基于FPGA的QPSK高速解调器的设计与实现
基于FPGA的QPSK OFDM调制解调器设计与实现
基于FPGA的QPSK OFDM调制解调器设计与实现OFDM（正交频分多路复用）是一种高效的调制解调技术，常用于无线通信系统中。
本文将介绍基于FPGA的QPSK（四相移键控）OFDM调制解调器的设计与实现。
一、引言OFDM技术在无线通信领域有着广泛的应用，其通过将高速数据流分成多个低速子载波进行传输，有效提高了系统的传输效率和频谱利用率。
而QPSK调制方式在OFDM系统中常被使用，能够传输两个比特的信息。
二、系统设计1. 系统框架基于FPGA的QPSK OFDM调制解调器主要包括信号生成、调制、多载波复用、通道传输、接收、解调等模块。
其中，信号生成模块负责产生待发送的信息信号；调制模块将信息信号进行QPSK调制；多载波复用模块将调制后的信号进行串行-并行转换；通道传输模块将并行数据通过多个子载波进行传输；接收模块接收并处理接收到的信号；解调模块将接收到的信号进行QPSK解调，得到原始信息信号。
2. 信号生成在信号生成模块中，我们可以使用伪随机序列发生器生成随机的数字信号作为待发送的信息源。
这里我们选择使用16位的二进制数字信号。
3. QPSK调制QPSK调制模块将二进制信号映射到复平面上的四个相位，即正弦信号与余弦信号共同构成的星座图。
通过将两个比特的输入分别映射到正弦信号与余弦信号的相位上，得到QPSK调制信号。
4. 多载波复用多载波复用模块将QPSK调制信号进行串行-并行转换，将多个并行的调制信号通过并行数据总线发送到通道传输模块。
5. 通道传输通道传输模块将并行的调制信号通过多个子载波进行传输。
在传输过程中，可能会出现信道衰落、噪声等问题，需要引入信道估计和均衡技术进行处理。
6. 接收与解调接收模块接收到经过信道传输后的信号，并进行信道估计和均衡处理，将接收到的信号进行QPSK解调，得到原始的二进制信息。
三、系统实现本文使用基于FPGA的开发板进行系统的实现。
通过使用硬件描述语言进行电路的设计，将各个模块进行逻辑连接，实现QPSK OFDM 调制解调器的功能。
基于FPGA的QPSK系统设计
目录摘要：本文 (1)关键字： (2)1设计分析 (2)1.1设计目的 (2)1.2 设计任务与要求 (2)1.3 设计原理分析 (3)2系统控制器模块分析 (3)2.1 VHDL简介 (3)2.1.1VHDL具有以下特点： (3)2.1.1.1功能强大、设计灵活 (3)2.1.1.2支持广泛、易于修改 (4)2.1.1 .3强大的系统硬件描述能力 (4)2.1.1.4独立于器件的设计、与工艺无关 (4)2.1.1.5很强的移植能力 (4)2.1.1.6编辑本段优势 (4)2.2 FPGA简介 (5)2.2.1FPGA工作原理 (5)2.2.2FPGA芯片结构 (6)2.2.3基本特点 (7)2.3 QPSK简介 (8)2.3.1QPSK正交调制器原理图 (8)2.3.2QPSK相干解调原理图 (9)2.4 QPSK调制电路的FPGA实现及仿真 (9)2.4.1 基于FPGA的QPSK调制电路方框图 (9)24.2 调制电路VHDL程序及仿真结果 (10)2.5 QPSK解调电路的FPGA实现及仿真 (12)2.5.1 基于FPGA的QPSK解调电路方框图 (12)2.5.2解调电路VHDL程序及仿真结果 (12)3结论 (15)4参考文献 (16)摘要：本文采用FPGA设计芯片技术对多进制数字通信技术的QPSK调制器实现进行了研究与分析，将调制器中原有多种专用芯片的功能集成在一片大规模可编程逻辑器件FPGA芯片上，实现了高度集成化、小型化、实际研究仿真表明，该方案具有突出的灵活性和高效性，为设计者提供了多种可自由选择的设计方法和工具。
关键字：FPGA、QPSK、数字通信随着电子技术的不断发展与进步，电子设计系统设计方法发生了很大的变化，传统的设计方法正在退出历史的舞台，而基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流。
随着现代信息技术的发展，模拟调制技术越来越不能满足日益发展的移动通信、视频信号传输以及卫星通信的要求，数字调制技术日益得到重视。
基于FPGA的QPSK解调技术的设计与实现的开题报告
基于FPGA的QPSK解调技术的设计与实现的开题报告一、选题背景及意义随着现代通信技术的发展，频谱资源越来越紧张，为提高频谱利用效率，射频通信系统中使用数字调制技术是一种可有效降低带宽能量占用和提高信道容量的方式。
其中一种常用的数字调制技术是QPSK调制，它可以将两路单极性NRZ数据分别调制在正弦波和余弦波载波上，实现带宽利用率的提高。
在接收端，解调器需要对QPSK调制信号进行还原，提取出原始的信息数据。
因此，本课题选取了基于FPGA的QPSK解调技术的设计与实现作为研究方向，旨在探索一种高效实现数字信号解调的方法，为提高现代通信技术的发展水平做出贡献。
二、研究内容1. 系统总体设计本课题设计的QPSK解调系统包括射频前端的载频同步、时序同步、均衡、解调等模块，还包括数字信号处理相关的滤波器、采样率变换等模块。
通过这些模块的协同作用，将接收到的QPSK调制信号解调还原成原始的数字信号数据流。
2. 载频同步模块该模块负责完成载频的同步，用于去除接收端的时移影响和相位偏差。
