fpga多进制数字相位调制(MPSK)
基于fpga的qpsk调制解调电路设计与实现说明书
基于FPGA的QPSK调制解调电路设计与实现数字调制信号又称为键控信号,调制进程可用键控的方式由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最大体的方式有3种:正交幅度调制(QAM)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK).依照所处置的基带信号的进制不同分为二进制和多进制调制(M进制).多进制数字调制与二进制相较,其频谱利用率更高.其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多进制相移键控)中应用最普遍的一种调制方式。
1 QPSK简介QPSK信号有00、0一、10、11四种状态。
因此,对输入的二进制序列,第一必需分组,每两位码元一组。
然后依照组合情形,用载波的四种相位表征它们。
QPSK信号事实上是两路正交双边带信号, 可由图1所示方式产生。
QPSK信号是两个正交的2PSK信号的合成,因此可仿照2PSK信号的相平解调法,用两个正交的相干载波别离检测A和B两个分量,然后还原成串行二进制数字信号,即可完成QPSK信号的解调,解调进程如图2所示。
图1 QPSK 信号调制原理图图2 QPSK 信号解调原理图2 QPSK 调制电路的FPGA 实现及仿真 基于FPGA 的QPSK 调制电路方框图基带信号通过串/并转换器取得2位并行信号,,四选一开关依照该数据,选择载波对应的相位进行输出,即取得调制信号,调制框图如图3所示。
基带信号clkstart串/并转换四选一开关分 频0°90°180°270°调制信号FPGA图3 QPSK 调制电路框图系统顶层框图如下图中输入信号clk为调制模块时钟，start为调制模块的使能信号，x为基带信号，y是qpsk调制信号的输出端，carrier【3..0】为4种不同相位的载波，其相位非别为0、90、180、270度，锁相环模块用来进行相位调剂，用来模拟通信系统中发送时钟与接收时钟的不同步start1为解调模块的使能信号。
y2为解调信号的输出端。
多进制数字相位调制系统课程设计
多进制数字相位调制系统课程设计石家庄经济学院通信实习报告院系：信息工程学院学号：姓名：日期：2013.1.15一、实习目的1、通过本次专业课程设计巩固并扩展通信课程的基本概念、基本理论、分析方法和仿真实现方法。
2、结合所学的MATLAB和EDA等软件仿真技术，完成通信专业相关课程内容的建模和设计仿真。
到达通信专业相关理论课程有效的巩固和整合，实现将理论知识和软件设计紧密结合。
3、通过本次专业课程设计达到培养学生的创新能力、通信系统建模和仿真设计能力以及软件调试和分析能力的目的。
二、实习要求1、应用通信类软件完成通信系统相关内容的设计和建模，并仿真出正确结果，对仿真波形加以重点分析和说明。
2、按要求格式书写报告，原理充分、设计方法及仿真结果分析正确、条理清晰、重点突出。
三、实习内容（1）实习题目多进制数字相位调制系统设计（2）设计原理一、多进制数字相位调制（MPSK）多进制数字相位调制也称多元调相或多相制。
它利用具有多个相位状态的正弦波来代表多组二进制信息码元，即用载波的一个相位对应于一组二进制信息码元。
如果载波有2k个相位，它可以代表 k位二进制码元的不同码组。
多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对（差分）相移键控。
在MPSK信号中，载波相位可取M个可能值，因此，MPSK信号可表示为假定载波频率是基带数字信号速率的整数倍，则上式可改写为上式表明，MPSK信号可等效为两个正交载波进行多电平双边带调幅所得已调波之和。
因此其带宽与MASK信号带宽相同，带宽的产生也可按类似于产生双边带正交调制信号的方式实现。
下面以四相相位调制为例进行讨论。
四相调相信号是一种四状态符号，即符号有00、01、10、11四种状态。
所以，对于输入的二进制序列，首先必须分组，每两位码元一组。
然后根据组合情况，用载波的四种相位表征它们。
这种由两个码元构成一种状态的符号码元称为双比特码元。
同理，k位二进制码构成一种状态符号的码元则称为k比特码元。
fpga多进制数字相位调制(MPSK)
学号：课程设计题目多进制数字相位调（MPSK）学院信息工程学院专业通信工程班级姓名指导教师年月日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 多进制数字相位调制（MPSK）初始条件：（1） Quartus II 9.1软件（2）课程设计辅导书：《Xilinx FPGA 设计与实践教程》（3）先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、通信原理要求完成的主要任务:（1）掌握多进制数字相位调制（MPSK）解调原理；（2）掌握仿真软件Quartus II的使用方法；（3）完成用FPGA对多进制数字相位调制（MPSK）解调设计仿真，并对仿真结果进行分析。
