换的qpsk基带信号频偏估计和补偿算法fpga实现

fft傅里叶变换的qpsk基带信号频偏估计和补偿算法fpga实现FFT（快速傅里叶变换）是一种常用的信号处理算法，可以将时域信号转换为频域信号。

在通信系统中，频偏是指信号的实际频率与理论频率之间的差异。

频偏会导致接收到的信号与发送信号不匹配，从而影响系统的性能。

因此，频偏的估计和补偿是通信系统中的重要问题之一。

QPSK（四相移键控）是一种常用的调制方式，它将两个比特映射到一个符号上。

在QPSK调制中，每个符号代表两个比特，因此可以提高频谱效率。

然而，由于信号传输过程中的各种因素，如多径效应、多普勒效应等，会导致信号的频偏。

为了解决QPSK基带信号频偏的问题，可以使用FFT算法进行频偏估计和补偿。

首先，将接收到的信号进行FFT变换，得到信号的频谱。

然后，通过分析频谱的特征，可以估计信号的频偏。

最后，根据估计的频偏值，对接收到的信号进行补偿，使其恢复到理论频率。

在FPGA（现场可编程门阵列）实现FFT傅里叶变换的QPSK基带信号频偏估计和补偿算法时，需要设计相应的硬件电路。

首先，需要将接收到的信号进行采样，并存储到FPGA的存储器中。

然后，通过使用FFT算法，对存储的信号进行频谱分析。

接下来，根据频谱的特征，计算信号的频偏值。

最后，使用频偏值对信号进行补偿，并输出补偿后的信号。

在FPGA实现中，需要考虑硬件资源的限制和性能要求。

为了提高计算速度，可以使用并行计算的方法，将FFT算法分解为多个子模块，并行计算每个子模块的结果。

此外，还可以使用流水线技术，将计算过程划分为多个阶段，以提高计算效率。

总之，FFT傅里叶变换的QPSK基带信号频偏估计和补偿算法在通信系统中具有重要的应用价值。

通过使用FPGA实现，可以提高计算速度和性能，满足实时信号处理的需求。

未来，随着通信技术的不断发展，这种算法和实现方法将会得到更广泛的应用。

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PSK解调器实现

有关数字解调器及其 FPGA ( f ie ld prog ra mm ab le gate array)实现已有大量的研究 , 基于 FPGA 的数字解调器与模拟电路解调器相比, 具有功耗低、结构简单、性能优越等特点, 故在实际工程中得到了广泛的应用。文献 [ 1] 提出了一种 QPSK ( quadrature phase sh ift keying) 数字解调器, 而通过对此解调器部分电
I mplem entation of FPGA based PSK demodulator
LV Y i bo , FAN X in gang , X I E Dong fu
1 2 3
( 1 K ey Lab ofM ob ile C omm un icat ion in Ch ongq ing, Chongqing U n ivers ity of Posts and T elecommun ications , Chongqing 400065 , P. R. Ch in a ; 2 D epartm ent of E lectronic In for m ation Eng ineering, G uangzhou C ity C onst r u ct ion College , Conghua 510925, P. R. Ch ina 3 D epartm ent of E lectron ic eng ineering, X iam en U n ivers ity, X iam en 361008 , P. R. Ch in a)
2k - L 0 2 3 L0 [ 1- ( ) ], k = 1, 2 , 2 2 L0 - 1 L0 ( 5) ( k ) 为平滑函数 ; L 0 = 36 表示导频 ( k ) 定为一固

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64QAM调制解调器设计与实现

基于FPGA的64QAM调制解调器设计与实现在通信领域中，调制解调器是一种重要的设备，用于将数字信号转换为模拟信号进行传输和接收。

64QAM是一种常用的调制方案，具有高效率和较高的数据传输速率。

本文将介绍基于FPGA的64QAM调制解调器的设计和实现。

一、引言调制解调器在数字通信系统中起着至关重要的作用。

传统的调制解调器采用硬件电路实现，但由于其复杂性和成本较高的缺点，近年来越来越多的研究和应用将其实现在FPGA芯片上。

FPGA芯片具有可编程性和灵活性的优点，使其成为一种理想的调制解调器实现平台。

二、基本原理1. 64QAM调制64QAM调制是一种将数字信号映射到模拟信号的调制技术。

它将每六个比特映射到一个具有64个不同取值的复数星座点上，实现更高的数据传输速率。

通过改变星座图中的星座点的相对位置，可以实现信号的调制和解调。

2. FPGA实现FPGA芯片由大量的逻辑单元和可编程的连线网络组成，可以通过编程来实现不同的数字电路功能。

对于64QAM调制解调器的设计，可以使用FPGA芯片来实现关键的数字信号处理算法和信号调制解调功能。

三、系统设计1. 数字信号处理在64QAM调制解调器中，数字信号处理是一个关键的模块。

通过对输入信号进行采样、滤波、降采样等处理，可以得到符号序列。

这些操作往往需要高效的算法和优化的实现方式，以满足实时性和性能要求。

2. 星座点映射在64QAM调制中，需要将符号序列映射到星座图上的复数点。

这涉及到星座点的选择和星座点到符号序列的映射算法。

合理选择星座点和优化的映射算法可以提高系统的传输性能。

3. 数字模拟转换在调制过程中，需要将数字信号转换为模拟信号进行传输。

这可以通过数字模拟转换器（DAC）来实现。

选择合适的DAC器件和优化的模拟电路设计可以提高信号的质量和传输速率。

4. 模拟数字转换在解调过程中，需要将模拟信号转换为数字信号进行处理。

这可以通过模拟数字转换器（ADC）来实现。

论文基于FPGA的QPSK解调器的设计与实现

基于FPGA 的QPSK 解调器的设计与实现Design and Realization of QPSK DemodulationBased on FPGA Technique赵海潮（Zhao ，Haichao ）周荣花（Zhou ，Ronghua ）沈业兵（Shen ，Yebing ）北京理工大学（北京 100081）摘要：根据软件无线电的思想，用可编程器件FPGA 实现了QPSK 解调，采用带通采样技术对中频为70MHz 的调制信号采样，通过对采样后的频谱进行分析，用相干解调方案实现了全数字解调。