常用的载频同步算法有Costas算法、DDS算法、ZT算法等。
3. 时序同步模块该模块用于解决接收数据中时序抖动的问题，采用软判决算法实现。
4. 均衡模块该模块用于抑制信道传输时产生的干扰，提高系统的抗干扰性能。
常用的均衡算法有线性均衡算法、决策反馈均衡算法等。
5. 解调模块该模块用于将QPSK调制信号还原成原始数字信号。
该模块通常包括滤波器、采样率变换器等子模块。
三、研究计划第一年：我们将完成系统的总体设计，并完成载频同步模块和时序同步模块的算法研究和验证。
同时进行硬件平台的搭建和仿真测试。
第二年：我们计划完成均衡模块和解调模块的算法研究和验证，并将这些模块集成到硬件平台上。
在验证完成后，完善系统的功能和性能，并进行实际场景测试。
第三年：在系统的测试和实际应用中不断完善和优化，提高系统的性能和稳定性，并探索将该技术应用到更广泛领域的可能性，为现代通信技术的发展做出更大的贡献。
基于FPGA的QPSK高速解调器的设计与实现
Ｄｅｉｎ ａ ｄ Ｉ ｌ ｎａｉｎ ｏ Ｓ Ｈｉｈ Ｓ ｅｄ ｓ ｎ ｍｐｅ ｇ ｍｅ ｔｔ ｆＱＰ Ｋ ｇ ｐ ｅ ｏ
Ｄｅ ｏ ｕ ａ ｏ ｓ ｄ ｏ ｍ ｄ ｌ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ＦＰＧＡ
Ｓ Ｇ Ｇｕ ｎ － ｉ Ｅ ｉ ｉｎ ＯＮ ａ ｇ ｙ ，Ｐ ＮＧ ｊ－ ａ ｇ ｑ （ ｈ ４ｈＲ ｓ ｒ ｈ ｔ ｏ Ｅ Ｃ，Ｓ ｉ ｚｕ ｎ ｅｅ ０ ０ ８ ，Ｃ ｉ ） Ｔ ｅ５ ｔ ｅ ａ ｈｌ ｕ ｅ ｃ ｍｔ ｅ ｆＣ Ｔ ｈ ｉ ｈ ａ ｇ Ｈ ｂｉ ５ ０ １ ｈｎ ｊ ａ ａ
Ａｂｓｒ ｔ Ａｃ ｏｄ ｎ ｏ ｔｅ ｅ ｕ ｒｍｅ ｔｆｒ ｄ ｔ ｉ ｋ’ ｇ ｐ ｅ ｎ ｏ ｅｒｒ ｒ ｔ ｆＵＡＶ ｙ ｔｍ ，ｗｅ ａ ａｙ ｅ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｔ ｔａｃ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｒｑ ｉｅ ｎ ｏ ａａ ｌｎ Ｓ ｈｉｈ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｌｗ ｒｏ ａｅ ｏ ｓ ｓｅ ｎ ｌｚ ｎ ｏ ａ ｅ ｗｏ
备 中。 目前 ， 应用 于不 同场合 的数字化 Ｐ Ｋ解调 主要 Ｓ 有 数字 中频解 调和数字零 中频解调 ２种方 案 。
１ １ 数字 中频 解调 ． 数 字 中频 解 调 采用 Ａ Ｄ变 换 器 直 接 对 中频 调 ／
制 信 号进行 采样 ， ／ Ａ Ｄ变换 器相 当 于一 个 混频器 ， 数 字信 号 处 理 部分 直接 对 Ａ Ｄ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
ｄｇｔ ｅ ｏ— Ｉ ｄ ｍｏ ｕ ａｏ ｃ ｏ ｉｇ ｔ ｔｅ ｃ ａａ ｔｒｓｉ ｆ ｔｉ ｙ ｔｍ ． Ｗ ｅ ａ ａｙ ｅ ｈｅ ｏ ｒ ｔ ｎ ｐ ｎｃｐｌ ａ ｄ ｈｅ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｏｔ ｒ ｅ ｉｉ ｚ ｒ ｌ ａ Ｆ ｅ ｄ ｌｔｒ ａ ｃ ｒ ｎ ｏ ｈ ｈ ｒｃｅ ｔｃ ｏ ｓ ｓ ｓｅ ｄ ｉ ｈ ｎ ｌｚ ｔ ｐ ａ ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ａｄ ｒ ／ｓ ｆ ｅ ｉ ｉ ｗａ ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｎ ｏ ｅ ｈｇ — ｓ ｅ ｅ ｄ ｌｔｒ ｍｐｅ ｎａｉ ｆｔ ｉｈ ｏ ｈ ｅ ｐ ｄ ｄ ｍｏ ｕ ａｏ ．
基于FPGA的QPSK高速数字调制系统的研究与实现
基于FPGA的QPSK高速数字调制系统的研究与实现摘要：介绍了一种基于FPGA的QPSK的高速数字调制系统的实现方案。
先从调制系统的基本框图入手，简要介绍其实现原理及流程；然后着重介绍FPGA功能模块的软件编程、优化及整个系统的性能。
关键词：FPGA QPSK 直接序列扩频高速调制1 系统实现原理及流程本调制系统的设计目的是实现高速数字图像传输。
系统的硬件部分主要包括FPGA、A/D转换器、D/A转换器、正交调制器、输出电路等。
根据数字图像传输的特点，采用扩频调制技术。
这是因为扩频方式的抗干扰、抗衰落及抗阻塞能力强，而且扩频信号的功率谱密度很低，有利于隐蔽。
同时，为了提高数据传输的可靠性和有效性，降低信号失真度，减少码间干扰，在调制系统中还加入编码、交比例中项及匹配滤波。
这些处理都在FPGA中实现，使整个调制系统具有可编程的特点，易于根据实际要求进行功能上的扩展和缩减。
系统的原理框图如图1所示。
电路的具体工作过程为：图像信号经过A/D转换器AD9214完成模/数转换，输出信号送入FPGA。
由FPGA对信号进行编码、交织、串/并变换、扩频调制及匹配滤波。
FPGA输出两路数字信号，经过双D/A转换器AD9763实现数/模转换，输出两路模拟信号。
这两路信号经过正交调制器AD8346正交调制输出，实现QPSK调制。