时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract .......................................................... I I1. 绪论 (1)2. 基本原理及数学模型 (2)2.1 MPSK的调制原理 (2)2.2 4PSK信号 (3)3. 仿真及结果分析 (6)3.1 MPSK调制电路VHDL程序及仿真 (6)3.1.1 MPSK调制方框图 (6)3.1.2 MPSK调制电路符号 (7)3.1.3 MPSK调制程序注释 (7)3.1.4 MPSK调制程序仿真及注释 (8)3.1.5 MPSK调制程序RTL图 (9)3.2 MPSK解调电路VHDL程序及仿真 (10)3.2.1 MPSK解调方框图 (10)3.2.2 MPSK解调电路符号 (11)3.2.3 MPSK解调程序及注释 (11)3.2.4 MPSK解调程序仿真及注释 (12)3.2.5 MPSK解调程序RTL图 (13)4.设计及实现过程中遇到的问题 (14)5. 结论 (14)6．参考文献 (15)附录一：MPSK调制VHDL程序 (16)附录二：MPSK解调VHDL程序 (17)摘要多进制数字相位调制（MPSK - multiple phase shift keying）又称多相制，是二相制的推广。
通信原理期末考试重要知识点2
多进制数字调制系统多进制数字调制具有以下两个特点：（1）在相同的码元传输速率下，多进制数字调制系统的信息传输速率比二进制高。
Rb=RB2 bit/sRb=logN bit/s(2) 在相同的信息传输速率下，多进制数字调制系统的码元传输速率比二进制低，, BN＜B2可增加码元的能量,减小干扰的影响。
1. 多进制数字振幅调制(MASK)(1)多进制数字振幅调制的原理。
——多进制数字振幅调制又称多电平调制。
*MASK表示式: (波形)eASK=bn=P1+P2+……..PM=1(2) 系统的带宽: BASK =(3)单位频带内有超过2bit/s.Hz的信息传输速率。
2. 进制数字频率调制(MFSK)(1)多进制数字频率调制的原理——MFSK调制简称多频制,是二进制数字频率键控方式的直接推广。
(2) 一个多频制系统的组成方框如图:●带通滤波器的中心频率就是多个载频的频率。
●抽样判决器-----在给定时刻上比较各包络。
(3) MFSK系统带宽:BFSK=|fM-fl|+ΔfΔf单个码元宽度。
3. 多进制数字相位调制(MPSK)(1) 多进制数字相位调制的原理——多进制数字相位调制又称多相制。
*利用载波的多种不同相位(或相位差)表征数字信息的调制方式。
也可分为绝对移相(MPSK)和相对(差分)移相(MDPSK)两种。
*多进制相位调制: M=2k K位码元。
一个相位表示K位二进码元.*以四相制为例(2) QPSK(QDPSK)信号调制的原理(A)QPSK:定义:用载波的四种不同相位来表征数列中的信息。
两个信息比特与载波相位关系如下,分为A方式, B方式。
(B) QDSK:定义:利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。
以前一码元相位作为参考,并令Δ为本码元与前一码元的初相差。
信息比特与载波相位变化Δ的关系如上所示,分为A方式, B方式。
(C) 波形:(D) 表达式:ePSK ==式中：——受调相位。
M进制用M种不同相位来表征。
8.14多进制数字相位调制(MPSK)系统
if clk'event and clk='1' then
if start='0' then q<=0;
elsif q=0 then q<=1;f(3)<='1'; f(1)<='0'; xx(1)<=x;yy<=xx;
elsif q=2 then q<=3;f(2)<='0'; f(0)<='1';
注：电路符号图中没有包含模拟电路部分，输出信号为数字信号。 基带信号通过串/并转换器xx得到2位并行信号yy；四选一开关 根据yy的数据，选择载波对应的相位进行输出，即得调制信号 y。
MPSK调制电路符号
MPSK调制程序及注释
--文件名：MPSK --功能：基于VHDL硬件描述语言，对基带信号进行MPSK调制（这里
解调出的A和B再经并／串变换，就可还原出原调制信号。 若解调π／2移相系统的PSK信号，需改变移相网络及判决
准Байду номын сангаас。
π／4 系统判决器判决准则
MPSK调制电路VHDL程序及仿真
MPSK调制方框图
FPGA
clk
分频
start
0° 90° 180° 270°
基带信号 串/并转换 四选一开关
调制信号
MPSK解调电路VHDL程序及仿真
MPSK解调方框图
FPGA
clk
计数器
start
调制信号
译码1 加法器 译码2 并/串 基 带 信
号
注：a.图中没有包含模拟电路部分，调制信号为数字信号形式。
b.当调制为低电平时，译码器1根据q值，送入加法器xx相应
mpsk映射规则
mpsk映射规则MPsk映射规则是一种数字调制技术，用于将数字信号转换为模拟信号以便在通信系统中传输。
