基于VHDL的DPSK载波传输系统设计论文.doc

基于VHDL的DPSK载波传输系统设计专业：电子信息工程班级：2007级1班：郭义斌 / 目 录引言31 VHDL概述61.1 硬件描述语言(VHDL) 61.1.1 VHDL语言的发展 61.1.2 VHDL语言的特点 81.1.3 VHDL语言的建模 101.1.4 VHDL的设计流程 111.1.5 支持VHDL研发的软件工具 121.2 MAX+PLUSII简介 131.2.1MAX+PLUSII的特点 131.2.2 Max+plusⅡ设计流程 142 载波传输系统原理162.1 载波传输系统的基本构成 162.2 PSK载波传输系统调制原理 162.2.1 数字调制 162.2.2 二进制相移键控（PSK）的调制 182.3 差分相移键控DPSK调制 202.3.1 差分相移键控 202.3.2 DPSK调制原理 212.4 绝对码—相对码(差分编码) 212.5 DPSK载波传输系统解调原理 222.5.1 相干解调法 222.5.2 相位比较法 243 DPSK载波传输系统的建模263.1 DPSK的总体设计思想 263.2 CPSK调制电路的VHDL建模 283.3 CPSK解调电路的VHDL建模 283.4 绝对码转化成相对码的VHDL建模 293.5 相对码转化成绝对码电路的VHDL建模 304 DPSK载波传输系统的设计实现与程序设计314.1CPSK调制电路的设计实现与程序设计 314.1.1CPSK调制的VHDL设计 314.1.2CPSK调制的VHDL程序 324.2CPSK解调电路的设计实现与程序设计 334.2.1CPSK解调的VHDL设计 334.2.2CPSK解调的VHDL程序 344.3绝对码—相对码转化电路的设计实现与程序设计 354.3.1绝对码—相对码转换的VHDL设计 354.3.2 绝对码—相对码转换的VHDL程序 364.4相对码—绝对码转化电路的设计实现与程序设计 364.4.1相对码—绝对码转换的VHDL的设计 364.4.2 相对码—绝对码转换的VHDL程序 374 .5DPSK载波传输系统的总体gdf模块图 385 DPSK载波传输系统的仿真结果分析395.1CPSK调制VHDL程序仿真分析 395.2 CPSK解调VHDL程序仿真分析 405.3 绝对码—相对码转换的VHDL程序仿真分析 405.4相对码—绝对码转换的VHDL程序仿真分析 415.5 DPSK调制解调器的总体仿真波形 41结论43致44参考文献45摘 要调制解调技术是通信系统的灵魂,其性能直接影响到整个系统的通信质量。

由于数字技术的大量应用,数字调制解调技术得到了广泛的应用随着软件无线电思想的发展,将整个系统尽可能地集成于一个芯片的设计方法已经呈现出强大的发展潜力,成为系统设计发展的主要方向基于这种思想,介绍一种在单片FPGA上实现的全数字DPSK调制解调器的设计方法整个设计基于ALTERA公司的MAX+PLUSII开发平台，并用单片FPGA芯片实现本设计采用自顶向下的设计方法，主要思想是对数字系统进行模块划分本文重点介绍DPSK调制解调器中的各个模块的具体实现和相应的VHDL程序顶层设计中各个模块是作为元件来引用的，因此需要将它们设计成独立实体的形式　本设计以MAX+plusII为设计平台，从FPGA芯片的结构出发编写了VHDL程序，并对程序进行了仿真运行，结果表明设计是符合要求的，本次设计基本达到了预期的目标基于 FPGA技术设计并实现了 2DPSK调制解调器调制解调器主要包括码型转换和 PSK调制模块的设计,解调采用差分相干解调,所有设计基于VHDL语言编程,整个系统的功能在 Max+plusII上调试通过,并在芯片上硬件实现,具有较好的实用性和可靠性关键词：FPGA；VHDL；DPSK；调制；解调AbstractModemtechnology has beenthe soul ofcommunication systemsand its performance directly affectsthe quality ofCommunication Systems.With the development of the digital technology,digital modulation and demodulation technology is being used widely.With the development of software radio,the design method integrating whole system into one chip shows us great potential .Based on this idea ,the paper introduces us a digital DPSK modem realized on one FPGA chip. Based on the plat form of MAX+PLUSII of ALTERA,the whole design adopts FPGA chips.This design uses a top-down design method, the main idea is to divide the digital system modules. This article focuses on modem of DPSK specific implementation of each module and the corresponding VHDL program. Top-level design of each module is referenced as a component, therefore, they need to be designed to form an independent entity.MAX+plusII has been a platform for the design. The paper has the VHDL procedure from the structure of the FPGA chip and has operated the procedure. The result indicates our designing is qualified，and this designing has reached the anticipated goal basically.We designed and implemented a 2DPSK Modem based on the FPGA technology. The modulator primarily includes code-conversion and PSKmodulator module designs. The modem adopts differential coherent demodulation . Programming for all the designs is in VHDL. The functions of the entire system passed tests performed on Max+plusII and were hardware implemented chip, bringing high practicability and reliability .Key words: FPGA;VHDL; DPSK; modulation ; demodulation;引 言现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。