因为正交调制器输出的信号功率较小，所以将其经过模拟放大器放大和带通滤波，之后再送到输出。
在整个调制系统中，FPGA模块的软件设计是最为重要的，也是进行系统优化的主要部分，它的优劣会直接影响整个系统的性能。
下面对这部分进行详细的介绍。
2 软件部分实现原理FPGA模块的软件设计部分包括以下几个方面：编码、交织、串并变换、扩频、匹配滤波以及复位和时钟。
2．1 编码和交织数字通信中经常使用信道编码加交织模块来提高数据传输的可靠性和有效性。
为了达到一定的增益要求，选择卷积码中纯编码增益为3.01的（1,1,6）码（在大信噪比下），并对其进行增信删余。
基于fpga的qpsk调制解调的仿真及相关软件设计毕业设计
1．1研究背景
自1897年意大利科学家G.Marconi首次使用无线电波进行信息传输并获得成功后，在一个多世纪的时间中，在飞速发展的计算机和半导体技术的推动下，无线通信的理论和技术不断取得进步，今天，无线移动通信已经发展到大规模商用并逐渐成为人们日常生活不可缺少的重要通信方式之一。
随着数字技术的飞速发展与应用数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合信道传输的频带上数字调制信号有称为键控信号。在调制的过程中可用键控[1]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最基本的方法有三种：正交幅度调制（QAM）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。
1.2.2FPGA的发展概况
FPGA/CPLD、DSP和CPU被称为未来数字电路系统的3块基石，也是目前硬件设计研究的热点[11]。过去的数字信号处理实现中，大多采用ASIC和DSP，但这类器件都有一定的缺陷。ASIC处理速度快，但开发成本高，而且内部功能不可改变，这样系统的可重构性差；DSP可以通过更改软件来改变其功能，其重构性好，但它的处理速度慢，逐渐跟不上越来越高的信号处理速度的要求字调制解调技术的发展现状
数字信号调制是用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程，数字信号的调制设备包括数字信号处理（编码）单元和调制单元。
图1.1 数字通信调制系统框图
首先将模拟信号数字化，然而数字信号序列进行编码码流是不能或不适合直
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。随着当代通信的飞速发展，通信体制的变化也日新月异，新的数字调制方式不断涌现并且得到实际应用[2]。目前的模拟调制方式有很多种，主要有AM、FM、SSB、DSB、CW等，而数字调制方式的种类更加繁多，如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、DPSK、QPSK、QAM等。如果产生每一种信号需要一个硬件电路甚至一个模块，那么能产生几种、十几种通信信号的通信机的电路将相当复杂，体积重量将会很大，而且要增加新的调制方式也是十分困难的。在众多调制方式中，四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)信号由于抗干扰能力强而得到了广泛的应用[3],[4]，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，广泛应用于数字微波、卫星数字通信系统、有线电视的上行传输、宽带接入与移动通信等领域中[5]，并已成为新一代无线接入网物理层和B3G通信中使用的基本调制方式[6]。现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是20世纪9年代发展起来的大规模可编程逻辑器件，随着电子设计自动化(ElectronDesign Automation EDA)技术和微电子技术的进步，FPGA的时钟延迟可达到ns级，结合其并行工作方式，在超高速、实时测控方面都有着非常广阔的应用前景[7]。FPGA具有高集成度、高可靠性等特点，在电子产品设计中也将得到广泛的应用。FPGA器件的另一特点是可用硬件描述语言VHDL对其进行灵活编程[8]，可利用FPGA厂商提供的软件仿真硬件的功能，使硬件设计如同软件设计一样灵活方便，缩短了系统研发周期。基于上述优点，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。在资源允许下，还可以实现多路调制。
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。
基于FPGA的QPSK调制器的设计与实现
２０ ０ ８年 ｌ ２月
湖南 冶金 职 业技 术 学院 学 报
Ｊｕ ａ ｆＨｕ ａ ｔｌ ｒｉａ ｒｆｓｉｎ ｌ ｅ ｈ ｏｏ ｙＣ Ｕ ｇ ｏ ｒ ｌｏ ｎ ｎＭｅａｌ ｇｃ ｌ ｏｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｅｅ ｎ ｕ Ｐ ｏ Ｔ
Ｖ０． Ｎｏ４ １ ８ ．
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 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的 Ｑ Ｓ Ｐ Ｋ调制 电路 的实现