MPsk代表M-Phase Shift Keying，其中M表示在调制过程中可用的不同相位数量。
MPsk映射规则允许在每个调制时间间隔内使用多个相位，从而提高信号传输速率和频谱利用效率。
MPsk映射规则的实现基于M进制数字编码方式，其中M是映射中使用的相位数量。
每个相位对应于一个模拟信号样值，这些样值均匀地分布在信号空间上。
从而，通过选择适当的相位组合，可以传输更多的信息比特。
在MPsk映射规则中，经过调制的数字信号通常由一系列离散的相位表示。
根据具体的相位数量，可以将其分为2psk、4psk、8psk等不同类型。
下面详细介绍2psk、4psk和8psk的映射规则。
1. 2psk映射规则：2psk使用2相位（0度和180度）来表示数字信息。
通常，0度相位表示数字0，180度相位表示数字1。
2psk映射规则的特点是简单且易于实现。
它适用于低噪声传输环境，但信号传输速率较低。
2. 4psk映射规则：4psk使用4相位（0度、90度、180度和270度）来表示数字信息。
通常，4psk采用格雷码编码方式，以减少传输错误率。
每个相位之间的距离相等，从而保持了相位均匀分布特性。
4psk映射规则在相同带宽和传输功率的情况下，可以传输更多的信息比特。
3. 8psk映射规则：8psk使用8个相位（0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度和315度）来表示数字信息。
8psk相较于2psk和4psk，可以传输更多的信息。
然而，8psk映射规则在抗噪声性能和误码率方面较为敏感。
它需要更高的信噪比来获得可靠的传输。
8psk映射规则适用于高速传输和高频谱利用效率要求的应用场景。
除了以上介绍的常见的2psk、4psk和8psk映射规则外，MPsk还可以扩展到更多的相位数量，如16psk、32psk等。
随着相位数量的增加，传输速率和频谱利用效率也会相应增加，但同时也带来了更高的传输复杂性和更严格的抗噪声要求。
mpsk表达式
MPSK（多进制数字相位调制）是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。
它是二相制的推广，如果将载波的相位进一步细分，分成m个不同的相位，一般m=2^N，N 是正整数。
这样，每个具有特定相位的载波就代表N比特的信息量。
对于MPSK调制信号的表达式，一般形式可以表示为：
s(t) = A * cos(2πfct + θk)
其中，A是信号的振幅，fc是载波频率，t是时间，θk是第k个符号的相位。
在MPSK调制中，相位θk的取值是离散的，并且与输入的比特序列有关。
具体的相位取值和比特序列的映射关系可以根据不同的调制方式进行定义。
需要注意的是，对于不同的MPSK调制方式（如BPSK、QPSK、8PSK等），其具体的表达式和相位取值会有所不同。
例如，在QPSK调制中，相位θk可以取四个不同的值：0、π/2、π、3π/2，每个相位代表两个比特的信息。
而在8PSK调制中，相位θk可以取八个不同的值，每个相位代表三个比特的信息。
总之，MPSK调制信号的表达式可以根据具体的调制方式和参数进行定义，但一般形式都是利用载波的相位来表示数字信息。
MPSK发射机仿真设计
课程设计报告题目：多进制数字相位调制发射机仿真设计学生姓名：学生学号：系别：专业：届别：指导教师：多进制数字相位调制MPSK发射机仿真设计1 多进制数字相位调制发射机仿真设计的目的利用Systemview仿真MPSK发射机仿真设计，把多进制信号经过串并变换分成两路，再分别调制，最后相加输出多进制调制波形。
2 多进制数字相位调制的作用意义及应用多相相移调制是利用载波的多种不同相位差来表征输入的数字信息，是多进制移相键控。
2.1 多进制数字相位调制的优点(1) 抗干扰能力强，且噪声不积累。
数字通系统信中传输的是离散的数字波形，接收端的目标不是就精确还原被传输的波形，而是从收到干扰的信号中判决出发送端发出的是哪一个波形。
在远距离传输时，如微波中继通信，各中继站可利用数字通信特有的抽样判决再生的接收方式，时数字信号再生且信号不积累。
(2) 传输差错可控。
在数字通信系统中，可通过信道编码技术来警醒检错和纠错，降低误码率，提高传输质量。
(3) 便于用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理，变换，存储。
这种数字灵活性表现为可以将来自不同信源的信号综合到一起传输。
(4) 易于集成，是通信设备微型化，重量轻。
(5) 易于加密处理，且保密性好。
[1]数字式调制具有采用微处理器的模拟调制方式的所有优点，通讯链路中的任何不足均可借助于软件根除，它不仅可实现信息加密，而且通过误差校准技术，使接收到的数据更加可靠，另外借助于DSP，还可减小分配给每个用户设备的有限带宽，频率利用率得以提高。
由于频率、相位调制对噪声抑制更好，因此成为当今大多数通讯设备的首选方案。
2.2 多进制数字相位调制的缺点设备复杂并且需要较大的传输带宽。