作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向一个系统的通信质量, 很大程度上依赖于所采用的调制方式[1]因此,对调制方式的研究, 将直接决定通信系统质量的好坏随着超大规模集成电路的发展, 尤其是微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用, 数字化成为目前通信技术发展的趋势, 它具有可靠性高、灵活性强、易大规模集成等优点, 日益受到重视目前, 数字化的手段主要有专用集成电路(ASIC)和通用数字信号处理器(DSP)现场可编程门阵列( FPGA)提供了实现数字信号处理的第三种解决方案, 它结合了以上两种方式的优势, 具有开发周期短、设计方案修改方便、成本低、投资不存在风险问题等随着通信技术日新月异的发展，尤其是数字通信的快速发展，越来越普与，研究人员对其相关技术投入了极大的兴趣为使数字信号能在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制，其调制方式与模拟信号调制相类似根据数字信号控制载波的参量不同也分为调幅、调频和调相三种方式因数字信号对载波参数的调制通常采用数字信号的离散值对载波进行键控，故这三种数字调制方式被称为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）[2]。

数字信号对载波相位调制称为相移键控（或相位键控），即PSK（Phase-Shift Keying）数字相位调制是用数字基带信号控制载波的相位，使载波的相位发生跳变的一种调制方式PSK调制解调器是卫星通信的重要设备,在调制解调器中解调基带算法与工程实现一直是国研究的重点与难点也是近年来应用日趋广泛的载波传输方式PSK分为绝对相移和相对相移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FPGA器件是八十年代中期出现的一种新概念,是倍受现代数字系统设计工程师欢迎的新一代系统设计方式FPGA器件可反复编程，重复使用，没有前期投资风险，且可以在开发系统中直接进行系统仿真，也没有工艺实现的损耗因此在小批量的产品开发、研究场合，成本很低基于DSP&FPGA 嵌入式系统不仅具有其他微处理器和单片机嵌入式系统的优点和技术特性，而且还可能用并行算法操作，具有高速数字信号处理的能力，为实现系统的实时性提供了有利的支持，DSP&FPGA单片机系统必将成为现代电子技术，计算机技术和移动通信技术的重要支柱[3]。

本设计主要实现基于FPGA的DPSK载波传输的数字通信系统与模拟通信系统相比，数字调制和解调同样是通过某种方式，将基带信号的频谱由一个频率位置搬移到另一个频率位置上去不同的是，数字调制的基带信号不是模拟信号而是数字信号在大多数情况下，数字调制是利用数字信号的离散值实现键控载波，对载波的幅度，频率或相位分别进行键控，便可获得ASK、FSK、PSK等这三种数字调制方式在误码率，要求信噪比和抗噪声性能等方面，以PSK性能最佳，因而，PSK在中、高速传输数据时得到广泛应用[4]在本设计中，我们研究基于FPGA的DPSK载波调制解调的实现在设计过程中，通过对通信原理的回顾和总结，以与查阅相关的信源信道编码以与模数，数模转换相关知识，达到设计有线相移载波传输的目的，在不断学习新的知识以与归纳复习老的知识的同时，提高自身对电子线路的设计能力DPSK作为一种在通讯领域广泛采用的调制技术由于DPSK的诸多优点，DPSK技术被大量使用，一般来说，因为信号波形间的相关性导致了DPSK中错误的传播(相邻码元之间)，所以DPSK信号的效率要低。