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图 １ＱＰ ＳＫ信 号Ｑ ａｔｓＩ 境 下 的仿 真 结 ｕｒ ｌ环 ｕ
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０ 引 言
于ａ ｂ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 （ Ｐ Ｋ ． ＱＳ ）
基于FPGA的QPSK系统设计
基于FPGA的QPSK系统设计QPSK一、实验目的1、利用FPGA实现QPSK调制解调电路设计与实现，加深对QPSK的理性认识，通过实践提高动手能力以及理论联系实际的能力 2、通过对电路模块的组合使用构成通信系统，加深对通信系统的认识和理解，进一步体会《通信原理》课程中的理论知识 3、通过本次试验进一步掌握对Quartus II软件以及VHDL编程语言的使用4、通过本次课程设计的实践提高我们的实践操作能力、提高分析问题和解决问题的能力二、设计任务及要求利用FPGA实现QPSK调制解调电路设计与实现，用FPGA进行数据处理。
实验中给定FPGA模块，D/A转换、A/D转换以及乘法器模块三、实验原理1、FPGA简介目前以硬件描述语言（Verilog 或 VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC 设计验证的技术主流。
这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。
在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完1QPSK整的记忆块。
系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。
一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，而且消耗更多的电能。
但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。
厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。
因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。
另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。
基于FPGA的OQPSK解调器的设计与实现
1 引言交错正交相移键控(OQPSK)是继QPSK之后发展起来的一种恒包络数字调制技术，是QPSK的一种改进形式，也称为偏移四相相移键控（offset－QPSK），有时又称为参差四相相移键控（SQPSK）或者双二相相移键控（Double－QPSK）等。
它和QPSK有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。
与普通的QPSK比较，交错正交相移键控的同相与正交两支路的数据流在时间上相互错开了半个码元周期，而不像QPSK那样I、Q两个数据流在时间上是一致的(即码元的沿是对齐的)。
OQPSK信号中，I(同相)、Q(正交)两个数据流，每次只有其中一个可能发生极性转换。
所以每当一个新的输入比特进入调制器的I 或Q信道时，输出的OQPSK信号中只有0°、±90°三个相位跳变值，而根本不可能出现180°相位跳变。
所以频带受限OQPSK的信号包络起伏比频带受限QPSK 的信号小，经限幅放大后频带展宽得少，故OQPSK性能优于QPSK。
本设计中OQPSK解调器接收端接收的信号是10.7MHz已调信号，按照软件无线电的设计思想，先进行计算机的模拟仿真，充分利用FPGA的特点，成功实现了对的10.7MHz的OQPSK信号差分解调。
解调器的技术指标为：解调器输出码：256 kb/s 、TTL电平；解调器输出时钟：256 KHz 、占空比50％。
2解调器的设计与FPGA实现2.1总体方案设计解调器前端的载波恢复部分采用分离元件实现，这里不做详细介绍，大家可以参考经典锁相环电路进行设计。
本文将详细介绍解调器后端的数字部分（位同步和差分解调）的FPGA实现。
解调器的数字部分原理框图如图1所示。
位时钟信号可以由I路信号提取也可以由Q路信号来提取，本设计中由I 路信号来提取。
并串变换之后就完成了信号的解调。
后边的HDB3编码是为了便于传输和其他处理，比如解调后的信号送计算机处理等等。
QPSK调制解调器的设计及FPGA实现
QPSK调制解调器的设计及FPGA实现一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展，调制解调器作为信息传输的关键部分，其性能对整个通信系统的稳定性和可靠性有着至关重要的影响。
四相相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）作为一种高效且稳定的调制方式，在无线通信中得到了广泛应用。