近年来，随着大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度和技术难度大大降低，同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输介质的使用正在逐步使带宽问题得到解决。
因此，数字传输方式日益受到欢迎。
[2]2.3 多进制数字相位调制的应用MPSK 中的QPSK 是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中，是多进制移相键控。
多进制数字相位调制MPSK
–MDPSK误码率计算近似公式为
P e erfc 2 r sin 2M
式中
n ( t ) n c ( t ) cos c t n s ( t ) sin c t
并且，n(t)的方差为n2，噪声的两个正交分量的方差为
2 c
2 s
2 n
若把此QPSK信号当作两个2PSK信号分别在两个相干检测器中 解调时，只有和2PSK信号同相的噪声才有影响。由于误码率决 定于各个相干检测器输入的信噪比，而此处的信号功率为接收 信号功率的(1/2)倍，噪声功率为n2。若输入信号的信噪比为r， 则每个解调器输入端的信噪比将为r/2。在7.2节中已经给出 2PSK相干解调的误码率为
1 1 / 2 erfc
所以QPSK信号解调错误的概率为
1 Pe 1 1 erfc 2
r
2
r/2
上式计算出的是QPSK信号的误码率。若考虑其误比特率，则由于
2
正交的两路相干解调方法和2PSK中采用的解调方法一样。所以其
误比特率的计算公式和2PSK的误码率公式一样。
式中
可知，当QPSK码元的相位k等于45时，
a k bk 1 / 2
a k cos k
b k sin
k
故信号码元相当于是互相正交的两个2PSK码元，其幅度分别为接 收信号幅度的1/21/2倍，功率为接收信号功率的(1/2)倍。另一方面， 接收信号与噪声之和为
r ( t ) A cos( c t ) n ( t )
多进制数字相位调制MPSK
• QPSK系统的性能
– 噪声容限
mpsk映射规则
MPSK映射规则1. 概述MPSK（M-ary Phase Shift Keying）是一种数字调制技术，它将数字信号转换成相位偏移的方式来传输数据。
在MPSK中，每个符号代表着M个可能的相位状态之一，其中M通常为2的幂次。
映射规则指定了如何将数字信息映射到相位状态。
本文将详细介绍MPSK映射规则的原理、常用的映射方式以及其应用领域。
2. 原理MPSK的基本原理是利用不同相位状态来表示不同的数字信息。
在传输过程中，发送端根据输入的数字信号选择相应的相位状态，并通过调制器将其转换为模拟信号。
接收端接收到模拟信号后，通过解调器将其转换回数字信号。
3. 映射方式3.1 BPSKBPSK（Binary Phase Shift Keying）是一种最简单的MPSK调制方式，只有两个相位状态。
其中一个相位状态代表0，另一个代表1。
BPSK常用于低速率、高可靠性要求的通信系统中。
BPSK映射规则如下：数字信号相位状态0 0度1 180度3.2 QPSKQPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种常用的MPSK调制方式，它将数字信号分为两个比特一组，每组代表一个相位状态。
QPSK可以在相同带宽条件下传输两倍的数据量。
QPSK映射规则如下：数字信号相位状态00 0度01 90度10 180度数字信号相位状态11 270度3.3 M-ary映射除了BPSK和QPSK，还有其他更高阶的MPSK调制方式，称为M-ary映射。
M-ary映射将数字信号分为多个比特一组，每组代表一个相位状态。
M的值决定了每个符号所能表示的信息量。
常见的M-ary映射方式有16-QAM、64-QAM等。
4. 应用领域MPSK调制技术广泛应用于无线通信系统中，包括移动通信、卫星通信、无线局域网等。
其优点是高效利用频谱资源、抗干扰能力强。
在移动通信中，MPSK常用于语音和数据传输。
通过合理选择调制方式和编码方式，可以在不同的传输场景中实现高质量的通信。
基于FPGA的QPSK及OQPSK信号调制解调电路
基于FPGA的QPSK及OQPSK信号调制解调电路
0 引言
调制识别技术在军事、民用领域都有十分广泛的应用价值，近年来一直受到人们的关注。
随着更多调制方式的使用，调制识别技术也在不断向前发展，并应用于各个领域。
数字调制信号又称为键控信号，调制过程可用键控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。
这种调制的最基本方法有3 种：振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)。
根据所处理的基带信号的进制不同，它们可分为二进制和多进制调制(M 进制)。
多进制数字调制与二进制相比，其频谱利用率更高。
其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多进制相移键控)中应用较广泛的一种调制方式。