整个设计基于XILINX 公司的ISE 开发平台，并用Virtex-II 系列FPGA 实现。

用FPGA 实现调制解调器具有体积小、功耗低、集成度高、可软件升级、扰干扰能力强的特点，符合未来通信技术发展的方向。

关键词：QPSK ；FPGA ；软件无线电；带通采样中图分类号：TN91 文献标识码：AAbstract ： This paper describes the design of QPSK demodulator based on the Xilinx's FPGA device. It is in accord with software radio, bandpass sampling and coherent demodulation techniques are used in the demodulation, and also make analysis with the spectrum.key words ： QPSK ；FPGA ；software radio ；bandpass sampling1、引言四相相移键控信号简称“QPSK ”。

它分为绝对相移和相对相移两种。

由于绝对移相方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK 。

它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。

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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
ｌＦＧ０ｌ／：ＰＡＩ－ｌ２３ｘｌ
一｜４＂／ｒ４ｒ
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
Ｏ
１
一ｒ１２／
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）
四相绝对移相调制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二进制代码元信息，故每个四进制码元又被称为
价比和竞争力，大大缩短设计周期，减少设计费
图１示。图ｌ（）所ａ表示Ａ方式时ＱＳＰＫ的向量
图，ｂ表示Ｂ方式时ＱＳ（）ＰＫ信号的向量图。
表１双比特码元载波相位的关系
双比特码元ａ
０
１１
作者简介：周维龙（９８）湖南邵阳人，１７－，男，湖南工业大学冶金校区电气工程系助教。
１００
湖南冶金职业技术学院学报
第８卷
由图３知，四相载波发生器主要产生四种可
输入
频率相同、位互差竹２的载波信号。相／实现四相载
波有很多种不同方法。可先由振荡电路产生一定
频率的信号，再利用ＲＣ移相电路得到不同相位
的波形；可以利用ＮＯ的Ｉｌｅｔｉｎ项目也Ｃｍｐｍｎｔｅａｏ
图２调相法的组成方框图
设置启用相位调制功能，通过设置相位调制精度输出四种不同的相位［２】系统利用Ｑａｕｌ．。该ｕｒｓＩ２ｔ５
ＦＧＰＡ器件（ｉｌｐｏｒｍａｌＧｔＡｒ）Ｆｅｄｒｇａｍｂｅａｒｙｅａ
是八十年代中期出现的一种新概念。利用ＦＧＰＡ技术设计的产品具有重量轻、积小、体速度快、保密程度高、功耗低等特点，能较大地提高产品的性
果。
１ＱＰＳＫ调制原理【１
１ＰＫ的调制方法．ＱＳ２ＱＳＰＫ的产生方法可采用调相法和相位选择法。图２所示为调相法产生ＱＳＰＫ信号的原理框图。３为相位选择法产生ＱＳ图ＰＫ的原理框图。在图３中，四相载波发生器分别送出调相所需的四
Ｄｅ．２ｏ８ｃｏ
基于ＦＧＰＡ的ＱＰＫ调制器的设计与实现Ｓ
周维龙姚晓玲。
（．南工业大学，南株洲，１０８；１湖湖４２０２
２信阳职业技术学院，河南信阳，６００．４４０）
摘要：介绍了ＱＰＫ信号的实现原理，提出一种ＱＰＫ高性能教字调制器的ＦＧ实现方案，给出了其在ＳＳＰＡ并ｑ￣ｔｓ环境下的仿真结果。结果表明，于ＰＬ的ＱＰＫ调制器，计简单，于修改和调试，能稳定。ｕｌｌ基ＬＳ设便性关键词：Ｓ数位调制器；ＰＡＱＰＫ；ＦＧ
载波相位Ａ方式
０
，２竹
用，降低设计风险。数字调制信号又称为键控信号，调制过程可用键控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。这种调制的最基本方法有３
ｂ
Ｏ
０１
Ｂ方式
— 盯／３４
３ａ４＂＇／
字调制与二进制相比，其频谱利用率更高。其中ＱＳ（ｐＰＫ是ＭＰＫ多进制相移键控）ＰＫＩＳ）￣４Ｓ（中应用
较广泛的一种调制方式。它具有较高的频谱利用
（１２Ｏ）
（Ｏ０）
一
（００
ｔｂ）Ｂ方式相穆莱绕
双比特码元。设组成双比特码元的前一位码元为ａ后一位为ｂ可以将该双比特码元表示为ａ。由，，ｂ
内的信号均为数字信号，本设计就采用相位选择法，利用ＦＧＰＡ来实现ＱＳＰＫ调制。
收稿日期：０８０ — ０２０—９２