本文旨在深入研究QPSK调制解调器的设计，并探讨其在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）上的实现方法。
本文首先将对QPSK调制解调的基本原理进行详细阐述，包括其信号处理方式、调制解调流程以及关键性能指标。
在此基础上，我们将探讨QPSK调制解调器的设计方法，包括调制器与解调器的结构选择、参数优化等。
同时，我们还将分析影响QPSK调制解调器性能的关键因素，如噪声、失真等，并提出相应的优化策略。
为了实现QPSK调制解调器的硬件化，本文将重点研究其在FPGA 上的实现方法。
我们将首先分析FPGA在数字信号处理方面的优势，然后详细介绍如何在FPGA上设计并实现QPSK调制解调器，包括硬件架构的选择、关键模块的设计与实现、以及资源优化等方面的内容。
我们还将讨论如何在实际应用中测试和优化FPGA实现的QPSK调制解调器，以确保其性能达到最佳状态。
本文旨在深入研究QPSK调制解调器的设计及其在FPGA上的实现方法，为无线通信系统的优化和升级提供理论支持和技术指导。
通过本文的研究，我们期望能够为相关领域的工程师和研究人员提供有益的参考和启示，推动QPSK调制解调技术的发展和应用。
二、QPSK调制原理QPSK，即四相相移键控（Quadrature Phase Shift Keying），是一种数字调制方式，它在每一符号周期内通过改变载波信号的相位来传递信息。
QPSK调制利用四个不同的相位状态来表示两个不同的比特组合，从而实现了更高的数据传输效率。
在QPSK调制中，每个符号通常代表两个比特的信息。
基于fpga的qpsk调制解调原理及实现方法
基于fpga的qpsk调制解调原理及实现方法QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种常见的调制解调技术，在许多无线通信系统中广泛应用。
本文将介绍基于FPGA的QPSK调制解调的原理，并给出实现方法。
一、QPSK调制原理QPSK调制是一种相位调制技术，通过调整信号的相位来实现多个比特的传输。
在QPSK调制中，将数字比特流分为两组，每组两位比特，分别称为I和Q。
QPSK调制原理如下：1. 将两位比特I和Q转换为相应的相位值：- 00：相位0°- 01：相位90°- 10：相位180°- 11：相位270°2. 将相位调制的信号进行合并，得到QPSK调制信号。
具体操作是将两路调制信号分别乘以正弦函数和余弦函数，然后相加。
二、QPSK解调原理QPSK解调是将接收到的QPSK调制信号还原为原始的数字比特流。
解调的过程可以分为两步：信号的采样和相位恢复。
1. 信号的采样：使用FPGA时钟信号对收到的QPSK调制信号进行采样，采样频率应与信号的带宽相匹配。
2. 相位恢复：通过采样得到的信号，利用相位锁定环（PLL，Phase-Locked Loop）等技术，恢复原始信号的相位。
三、基于FPGA的QPSK调制解调实现方法基于FPGA的QPSK调制解调可以通过硬件描述语言（如Verilog 或VHDL）实现。
下面给出一种基本的实现方法。
1. QPSK调制实现：a. 采用FPGA的GPIO（通用输入输出）接口输入数字比特流。
b. 将输入的比特流转换为相应的相位值，可以使用查找表（Look-Up Table）实现。
c. 将相位值转换为正弦和余弦函数的乘积，并相加得到调制信号。
d. 输出调制后的信号。
2. QPSK解调实现：a. 使用FPGA的ADC（模数转换器）接口采样接收到的QPSK 调制信号。
b. 对采样信号进行滤波，去除噪声和多径干扰。
QPSK调制解调器的设计与实现
• 202•本文基于可编程逻辑阵列设计实现QPSK 调制解调器，对QPSK 调制解调各模块算法进行了研究，包括信道编译码、成型滤波、载波同步等，并在此基础上烧写进FPGA 中进行仿真，利用信号分析仪分析调制器的性能。
QPSK调制解调器的设计与实现公安部第一研究所 洪向宇图2 QPSK调制部分结构框图图3 QPSK解调部分结构框图随着科学技术的发展，通信系统已成为各个领域的技术基础，由于数字传输能够提供数据处理种类的灵活性，因此数字通信系统正受到越来越多的重视。
数字调制技术是数字传输的基础，通过载波调制使数字信号在信道中传输，载波的表达式有三个变量，因此数字信号调制技术分为幅度键控（ASK ）、频移键控（FSK ）和相移键控（PSK ）三种方式。
其中QPSK 是目前最常用的数字信号调制方式之一，QPSK 调制方式的优点为频谱利用率高、抗干扰性强，并图1 QPSK调制解调结构框图且能够很好的权衡频带利用率和接收信噪比的折中要求。
本文在FPGA 平台上设计实现QPSK 调制解调器。
1 QPSK调制解调器的设计本文设计的QPSK 调制解调系统由10个部分组成。
信道编解码部分采用Turbo 交织器的设计；校验部分CRC 校验算法设计；QPSK 调制解调部分；成形滤波模块和匹配滤波模块采用根升余弦滤波器实现；载波同步采用改进的科斯塔斯环算法实现。
结构框图如图1所示。
QPSK 调制部分如图2所示，QPSK 调制器包括信道编码器、CRC 校验、数据成帧、数据调制、成型滤波等模块。
图4 信道编码部分结构框图QPSK 解调部分如图3所示，QPSK 解调器包括匹配滤波、CRC 校验、载波同步、定时同步与盲均衡、星座映射、信道译码等模块。