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)技术。
为此，本文研究了基于FPGA 的QPSK 以及OQPSK 的调制解调电路的实现方法，并给出了其在QuartusII 环境下的仿真结果。
1 QPSK 的调制与解调
QPSK 信号有00、01、10、11 四种状态。
它对输入的二进制序列首先必须进行分组，每两位码元一组。
然后根据组合情况，用载波的四种相位表征它们。
QPSK 信号实际上是两路正交双边带信号，可由图1 所示的方法产生。
由于QPSK 信号是两个正交的2PSK 信号的合成，所以，可仿照2PSK 信号的相平解调法，用两个正交的相干载波分别检测A 和B 两个分量，然后将其还原成串行二进制数字信号，以完成QPSK 信号的解调。
其解调过程如图2。
现代通信技术-多进制数字调相(MPSK)
03. 4PSK信号的产生与解调
4PSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。
由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元，
习惯上把双比特的前一位用代表，后一位用代表。
双比特码元 载波相位(φn )
a
0 1
0 3150
1
0
1
1
x
带通 滤波 低通 滤波 抽样 判决 码反 变换 抽样 判决 并/串 变换
cos c t sin c t
位定时
输出
输入
x
载波 恢复
低通 滤波
04. 4DPSK信号的产生与解调
4DPSK信号的差分相干解调方式原理如图所示。
低通 滤波 抽样 判决 并/串 变换 抽样 判决
x
带通 滤波
延迟Ts
双比特码元 a 0 1 1 0 b 0 0 1 1 载波相位变化 (Δφn ) 00 900 1800 2700
04. 4DPSK信号的产生与解调
与2DPSK信号的产生相类似，在直接调相的基础上加码变换器，就可形成4DPSK信号。
4DPSK信号（A方式）产生方框如图的所示。
x c 输入
串/并 变换
多进制数字调相
目录
01
多进制调相的概念
02
03
MPSK信号的频谱及带宽
4PSK信号的产生与解调
04 4DPSK信号的产生与解调
01.多进制调相的概念
多进制数字相位调制又称多相制，是二相制的推广。
它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。
与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相 位调制（MPSK）和相对相位调制（MDPSK）两种。
MPSK调制系统的FPGA设计与实现
下 ， 采 用 数 字 视 频 压 缩 技 术 ， 可 以 有 效 降 低 传 送 误 码 率 ，使 传 送 带 宽 减 少 ， 达 到 实 现 多 路 传 输 的 目的 ， 提 高 发射机 的效率 。
学 材 料 学 院 微 电 子 学 专 业 在 读 硕 士 研 究
生 ，研 究 方 向 ：Ｓ ＯＣ设 计 与 用 。
ｅ ｐｅ ｉ ｅ ｅｓ ｔｔ ａ ｈ ｅｓｇ ｍ ｅｔ ｘ ｒｍ ｎｔ ｒ ｕｌ ｈ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈｏｄ ｉ ｏｒｅ ｔ Ｔｈｅｃｉｃ ｔｉ ｉ ｐｌ ｎｄＷ Ｏｒ ｔ ｙ ａ ｒ ｄｉ ｙ，ｗ ｈｉｈ ｃ ｎ ｂ ｂｅ ｅｄｉ ｔ ｓｃ ｒ ｃ ． ｒ ｕｉ ｓｓｍ ｅ ａ ｋｓｓａｂｌ ｎｄ ｃ ｅ ｂｌ ｃ ａ ｅｅｍ ｄｄ ｎ ｏ
苏 佳 佳 女 ， （ ７８ １ ９ ） ，广 东 省 揭 阳 人 ，广 工 程 东
视 的 上 行 传 输 。 在 卫 星 数 字 电 视 传 输 中 普 遍 采 用 的 四 相 移 键 控 （ ＳＫ） 谐 器 ，可 以 说 是 当今 卫 星 数 字 电 视 传 输 ＱＰ 调 中 对 卫 星 功 率 、 传 输 效 率 抗 干 扰 性 以 及 天 线 尺 寸 等 多 种 因素 综 合考 虑 的最 佳 选 择 。通 信 信 号 经 过 四相 相 移 键 控 （ ＳＫ） 制 之 后 ，可 把 传 输 的 带 宽 降 到 １ ０ ＱＰ 调 Ｏ ＭＨｚ 右 ， 左 再 使 用 电 视 图 像 及 伴 音 压 缩 编 码 技 术 ，常 用 Ｍ Ｐ ＥＧ一２（ 运 动 图 像 压 缩 编 码 标 准 ） ，可 以 把 数 字 电 视 信 号 中 包 含 的 冗 余 信 息 去 除 ， 即 在 保 证 接 收 端 电 视 图 像 质 量 的 前 提
FPGA实现MPSK解调
N
码元同步反馈环路
码元的相位 检 测 是 在 图 1 的 定 时 同 步 单 元 完 成 的 " 在 此
之 前 " >8M 两 路 信 号 经 过 多 次 抽 取 " 其 速 率 已 降 到 两 倍 码 元 速率 " 其算法为 $
’# JA+ 角 度 旋 转 " 通 过 将 I 值 迭 代 收 敛 到 % " 使 得 相 量 最 后 落
图 0 是无噪声时 ($+, 解调数据星座图与加高斯白噪时解 调数据星座图 #
图.
