π/4-DQPSK调制解调的仿真和FPGA设计

摘要

软件无线电技术是近年来提出的一种实现无线通信的新的体系结构。它的出现对通信的发展起到了很大的推动作用,用软件无线电技术实现调制解调灵活性好,通过下载不同的软件来满足不同通信体制的要求,使通信系统可以方便地扩展升级。
　　 π／4-DQPSK是QPSK改进方式,它是一种线性窄带数字调制技术,被广泛应用于移动通信和卫星通信中,其突出特点是频带利用率高、频谱特性好、抗衰落性能强、可进行非相干解调。
　　 本文基于软件无线电的思想设计硬件平台,并在该硬件平台上实现π／4-DQPSK的调制、解调。该设计具有实现较为简单,同时能取得较好性能的特点。采用FPGA实现数字相关器,完成信号在中频的数字解调。本文对基于FPGA的π／4-DQPSK通信系统进行了研究,首先讨论了π／4-DQPSK通信系统的基本原理,并用Matlab仿真了系统的误码率等。其次,采用VHDL在XILINX公司ISE10.1开发环境下对系统的FPGA实现进行设计,主要包括中频差分解调的设计、相关器的设计、位同步的设计等,软件仿真调试结果表明能够实现调制解调设计要求。最后,设计制作了基于FPGA的PCB板,并完成了电路调试工作,达到了预定的设计目标。
　　 详细设计中,π／4-DQPSK的解调方式主要有相干解调和非相干解调两类,非相干解调指的是差分检测,因为在移动接收时,相干解调的接收性能不如差分检测,所以本文使用中频差分解调的方式。通过对基本的相关器的研究,得出了基于D触发器的并行相关器具有即节省资源又便于参数设计的优点。而Virtex可配置逻辑模块(CLB)的基本模块是逻辑单元(LC)。每个LC包括一个4输入函数发生器,一个进位逻辑和一个存储单元。其中的函数发生器实际上是个查找表(LUT),每个LUT能构成1个16位的移位寄存器,这个结构就是SRL16,它可以通过宏调用来实现,也可以按照语言规范由ISE自动综合来实现。因此,相关器的设计主要使用基于SRL16的并行相关器。在位同步的处理上,考虑系统对误码率、信噪比的要求,经过仿真,结合实现难度等综合考虑,选取直接平方法进行位同步提取。
　　 本文设计的基于FPGA实现的π／4-DQPSK数字调制解调器具有体积小、集成度高和可软件升级等特点,这为设计更高集成度和更灵活的通信系统芯片提供了基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 软件无线电技术简介

1.2 π/4-DQPSK技术介绍

1.3 π/4-DQPSK调制技术的发展

1.4 本文的内容安排

第二章 π/4-DQPSK调制解调的实现

2.1 π/4-DQPSK调制原理

2.2 π/4-DQPSK解调原理

2.3 π/4-DQPSK的FPGA实现

2.4 本章小结

第三章 相关器的设计

3.1 简单的相关器

3.2 带过采样的相关器

3.3 传统FIR结构和倒置型FIR结构对比

3.4 基于D触发器(DFF)的并行相关器

3.5 基于SRL16的并行相关器

3.6 本章小结

第四章 位同步的实现

4.1 同步的概念

4.2 实现π/4-DQPSK位同步的基本方法

4.3 本章小结

第五章 硬件测试结果和全文总结

5.1 硬件总体描述

5.2 具体模块与设计实现

5.3 系统测试

5.4 本章小结

5.5 全文总结

致谢

参考文献