本文使用信道编译码算法为利用Turbo 码的信道编译码算法，利用卷积、交织、删余、复用模块实现Turbo 码的编码，其中基带信道编码器采用Turbo 码中的并行级联编卷积算法结构。
信道译码的结构图如图4所示。
QPSK调制器的FPGA设计与实现
QPSK 调制器的FPGA 设计与实现高 松,彭大芹(重庆邮电大学 重庆 400065)摘 要:首先介绍QPSK 调制的基本原理,提出了一种基于FP GA 的全数字Q PSK 调制方案。
本文重点介绍了Q PSK 数字调制系统各个子模块的设计思路和流程,并对Quartus Ⅱ软件进行简单介绍,通过QuartusII 软件对各子模块和顶层文件进行综合和仿真,最后在基于stratix Ⅱ系列芯片EP2S30F672C5的PCB 板上证验了本设计的正确性和可行性。
关键词:Q PSK;FP GA ;Quartus Ⅱ;综合;仿真中图分类号:TN91 文献标识码:AQ PS K modulator FP GA design and implementationG ao Song ,Peng Daqin(Chongqing university of posts and telecommunication ,Chongqing 400065)Abstract :This paper first introduces t he basic p rinciples of Q PS K modulation ,and proposes a FP GA 2based all 2digital Q PS K modulation scheme.This article focuses on t he Q PS K digital modulation system sub 2module design and p rocess ,t hen give a brief int roduction of Quart us Ⅱ,t hrough t he various Sub 2module modules and top 2level document simulation ,and verify t he cor 2rect ness and feasibility of t he design in t he PCB board based on stratix Ⅱseries chip EP2S30F672C5.K eyw ords :Q PS K;FP GA ;Quart us Ⅱ;Synt hesis ;simulation0 引 言Q PS K 是在无线通信中应用比较广泛的一种调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性。
如何实现一种基于FPGA全数字高码率QPSK调制设计？
如何实现一种基于FPGA全数字高码率QPSK调制设计？1 ** 全数字高码率QPSK调制解调软件设计**1.1 QPSK调制1.1.1 QPSK调制原理1.1.2 QPSK并行调制实现调制（信号）的符号速率达到500Mbps，根据奈奎斯特采样定理，DA的采样频率采用2Gbps。
由于数据速率比较的高，对（FPGA）运算要求太高，因此在设计过程中，采用并行处理的方式，来减轻对FPGA运算的压力。
图1-1为高码率500M QPSK调制实现框图。
其实现的原理为将二进制数据流经过QPSK映射后形成I、Q两路基带信号，在经过8倍成型（滤波器）后，分别与两路正交的数字本振混频后相加输出至（DAC）即可。
图1-1 并行QPSK调制实现框图1.1.2.1 QPSK符号映射QPSK信号的每个码元包含两个比特（信息），可用ab表示。
ab 序列有四种排列，即00,01,10,11。
每种排列对应4种不同的调制相位。
通常各种排列的相位关系按照格雷码进行编码，其符号映射关系如图1-2所示。
图1-2 QPSK映射星座图在实现过程中，将每个符号所包含的两比特二进制信息，分别对应为I、Q两路，先到的信息比特映射为I路，后到的信息比特映射为Q路。
其中二进制0对应正值(逻辑高+1)，二进制1对应负值(逻辑低-1)。
图1-3为500Mbps QPSK调制（MATLAB）（仿真）映射星座图，从图中可以看出基带数据严格聚集在[-1,-1],[-1,1],[1,-1],[1,1]四个相位点上。
图1-3 500MbpsQPSK调制MATLAB仿真映射星座图1.1.2.2数字基带成型滤波由于现代无线电（通信）及卫星通信中，频带和功率一般均受限。
一方面，为了有效利用信道，节约频谱资源，需要对发射信号进行带限；另一方面，当矩形脉冲通过带限信道时，脉冲会在时间上扩展，每个符号的脉冲将扩展到相邻符号的码元内，这会造成码间串扰(ISI)，并导致接收机在（检测）码元时发生错误的概率增大。
基于FPGA的QPSK高速解调器的设计与实现
基于FPGA的QPSK高速解调器的设计与实现
宋广怡;彭继强
【期刊名称】《无线电工程》
【年(卷),期】2006(36)5
【摘要】根据无人机系统对数据链路的高速率、低误码的需求,分析比较了QPSK 数字中频解调与零中频解调2种方案.针对本系统的特点,采用FPGA及DSP设计实现了一种高速QPSK数字零中频解调器,同时简要分析了高速数字解调器的工作原理,并介绍了高速解调器的硬件与软件实现.