’-( 通道基带采样跟踪误差示意图
图0
解调数据星座图
对 于 /$+, 的 码 元 同 步 ! 由 于 /$+, 的 码 元 幅 度 带 有 信 息 量 ! 将 码 元 幅 度 分 成 四 部 分 ! ’-( 两 路 只 有 在 对 称 部 分 之 间 发生变化时才有码元相位检测输出 & 码元同步反馈环路的环路滤波器除了不存在频率扫描 外! 与载波环路的滤波器基本相似! 都分捕获和跟踪两种 状态 ! 两种状态的改变由下属的锁定检测单元控制 &
式中 -. ’/+ "( ’/+ 分 别 为 环 路 低 通 滤 波 器 和 ()* 的 传 递 函数 ! 对锁相环的要求主要在于有非常小的相位抖动和大的 捕获带宽 ! 与模拟系统类似 " 它同样由固有频率 " 和阻尼 系 数#决 定 " 当 固 有 频 率"较 大 时 " 捕 获 带 宽 较 大 ! 当 固 有 频 率较小时" 系统比较稳定! 为了克服以上困难" 典型的方 法是设计 # 套 01 # 0# 系数 " 在环路的捕获过程中使用环路带 宽较宽的滤波器 " 环路 锁 定 后 切 换 到 环 路 带 宽 窄 的 滤 波 器 ! 这里设计了一个锁定检测器来控制 # 套系数的切换 !
MPSK数字解调器研究与FPGA实现的开题报告
MPSK数字解调器研究与FPGA实现的开题报告一、研究背景随着数字通信技术的发展，MPSK（M相移键控）调制技术在现代通信系统中被广泛采用。
在实际应用中，数字通信系统通常包括一个或多个数字调制器和数字解调器。
数字解调器的主要功能是将接收到的经过调制的数字信号恢复成原始信息序列。
MPSK数字解调器是数字通信系统中最基本的部分之一。
通过对MPSK调制信号的解调，可以获得原始的数字信号。
因此，对MPSK数字解调器的研究和设计具有重要意义。
目前，MPSK数字解调器的研究主要集中在算法和硬件实现两个方面。
二、研究内容本次研究的主要内容是基于FPGA实现MPSK数字解调器，并综合比较不同的数字解调算法。
具体研究内容包括：1. MPSK数字解调器的原理和基本算法。
2. 综合评估常用的MPSK数字解调算法的性能，并选择一种最优算法。
3. 基于FPGA实现选择的最优算法的MPSK数字解调器。
4. 对所设计的MPSK数字解调器进行性能测试和分析。
三、研究意义本次研究将从理论和实践两个方面探讨MPSK数字解调器的关键技术，并从多个方面综合比较常用的数字解调算法，为数字信号处理领域的研究提供一定的参考和借鉴。
此外，本次研究还将通过FPGA实现MPSK数字解调器，为实现智能终端和无线通信等领域的相关设备提供参考建议，从而具有一定的实际应用价值。
四、研究方法本次研究将主要采用文献调研、算法分析、仿真实验和性能测试等研究方法。
具体分为以下步骤：1. 文献调研：查阅相关文献，梳理 MPSK 数字解调器的基本原理和算法；2. 算法分析：对比不同的数字解调算法，选择并实现一种最优算法；3. FPGA实现设计：基于选择的最优算法，在FPGA上实现MPSK数字解调器；4. 性能测试：对所设计的MPSK数字解调器进行性能测试和分析。
五、预期成果1. MPSK数字解调器研究报告：系统地总结MPSK数字解调器的原理和算法，综合比较常用的数字解调算法的性能，并基于FPGA实现了一种最优算法的MPSK数字解调器；2. 实现MPSK数字解调器的程序和工程文件：包括实现选择的最优算法的Verilog HDL程序和FPGA设计工程文件，并提供详细的使用说明；3. MPSK数字解调器性能测试报告：对所设计的MPSK数字解调器进行性能测试和分析，并提出改进建议。
第19讲 频带传输：MPSK、MQAM、MFSK、MSK
8
MPSK信号的矢量表示
MPSK信号中的每个波形可以由两个归一化的正交函数线性组合构成，这两个
归一化的基函数为：
1(t)
2 Ts
cos ct
2 (t)
2 Ts
sin ct
因此MPSK信号中的任一波形为： si (t) si11(t) si2 2 (t)
Es aic n1, Es ais n2
其中：
r1
Ts 0
r
(t
)
1
(t
)dt
r2
Ts 0
r
(t
)
2
(t
)dt
则MPSK信号的最佳接收原理图：
MPSK信号的判决：
因为发送信号si(t)的矢量表示：
其中
si si1, si2 Es aic , Es ais
00 3, 01 1 11 1 , 10 3
奇数位送入正交支路， 偶数位送入同相支路
假设输入为“0110”四位二进 制码元，调制后的输出波形为
1 cosct 3sin ct
MFSK
相对于MASK、MPSK信号，MFSK信号是采用载波的频率携带 基带信号，每一位M进制的符号用一种频率的波形表示 如下表载波频率与M进制符号的对应关系
频带传输系统
MPSK
多进制数字相位调制简称多相调制制，它是用正弦波
的M个相位状态来代表M组二进制信息码元的调制方式
相位为
2(i 1)
M
(i 1, 2,L M )
2(i 1) +
MM
(i 1, 2,L M )
多进制数字调制
多进制数字调制
所谓多进制数字调制，就是利用多进制数字基带信号去调制高频载波的某个参量，如幅度、频率或相位的过程。
根据被调参量的不同，多进制数字调制可分为多进制幅度键控（MASK）、多进制频移键控（MFSK）以及多进制相移键控（MPSK 或MDPSK）。
也可以把载波的两个参量组合起来进行调制，如把幅度和相位组合起来得到多进制幅相键控（MAPK）或它的特殊形式多进制正交幅度调制（MQAM）等。
