鄭杭波杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)信息導(dǎo)航管理部

基于QUARTUSⅡ的QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭杭波
杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)信息導(dǎo)航管理部

雖然現(xiàn)代化的數(shù)字通信只有短短幾十年的歷史，但由于其保密便捷，強(qiáng)抗干擾性，對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理方便，可以傳輸各種現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，易于同光纖通信、衛(wèi)星通信等新的傳輸手段配合等特性，因此其應(yīng)用一直在不斷的推廣與發(fā)展。數(shù)字通信也將成為通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向，在現(xiàn)代通信技術(shù)起著不可或缺的作用。本論文設(shè)計(jì)的全數(shù)字的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)——QPSK基于最廣泛的QUARTUSⅡ軟件和新興的Verilog HDL語(yǔ)言。

QPSK；QUARTUSⅡ；Verilog HDL語(yǔ)言

1 QPSK原理簡(jiǎn)介

利用載波的四種不同相位是四相絕對(duì)移相調(diào)制的表征數(shù)字信息的特有方式。因?yàn)槊恳环N載波相位代表兩個(gè)比特信息，所以四進(jìn)制碼元又稱為雙比特碼元，。用A表示組成雙比特碼元的前一信息比特，用B表示后一信息比特，AB一般是按格雷碼排列的。A方式時(shí)QPSK信號(hào)的矢量圖請(qǐng)看圖（A），B方式時(shí)QPSK信號(hào)的矢量圖請(qǐng)看圖（B）。用式（1.1.）表示四相調(diào)制信號(hào)，相位在（0、2）內(nèi)等間隔地取四種可能相位?；谡液陀嘞液瘮?shù)的互補(bǔ)性，φk有四種取值，例如45°、135°、225°、315°，幅度a與b有兩種取值，即±√2/2。

圖1 .1 QPSK信號(hào)的矢量圖

2 QPSK調(diào)制原理及全數(shù)字調(diào)制器的設(shè)計(jì)

全數(shù)字QPSK調(diào)制解調(diào)器與一般QPSK調(diào)制器的主要的不同點(diǎn)是全數(shù)字QPSK調(diào)制器所有部件都采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)包括信源——偽隨機(jī)序列（M序列）、數(shù)據(jù)分離器（串/并變換）、差分編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)字載波、加法器（調(diào)制信號(hào)）、八進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

QPSK調(diào)制原理過(guò)程：第一步設(shè)計(jì)一個(gè)晶體模塊生產(chǎn)系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘，該時(shí)鐘由其振蕩產(chǎn)生兩路高頻信息脈沖產(chǎn)生，其中一路通過(guò)50分頻作為信源M序列輸入；另一路則經(jīng)過(guò)八分頻后輸入八進(jìn)制計(jì)數(shù)器，編程產(chǎn)生八個(gè)離散化的載波信號(hào)。第二步產(chǎn)生要調(diào)制基帶信號(hào)，就是第一步的M序列，將M序列經(jīng)數(shù)據(jù)分離生成I路和Q路兩路信號(hào)；將這兩路信號(hào)送入差分編碼器，生成兩路差分碼信號(hào)I′和Q′；接著經(jīng)過(guò)選擇器后I′路來(lái)控制余弦波的輸出，Q′路來(lái)控制正弦波的輸出；第三步設(shè)計(jì)一個(gè)加法器把兩路載波相加，通過(guò)加法器輸出QPSK調(diào)制信號(hào),輸入到邏輯分析儀上直接觀測(cè)。

3 QPSK解調(diào)原理及全數(shù)字調(diào)制器設(shè)計(jì)

3.1 載波同步的原理和實(shí)現(xiàn)方法

載波同步過(guò)程就是在接收端恢復(fù)本地同步載波的過(guò)程。本文采用修正的同相正交，即對(duì)同相正交環(huán)進(jìn)行修改，有以下三方面：1將經(jīng)典的同相正交環(huán)與判決反饋環(huán)相結(jié)合；2在維持相同功能下簡(jiǎn)化電路；3使改進(jìn)的電路數(shù)字化。QPSK信號(hào)S（t）經(jīng)正交解調(diào)后輸出兩路基帶信號(hào)U1(t)和U2(t),然后將這兩路基帶信號(hào)送入基帶處理部分，基帶處理部分由加法器、減法器和一個(gè)四輸入的乘法器組成。基帶處理電路輸出一個(gè)和調(diào)制碼元無(wú)關(guān)的控制信號(hào)Ud,通過(guò)判決器判定后去控制VCO，達(dá)到對(duì)QPSK信號(hào)載波跟蹤的目的。

3.2.位同步的原理以及解調(diào)信號(hào)的產(chǎn)生

位同步即同步傳輸，是指使接收端對(duì)每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步。位同步過(guò)程就是建立數(shù)字通信收發(fā)系統(tǒng)之間連續(xù)準(zhǔn)確的碼元定時(shí)關(guān)系的過(guò)程，本文用VERILOG HDL語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)位同步模塊。

4 QPSK系統(tǒng)的仿真結(jié)果

4.1QPSK全數(shù)字解調(diào)的系統(tǒng)仿真結(jié)果

信號(hào)分析mxl為輸入的偽隨機(jī)序列碼元。I、Q為兩路數(shù)字信號(hào)，Id和Qd則為I′和Q′差分信號(hào)，用來(lái)控制載波產(chǎn)生不同相位的正弦波。而mod[7..0]則為最終四相位調(diào)制波形輸出。

4.2 QPSK全數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真結(jié)果

mxl為調(diào)制系統(tǒng)中生成的偽隨機(jī)序列，而wsj則為解調(diào)系統(tǒng)中解調(diào)產(chǎn)生的信號(hào)；I、Q和Id、Qd均為調(diào)制系統(tǒng)中的偽隨機(jī)信號(hào)分離后兩路信號(hào)和差分編碼后的兩路信號(hào)，而II、QQ和IIdd、QQdd則分別為解調(diào)所得與之相應(yīng)的數(shù)字信號(hào),對(duì)比發(fā)現(xiàn)信號(hào)輸入輸出一致，設(shè)計(jì)完成。

[1]鄭杭波.基于ITU-TG984標(biāo)準(zhǔn)的GPON系統(tǒng)FPGA設(shè)計(jì).信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化2014.4

[2]Uwe Meyer-Baese.Digital Signal Processing with Field Pro?grammable Gate Arrays

[3]鄭杭波.GPON系統(tǒng)ONU—MAC層下行鏈路的研究及FP?GA設(shè)計(jì).中國(guó)有線電視2009.9

[4]沈淑華.QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).浙江工業(yè)大學(xué)2003

鄭杭波，浙江工業(yè)大學(xué)通信與信息系統(tǒng)碩士研究生畢業(yè)，現(xiàn)就職于杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限公司信息導(dǎo)航管理部。