【总页数】3页(P47-49)
【作者】宋广怡;彭继强
【作者单位】中国电子科技集团公司第54研究所,河北,石家庄,050081;中国电子科技集团公司第54研究所,河北,石家庄,050081
【正文语种】中文
【中图分类】TN763
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*##2 年 无线电工程 第 32 卷 第 ! 期
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专题技术与工程应用
后得： …和 ’(， …。 !"， # !$， !%， # !&， # ’)， ’*， # ’+， …和 ’(， 对每一路交替求反可得： !"， !$， !%， !&， ’)， …。 ’*， ’+， 可见， 若抽样时钟正确， 则求反后的数据就是调 而不是从 制数据。实际上， 由于 ! , 是本地产生的， 输入信号提取， 故抽样时钟并不完全和信号同步， 因 此， 数字解调还应采用数字信号处理算法， 自适应完 成定时误差估计和校正， 无失真地恢复发送序列。 从以上的工作原理可以看出， 数字中频解调有 以下特点： !、 ’ 信号由 - . / 变换器采集的数据分路 得到， 可以克服模拟解调器使用 $ 个乘法器引起的 同相与正交支路信号特性参数不一致的缺点； 但是 该法对直流偏置敏感， 而且它能处理的已调信号频 率受 - . / 变换器所能达到的最高 采 样 频 率 限 制。 所以， 它一般只适合用于调制数据传输速率和载波 频率比较低的数字调制系统， 如数字语音传输系统。 !"# 数字零中频解调 幅度和相位的不平衡性， 可在后面的恢复电路中消 除。该方法多用于调制数据传输速率比较高的数字 调制系统。
数字中频解调采用 - T . 变换器直接对中频调 制信号进行采样， 数 - T . 变换器相当于一个混频器， 字信号处理部分直接对 - T . 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， 其工作原理 框图如图 % 所示。 如 图 % 中， 若 （ 、 （ $） 分别为 * $） 8 同相、 正交基带信 号，/ ? 为 载 波 频 率，则 输 入 信 号 图 @ 数学中频解调原理图 （ 为： ( $）
准确的时钟同步可以找出每个码元的最佳采样 点， 这对于后端的纠错译码等部分能工作良好是非 常重要的。本系统在 B3C- 内采用 C=<KI;< 算法对 接收信 号 进 行 鉴 相 并 提 取 相 位 误 差 信 号， 同样在 得到相位控制字送 /43 芯片内运算进行环路滤波，
专题技术与工程应用
用于 #!$ 采样及后 !!" 芯片产生同步的本地时钟， 端的纠错译码处理。 !"# 纠错译码 能取得很好的误码性能， 满足了当代无人机大数据 量有效载荷对高速率、 低误码的数据链的需求。 !
系统最终是否能获得好的纠错性能， 取决于前 端的 ’345 解调模块是否能提供足够低的输出误码 率； 而恢复出准确的同频同相的载波， 是前端 ’345 解调模块取得良好性能的关键。 本系统采用数字二阶 0G,8=, 环实现载波同步。 在 B3C- 中 对 相 位 误 差 信 号 进 行 提 取， 由于专用 可以取得很 /43 芯片的浮点运算能力远高于 B3C-， 高的运算精度， 因此环路滤波放 在 /43 芯 片 中 运 算， 得到相位控制字后送 //4 芯片对本地载波频率 进行调整， 以此实现对接收信号的载波跟踪与同步。 #"# 时钟同步
随着数字信号处理 （.(’） 技术、 超大规模集成电 的发展， 以及对 ’() 解调设备不断提出的新 路 （NU(P） 要求， 从 *# 世纪 $# 年代开始， 人们对 ’() 的数字化 解调进行了很多研究， 并逐步应用到各种 ’() 解调设
万方数据
9 9 因为对于不同的 9 值， J;7 ! 的一系列 ?@J ! 、 * * 值只有 W %、 所以由式 （*） 得（ 的样值序列 #、 Q %， ( 9） 为： ， ， ， ， ， ， ， …。分路 P# &% Q P* Q &3 P" &! Q P2 Q &1，
作者简介 ， 中国电子科技集团 程师。主要研究方向： 高速数字信号处理、 数字通信。 彭继强 男， （1IJQ O ） ， 中国电子科技集团公司第 NP 研究所助 理工程师。主要研究方向： 高速数字信号处理。