由于多进制数字已调信号的被调参数在一个码元间隔内有多个取值，因此，与二进制数字调制相比，多进制数字调制有以下几个特点：
（1）在码元速率（传码率）相同条件下，可以提高信息速率（传信率），使系统频带利用率增大。
码元速率相同时，进制数传系统的信息速率是二进制的倍。
在实际应用中，通常取，为大于1的正整数。
（2）在信息速率相同条件下，可以降低码元速率，以提高传输的可靠性。
信息速率相同时，进制的码元宽度是二进制的倍，这样可以增加每个码元的能量，并能减小码间串扰影响等。
正是基于这些特点，使多进制数字调制方式得到了广泛的使用。
不过，获得以上几点好处所付出的代价是，信号功率需求增加和实现复杂度加大。
M进制幅度调制系统原理框图。
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学号：课程设计题目多进制数字相位调（MPSK）学院信息工程学院专业通信工程班级姓名指导教师年月日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 多进制数字相位调制（MPSK）初始条件：（1） Quartus II 9.1软件（2）课程设计辅导书：《Xilinx FPGA 设计与实践教程》（3）先修课程：数字电子技术、模拟电子技术、通信原理要求完成的主要任务:（1）掌握多进制数字相位调制（MPSK）解调原理；（2）掌握仿真软件Quartus II的使用方法；（3）完成用FPGA对多进制数字相位调制（MPSK）解调设计仿真，并对仿真结果进行分析。
时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract .......................................................... I I1. 绪论 (1)2. 基本原理及数学模型 (2)2.1 MPSK的调制原理 (2)2.2 4PSK信号 (3)3. 仿真及结果分析 (6)3.1 MPSK调制电路VHDL程序及仿真 (6)3.1.1 MPSK调制方框图 (6)3.1.2 MPSK调制电路符号 (7)3.1.3 MPSK调制程序注释 (7)3.1.4 MPSK调制程序仿真及注释 (8)3.1.5 MPSK调制程序RTL图 (9)3.2 MPSK解调电路VHDL程序及仿真 (10)3.2.1 MPSK解调方框图 (10)3.2.2 MPSK解调电路符号 (11)3.2.3 MPSK解调程序及注释 (11)3.2.4 MPSK解调程序仿真及注释 (12)3.2.5 MPSK解调程序RTL图 (13)4.设计及实现过程中遇到的问题 (14)5. 结论 (14)6．参考文献 (15)附录一：MPSK调制VHDL程序 (16)附录二：MPSK解调VHDL程序 (17)摘要多进制数字相位调制（MPSK - multiple phase shift keying）又称多相制，是二相制的推广。
它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。
与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调制（MPSK）和相对相位调制（MDPSK）两种。
本文主要研究基于Quartus II 9.1仿真软件设计的多进制数字相位调制(MPSK)系统，以4PSK系统为例。
调制方法采用简便的相位选择法，且略去模拟电路系统部分，仅对数字系统进行设计。
关键字: 多进制数字相位调制MPSK Quartus II 9.1 相位选择法AbstractMulti-band digital phase modulation (MPSK - multiple phase shift keying), also known as multi-phase system is two-phase system of promotion. It is the use of a plurality of different phase states of the carrier to characterize modulation digital information. Binary digital modulation with the same phase, multi-band digital phase modulation is also the absolute phase modulation (MPSK) and relative phase modulation (MDPSK) two kinds.In this paper, based on multi-band digital phase modulation Quartus II 9.1 simulation software design (MPSK) system to 4PSK system as an example. Phase modulation method using a simple selection method, and the omitted part of the analog circuitry, only the digital system design.Keywords: Multi-band digital phase modulation MPSK Quartus II 9.1 phase selection meth1.绪论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。
