QPSK调制解调器的研究与设计

论文摘要

本课题来源于与研究所合作项目,目的是实现某通信系统中的图像传输。数字信号的四相相移键控调制与解调技术以其灵活性和通用性而得到广泛的应用,符合未来数字通信技术发展的方向。本文提出了一种基于Intel公司的专用集成电路STEL-1109和STEL-2105的调制解调系统的方案,实现了信号的QPSK数字式调制与解调。本论文中的调制器与解调器均是采用Altera公司的低成本系列现场可编程逻辑门阵列（FPGA）来控制的,系统结合了RS纠错编解码技术,提高了传输数据的可靠性,此外调制器和解调器还采用了基于FTDI公司的FT245BL的先进简易USB接口技术,为系统与PC机的通信提供了方便。本系统的特点是软件与硬件结合,易于采用FPGA来实现。本文首先叙述了QPSK调制解调技术的工作原理和数字式调制与解调的特点,然后分别结合对调制器和解调器的研究与设计展开讨论。最后完成了对系统的调试并提出了对系统改进的方案。调制器和解调器的设计过程中涉及到对数字信号进行调制和解调一些关键技术的研究,比如在调制过程中的符号映射、成形滤波器和内插滤波器等技术以及在解调过程中的中频采样、数字下变频、积分-清洗滤波器、载波同步和位同步等技术。本文结合对调制器和解调器芯片各功能模块的分析,给出了其相关关键参数的设置,具有一定的参考意义。并且通过实验证明,该系统满足设计要求,能够很好地完成中频为30.72MHz,数据率为4Mbps的QPSK信号的调制与解调,符合此图像传输系统的功能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景与现状
• 1.2 调制解调技术的概述
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 QPSK 调制解调原理及结构设计
• 2.1 QPSK 调制解调原理
• 2.1.1 相移键控系统概述
• 2.1.1.1 二进制相移键控
• 2.1.1.2 四相相移键控
• 2.1.2 QPSK 调制的工作原理
• 2.1.3 QPSK 解调的工作原理
• 2.1.4 QPSK 的星座图
• 2.1.5 其它QPSK 简介
• 2.2 QPSK 调制解调器的结构设计
• 第三章 QPSK 调制器的设计与制作
• 3.1 调制器硬件设计
• 3.2 调制芯片的功能模块及技术分析
• 3.2.1 调制芯片STEL-1109 的功能简介
• 3.2.2 数据通路结构
• 3.2.2.1 比特同步模块
• 3.2.2.2 比特编码模块
• 3.2.2.3 成形滤波器
• 3.2.2.4 内插滤波器
• 3.2.2.5 调制模块
• 3.2.3 控制单元结构
• 3.2.3.1 总线接口单元
• 3.2.3.2 时钟控制单元
• 3.2.3.3 数控振荡器
• 3.3 简易USB 数据接口电路设计
• 3.4 调制器的软件设计流程
• 第四章 QPSK 解调器的设计与制作
• 4.1 解调器硬件设计
• 4.1.1 硬件实现基本原理
• 4.1.2 硬件实现的机构组成
• 4.2 解调芯片的功能模块及技术分析
• 4.2.1 全数字解调器STEL-2105 的特点
• 4.2.2 控制和微处理器接口模块
• 4.2.3 本地振荡器 NCO 模块
• 4.2.4 下变频器模块
• 4.2.5 积分-清洗滤波器模块
• 4.2.6 码元积分器模块
• 4.2.7 码元定时鉴频和环路滤波器模块
• 4.2.8 码元定时NCO 模块
• 4.2.9 载波鉴频环路滤波器模块
• 4.3 解调器的前端电路设计
• 4.3.1 A/D 转换驱动放大器
• 4.3.2 A/D 转换器
• 4.3.2.1 中频信号的采样
• 4.3.2.2 A/D 转换器的选择
• 4.4 RS 译码模块
• 4.4.1 RS 译码原理介绍
• 4.4.2 RS 译码模块的仿真测试
• 4.5 解调器的软件设计流程
• 第五章 QPSK 调制解调器的调试
• 5.1 系统电路的调试环境
• 5.2 调制解调器关键参数的设置
• 5.2.1 STEL-1109 关键参数的设置
• 5.2.1.1 工作模式
• 5.2.1.2 频率控制字
• 5.2.1.3 滤波器系数
• 5.2.2 STEL-2105 关键参数的设置
• 5.2.2.1 工作模式
• 5.2.2.2 频率控制字
• 5.2.2.3 视窗控制寄存器
• 5.2.2.4 边界控制寄存器
• 5.3 调制信号频谱分析
• 5.4 误码率测试
• 5.5 调试工作中遇到的问题及其解决
• 5.5.1 STEL-1109 的NCO 启动问题
• 5.5.2 调制器输出得不到足够的输出中频
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果