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基于DSP的QPSK調制器的設計

作者: 時間:2011-05-11 來源:網絡 收藏
四相相移鍵控調制(Quaternary Phase Shift Keying,QPSK)是一種線性窄帶數字調制技術,它已經在數字調制技術中占有重要的地位,被廣泛地應用于衛(wèi)星通信、移動通信、視頻會議系統(tǒng)、蜂窩電話和其它數字通信領域。具有頻帶利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強、較低的比特錯誤率等優(yōu)點。

  技術主要是指將的基本理論和算法付諸實現的途徑和方法。傳統(tǒng)的技術是當前廣泛使用的DSP處理器的解決方案,而這種解決方案日益面臨著不斷增加的巨大挑戰(zhàn),自身的技術瓶頸導致這種解決方案在DSP許多新的應用領域中的道路越走越窄。而現代DSP技術是相對于傳統(tǒng)DSP技術而言的,是基于可編程片上系統(tǒng)SOPC(System ON a Programmable Chip)技術、EDA技術與FPGA實現方式的DSP技術,是現代電子技術發(fā)展的產物,它有效地克服了傳統(tǒng)DSP技術中的許多瓶頸,在許多方面顯示了突出的優(yōu)勢,如高速與實時性,高可靠性,自主知識產權化,系統(tǒng)的重配置與硬件可重構性,單片DSP系統(tǒng)的可實現性以及開發(fā)技術的標準化和高效率。QPSK設計采用MATLAB/Simulink DSP 開發(fā)出用于的正交信號產生單元,在電路模塊的形成方式上用DSP 的模塊調用代替繁瑣的VHDL程序,從而方便的得到了所需的結果。系統(tǒng)的實現以FPGA為物理載體,與傳統(tǒng)的基于硬件描述語言的設計相比,這種流程更快捷方便靈活。

  1 原理

  所謂的就是利用載波的四種不同相位來表征數字信息,每一種載波相位代表兩個二進制代碼元信息。由于每一個載波相位代表兩個二進制碼元信息,所以每四個二進制碼元又被稱為雙比*元。

  QPSK信號的表示式為

  其中,A為載波振幅,wc為載波角頻率,θi為載波相位。

  若,則QPSK信號的初始相位為0,若,則QPSK信號的初始相位為π/4。

  將式(1)寫成

  I(t),Q(t)為+1或-1。則式(3)即為QPSK的數學表達式。

  QPSK信號的調制可分為相位選擇法和調相法,本文采用調相法進行設計,其調制框圖如下圖1所示。

QPSK調相法調制框圖

圖1 QPSK調相法調制框圖

  圖1中,串/并變換器將輸入的二進制序列依次分為兩個并行的雙極性碼序列。設二進制數分別為a和b。雙極性的a和b脈沖通過兩個平衡調制器分別對同相載波和正交載波進行二相調制,兩路輸出疊加后就可以得到QPSK信號。

  2 基于DSP Buildter的QPSK設計

  DSP 可完成圖形化的系統(tǒng)建模、設計、仿真、把設計軟件下載到FPGA開發(fā)板上。它是一個系統(tǒng)級的開發(fā)工具,架構在多個軟件之上,并把系統(tǒng)級和RTL級兩個設計領域的設計工具連接起來,最大程度的發(fā)揮了兩種工具的優(yōu)勢。DSP Builder依賴MathWorks公司的數學分析工具Matlab/Simulink,以Simulink的Blockset出現,可以在Simulink中進行圖形化設計和仿真,同時通過SignalCompiler可以把Matlab /Simulink的設計文件(.mdl)轉成相應的硬件描述語言VHDL設計文件(.vhd),以及用于控制綜合與編譯的TCL腳本。而對后者的處理可以由FPGA/CPLD開發(fā)工具QuartusⅡ來完成。

  研究采用6.1、DSP Builder6.1和Madab Rb2006作為FPGA的設計及測試平臺。因此,在設計的過程中可以很方便的調用DSP-Bbuilder和Simulink庫中的圖形模塊來建立硬件模型,輸入信號也可方便的調用Simulink模塊。依據QPSK的基本原理,可以快速的建立QPSK模型。要完成QPSK的建模,首先打開MATLAB,在命令窗口輸入“Simulink”進入圖形化仿真建模環(huán)境,新建一個仿真模型。依照圖1的原理圖設計,建立模型如圖2所示。

QPSK調制系統(tǒng)的整體模型

圖2 QPSK調制系統(tǒng)的整體模型

  圖2中,由頻率字、延時器、加法器和兩個LUT組成正交信號發(fā)生器,產生兩個正交的載波信號。隨機信號發(fā)生模塊產生隨機信號,經過反相器形成數字基帶信號,經過串并轉換模塊變?yōu)椴⑿行盘?,再經過多路選擇器模塊輸出+1和-1,然后和正交信號發(fā)生器產生的正交載波信號相乘,最后在加法器中進行相加實現QPSK調制。


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