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。
在众多调制方式中，MPSK信号由于抗干扰能力强而得到了广泛的应用，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，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。
现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是20世纪90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。
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，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。
MPSK是目前应用非常广泛的调制解调技术，目前MPSK调制的实现主要是利用数字电路和专用芯片来完成，通常利用可编程数字电路对基带信号进行码元变换，成形滤波等处理后得到同相分量和正交分量，然后将两路信号分量经过数模转换获得模拟信号送入一个正交相乘器与中频载波调制得到中频MPSK调制信号。
该方法适合高码率数字信号的传输，但系统的开放性和灵活性较差。
2. 基本原理及数学模型2.1 MPSK的调制原理多进制数字相位调制也称多元调相或多相制。
它利用具有多个相位状态的正弦波来代表多组二进制信息码元，即用载波的一个相位对应于一组二进制信息码元。
如果载波有2k个相位，它可以代表k位二进制码元的不同码组。
多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对（差分）相移键控。
在MPSK信号中，载波相位可取M个可能值，因此，MPSK信号可表示为：假定载波频率是基带数字信号速率的整数倍，则上式可改写为：上式表明，MPSK信号可等效为两个正交载波进行多电平双边带调幅所得已调波之和。
因此其带宽与MASK信号带宽相同，带宽的产生也可按类似于产生双边带正交调制信号的方式实现。
下面以四相相位调制为例进行讨论。
四相调相信号是一种四状态符号，即符号有00、01、10、11四种状态。
所以，对于输入的二进制序列，首先必须分组，每两位码元一组。
然后根据组合情况，用载波的四种相位表征它们。
这种由两个码元构成一种状态的符号码元称为双比特码元。
同理，k位二进制码构成一种状态符号的码元则称为k比特码元。
2.2 4PSK信号四相PSK（4PSK）信号实际是两路正交双边带信号。
串行输入的二进制码，两位分成一组。
若前一位用A表示，后一位用B表示，经串/并变换后变成宽度加倍的并行码（A、B码元在时间上是对齐的）。
再分别进行极性变换，把单极性码变成双极性码，然后与载波相乘，形成正交的双边带信号，加法器输出形成4PSK信号。
显然，此系统产生的是π／4系统PSK信号。
如果产生π／2系统的PSK信号，只需把载波移相π／4后再加到乘法器上即可。
图1 系统信号的产生原理框图因为 4 PSK信号是两个正交的2 PSK信号的合成，所以可仿照 2 PSK 信号的相平解调方法，用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量，然后还原成串行二进制数字信号，即可完成4 PSK信号的解调。
此法是一种正交相平解调法，又称极性比较法，原理图如下图。
图2 系统PSK信号解调原理框图为了分析方便，可不考虑噪声的影响。
这样，加到接收机上的信号在符号持续时间内可表示为：两路乘法器的输出分别为：LPF输出分别是：根据π／4移相系统PSK信号的相位配置规定，抽样判决器的判决准则表如下图3。
当判决器按极性判决时，若正抽样值判为1，负抽样值判为0，则可将调相信号解调为相应的数字信号。
解调出的A和B再经并／串变换，就可还原出原调制信号。
若解调π／2移相系统的PSK信号，需改变移相网络及判决准则。
图3 抽样判决器的判决准则表3. 仿真及结果分析3.1 MPSK 调制电路VHDL 程序及仿真 3.1.1 MPSK 调制方框图电路符号图中没有包含模拟电路部分，输出信号为数字信号。
基带信号通过串/并转换器xx 得到2位并行信号yy ；四选一开关，根据yy 的数据，选择载波对应的相位进行输出，即得调制信号y 。
如下图4所示。
图4 MPSK 调制方框图clkstart基带信号 分频0° 90°180° 270°四选一开关串调制信号串/并转换3.1.2 MPSK调制电路符号图5 MPSK调制电路符号3.1.3 MPSK调制程序注释--文件名：MPSK--功能：基于VHDL硬件描述语言，对基带信号进行MPSK调制（这里M=4）--说明：调制信号说明如图6所示。
信号yy 载波相位载波波形载波符号“00”0°f3“01”90°f2“10”180°f1“11”270°f0图6 调制信号说明3.1.4 MPSK调制程序仿真及注释图7 MPSK调制VHDL程序仿真全图图8 MPSK调制VHDL程序仿真局部放大图1图9 MPSK调制VHDL程序仿真局部放大图2 3.1.5 MPSK调制程序RTL图图10 MPSK调制RTL全图图11 MPSK调制RTL局部放大图1图12 MPSK 调制RTL 局部放大图23.2 MPSK 解调电路VHDL 程序及仿真 3.2.1 MPSK 解调方框图电路符号图中没有包含模拟电路部分，调制信号为数字信号形式。