基于FPGA的π/4QPSK调制解调器的研究与设计

论文摘要

现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。在某种程度上,调制解调算法的好坏直接决定了整个系统的质量和效率。本文选取了? 4QPSK调制方式,它是一种线性窄带数字调制技术,具有频谱利用率高、频谱特性好、抗衰落性能强、可用非相干解调等突出特点,在卫星通信、移动通信、无线局域网架设等诸多领域得到了广泛应用。本文首先研究了? 4QPSK调制与解调系统的基本原理。对于调制系统,给出了系统实现框图,并研究了其中的差分编码技术,且在Matlab中进行了性能仿真。对于解调系统,主要比较了两种差分解调方法,继而选择了基带差分解调方法,并给出了实现方案。然后分析了? 4QPSK调制与解调系统中的关键技术。重点研究了成型滤波技术,选择了滚降系数为0.35的平方根升余弦滤波器,并针对算法性能进行了Matlab设计仿真,展示仿真结果。还重点研究了位同步技术,在研究了各种同步算法的基础上,采用了与频率误差无关的Gardner算法,并对此算法的性能进行了Matlab设计仿真。接着用Matlab对整个系统进行性能仿真,得出结论。最后在此基础上,采用硬件描述语言Verilog在Altera公司Quartus II 7.0开发环境下设计系统各个模块,包括总体设计方案以及具体的实现细节。整个系统分为发送和接收两部分。发送部分主要有串并处理,差分编码、? 4QPSK调制等模块。接收部分主要有数字下变频、积分清洗、差分解调、载波同步、位同步等模块,通过仿真来证明功能正确性。通过仿真和分析,本文所设计的方案实现了预期的功能。对实现FPGA调制解调模块的开发和研究具有一定的理论和实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 π/4QPSK 调制解调的研究现状及趋势
• 1.3 FPGA 的发展及设计流程
• 1.3.1 FPGA 的发展历史.
• 1.3.2 FPGA 的设计流程.
• 1.4 论文主要研究内容及结构
• 第2章 π/4 QPSK 调制解调技术
• 2.1 π /4 QPSK 调制星座图
• 2.2 π /4 QPSK 调制原理及实现框图
• 2.3 π/4 QPSK 解调原理及实现框图
• 2.3.1 中频差分检测
• 2.3.2 基带差分解调
• 2.4 本章小结
• 第3章 π/4 QPSK 调制解调中的关键技术研究.
• 3.1 成型滤波器的设计
• 3.1.1 码间干扰和匹配滤波
• 3.1.2 平方根升余弦滤波器的设计
• 3.2 同步技术的研究
• 3.2.1 同步的概念
• 3.2.2 载波同步
• 3.2.3 位同步技术的研究
• 3.2.3.1 位同步原理
• 3.2.3.2 Gardner 算法
• 3.2.3.3 改进的Gardner 算法
• 3.3 本章小结
• 第4章 π/4 QPSK 调制解调系统的软件设计
• 4.1 Quartus II 简介
• 4.2 π/4QPSK 调制解调系统软件总体设计方案
• 4.2.1 发射子系统模块图
• 4.2.2 接收子系统模块图
• 4.3 发射子系统的软件实现
• 4.3.1 串并转换模块的设计与实现
• 4.3.2 差分编码及映射模块的设计与实现
• 4.3.3 NCO（数控振荡器）模块的设计与实现
• 4.3.4 π /4 QPSK 调制模块的设计与实现
• 4.4 接收子系统的软件实现
• 4.4.1 混频器模块的设计与实现
• 4.4.2 数据码元积分器模块的设计与实现
• 4.4.3 差分解调模块的设计与实现
• 4.4.4 载波同步模块的设计与实现
• 4.4.5 位同步模块的设计与实现
• 4.4.6 判决模块的设计与实现
• 4.5 系统顶层SCH 输入图.
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