QPSK全数字中频调制解调器的FPGA实现

摘要

QPSK（四相相移键控）以其频带利用率高、抗干扰性能强以及易于硬件实现等优势成为现代数字通信系统的主流调制解调方式，广泛应用于微波通信、卫星通信、移动通信及有线电视系统中。随着数字IC技术及制作工艺上的进步，集成了多种数字通信专用IP核的大容量、高速率FPGA（现场可编程逻辑门阵列）逐渐成为现代通信系统硬件平台的最优选择方案。基于FPGA的QPSK全数字中频调制解调器具有开发周期短、设计灵活、可移植性好、集成度高以及可控性强等诸多优势，对通信系统的数字化、小型化具有重大意义。
　　本文首先介绍了数字QPSK调制解调技术基本原理，深入讨论了数控振荡器(NCO)、成形滤波器和同步环路（载波同步与定时同步）在FPGA上的实现方法。NCO采用直接频率合成(DDS)技术;成形滤波器选用滚降系数为0.35的升余弦滚降结构;载波同步模块使用硬判决Costas数字锁相环，定时同步模块选择基于内插滤波的Gardner同步环。在ISE12.2编写Verilog程序并使用ModelSim仿真软件辅助设计，通过对关键信号仿真来验证程序设计的功能正确性。最后搭建测试平台测试系统性能，分析测试结果，并提出改进方案。与同类工作进行比较，讨论本文所设计的QPSK全数字中频调制解调器的实际应用价值。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．1．1 数字通信系统

1．1．2 应用FPGA设计数字调制解调器的意义

1．2 国内外发展现状

1．3 论文章节安排

第二章 QPSK全数字调制解调原理分析

2．1 相移键控及QPSK基本原理

2．2．1 全数字调制器

2．2．2 全数字解调器

2．3 QPSK全数字调制解调关键技术研究

2．3．1 数控振荡器

2．3．2 成形与匹配滤波器

2．3．3 载波同步

2．3．4 定时同步

2．4 本章小节

第三章 QPSK全数字调制解调器的FPGA实现

3．1 FPGA功能原理与设计流程

3．2 QPSK全数字调制器的FPGA设计

3．2．1 码元映射模块设计

3．2．2 成形滤波器模块设计

3．2．3 正交调制模块设计

3．3 QPSK全数字解调器的FPGA设计

3．3．1 载波同步模块设计

3．3．2 定时同步模块设计

3．4 本章小节

第四章 QPSK全数字调制解调器性能测试

4．1 测试系统硬件平台

4．2 性能指标测试

4．2．1 载波同步性能测试

4．2．2 定时同步性能测试

4．2．3 解调误码率

4．3 性能分析与设计优势

4．4 本章小节

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在读期间研究成果

附录A