基于FPGA的BPSK调制解调算法的研究与实现

摘要

近年来，随着人类对海洋开发需求的日益增多，远距离、高性能、高速的水声通信引起了水声科研人员的研究兴趣，成为了水声领域的研究热点。本文理论分析了水声通信中的二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying:BPSK)调制解调算法，并使用具有多种信号处理IP核且开发灵活的现场可编程逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array:FPGA)对该算法进行了硬件实现。
　　本文首先介绍了BPSK调制解调算法的基本原理。其次，对BPSK调制解调算法中的关键技术数控振荡器(Numerically controlled oscillator: NCO)、成型滤波器、载波同步与定时同步的基本原理进行了详细的分析。随后，基于通信系统的设计要求，分别选择Costas环和Gardner环用于载波和码元同步，并利用Matlab软件对同步环路的参数及功能进行了仿真验证。在Matlab仿真验证成功后，使用Verilog语言对BPSK调制解调算法进行了硬件描述，并对该算法进行了功能仿真。仿真结果证明了BPSK调制解调算法在FPGA中的正确实现。最后对水声通信试验平台中的上位机进行了简单设计，并完成了与FPGA的相互数据通信。
　　为了进一步验证所编写的FPGA算法的正确性能，进行了相应的水池试验验证。结果表明，由于Costas环能够正确补偿信号传输过程中所产生的频偏，Gardner环也可以补偿信号在传输过程中所产生的定时偏差，因此当收发通信距离较短、信道的多途影响较小时，通过对估计的码元符号和原始码元符号进行对比，计算出环路在同步后的数据误码率为0，星座图分布良好，验证了基于FPGA的BPSK调制解调算法的正确实现。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 论文的主要工作

第2章 BPSK调制解调算法的基本理论

2.1 引言

2.2 调制方式的选择

2.3 BPSK调制原理及关键技术分析

2.4 BPSK解调关键技术

2.5 本章小结

第3章 BPSK调制解调算法的理论仿真

3.1 引言

3.2 全数字BPSK调制解调算法的整体结构介绍

3.3 BPSK调制端的理论仿真

3.4 BPSK解调端的理论仿真

3.5 Costas环和Gardner环的联合仿真

3.6本章小结

第4章 基于FPGA的BPSK调制解调算法的实现

4.1 引言

4.2 FPGA的基本构成和设计流程

4.3 Costas载波同步环的FPGA实现

4.4 Gardner定时同步环FPGA实现

4.5 上位机软件的设计

4.6 本章小结

第5章 水池试验的数据处理分析

5.1 引言

5.2 水声通信试验平台的搭建

5.3 水池试验及其数据处理

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