信号经信道传输后都不可避免地会产生一定的 误码， 本系统根据其应用领域的信道特点， 在发送端 卷积交织及卷积的多级级联纠 采用了加扰、 %" 编码、 解卷 错编码， 对应的， 在接收端采用了 &’()%*’ 译码、 积交织、 %" 译码及解扰的多级 级 联 纠 错 译 码。在 分别使用相应的模块对不同编码进行解码， +,-# 中， 由于采用流水线方式进行处理， 使系统的时延很小， 最后输出已解码的同步数据与时钟， 送给后端的任务 设备如 .,)- 视频解码器等进行解码和存储等应用。
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参考文献 ［1］ 2’0.)( "3 456 ,7895 +:5;<5=>? !5@5>@A:9 BA: $8::C5: ［ G］ 3 ’))) (:8=93 H= %5>AD5:? C= ,"0 8=E /#. "?9@5F ：1MKN O 1MPK 3 $AFF<=3 ，1IJJ，KL（I） ［Q］ -#%!4)% + .R # *,"0 S /,"0 (CFC=T O )::A: !5@5>@A: BA: ［ G］ "8FUV5E %5>5CD5:9 R ’))) (:8=9R H= $AFF<=， 1IJL，$AF （N） ： PQK O PQIR O KP ［K］ -#%!4)% + .3 ’=@5:UAV8@CA= C= !CTC@8V .AE5F9 O ,8:@ ’： ［ G］ （ K） ： +<=E8F5=@8V9 3 ’))) (:8=93 H= $AFF<= 1IIK， P1 NM1 O NMW 3 ［P］王士林 R 现代数字调制技术 ［.］ R 北京：人民邮电出版 社， 1IJWR ［N］王东 R 三次群 /,"0 解调器工程损失分析 ［ G］ 3 无线电工 程， （J） ： QMMN， KN LQ O LPR
图!
数字零中频解调原理图
如图 $ 所示， 输入信号表达式与式 （(） 相同， 采用 频率与输入信号频率相同的同相和正交载波进行正 交解调， 产生 $ 路基带信号 （ 、 （ #） 。实际上， 和 " #） $ 数字中频解调一样， 同相、 正交载波和 - . / 变换器采 样时钟都是本地产生的， 所以也应通过相应的时钟和 载波恢复来校正这种偏差才能得到正确的数据。 图 $ 中， 对正交解调得到的基带信号低通滤波 得到样值序列， 时钟恢复模块找到 后进行 -/ 采样， 信号在最佳采样点的值， 即眼图张开最大处。载波 恢复电路则是校正载波频差及相位抖动， 以获得正 确的采样值。时钟恢复具有与频率误差不相关的特 点， 即时钟的提取不需要在载波同步的状态下进行， 使得定时同步与载波同步可以分别进行， 互不影响。 数字零中频解调具有以下特点： 由于是对基带 信号进行采样， 因此， -/0 的采样时钟频率可以降 低， 从而降低对 -/0 处理速度的要求； 但由于 !、 ’ 基带信号是由正交本振产生的， 故 !、 ’ 支路存在着 $% !""# $%&’( )*+’*,,-’*+ .(/01# 2(03 万方数据
（ （ $） ( $） V（ * $） ?@J* J;7* !/ ? $ W 8 !/ ? $ （%）
采用 / J V " / ? 的时钟对 （ 进行采样， 有： ( $）
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数字解调器的硬件与软件实现
数字零中频解调首先对中频调制信号进行正交 分别经 - . / 变换器 下变频， 将信号分为 !、 ’ 两路， 进行采样， 其工作原理框图如图 $ 所示。
在本系统中， 符号速率达到了数十兆 12,， 在接 收端， 经天线和下变频后， 产生中频调制信号送到 ’345 解调和纠错译码模块。比较数字中频解调和 数字零中频解调 $ 种方式可以看出， 如果在本系统 中采用数字中频解调方案， 由于调制码率较高， 中频 也比较高， 会带来 -/0 速率跟不上的问题。 因此， 本系统采用数字零中频解调方式， 它不仅 具有数字中频解调的优点， 而且降低了对 -/0 器件 高速的要求。 本系统采用 -/ 公司的双路 6 178 量化模数变换 芯片 -/9"*9 以 $ 倍符号速率对基带信号进行采样， 对采样后的数字信号处理则采用 -:8;<= 公司的现场 可编程门阵列芯片 >3(0($ 以及 ?! 公司的数字信号 处理芯片 ?@4)$"A0))， 并采用 -/ 公司的直接数字 合成芯片 -/96*(、 最 -/96*$ 产生本地时钟与载波， 终实现解调和译码。 本系统在设计中使用 -:8;<= 公司的 B3C- 开发 软件 ’D=<8D, !! 和 ?! 公司的 /43 开发软件 004 进行 软件开发， 并采用 @=8EFG<H, 公司的 @=8:=1 软件及 @;I8G< C<=2E7J 公司的 @GK;:,7L 软件对系统进行仿 真和验证。 #"! 载波同步