基于FPGA和DSP的模拟和数字调制与解调器的研究与实现

摘要

近年来，随着软件无线电（SDR）的高速发展和逐渐成熟，使得软件无线电开始应用在无线通信系统中。从软件无线电的技术实现来看，核心是在数字领域通过软件来实现各种无线通信功能。
　　本课题的目的是实现一个用于实验教学演示作用的实验平台，能在此平台上实现多种不同调制方式的全双工通信。采用模块化的方法，在DSP中编写C代码以及在FPGA中编写Verilog代码，设计与实现AM、FM、QPSK调制与解调的各个模块。主要包括了：正交调制模块、正交解调模块、数字上下变频模块、成型与匹配滤波模块、载波同步与位同步模块。同时结合CCS3.1和QuartusII9.0以及Modelsim6.5软件开发环境，显示所设计模块的仿真波形图予以验证。在硬件平台测试中，简要的介绍了平台的设计，以TI公司的DSP芯片TMS320C6713和Altera公司的FPGA芯片EP3C40Q240C8为主，以音频芯片AIC23和DA芯片DAC902以及AD芯片ADS805为辅构成软件无线电平台。同时介绍了各个芯片之间的接口时序，以及McBSP、EMIF、EDMA底层驱动的实现。通过下载设计的软件，实现对音频信号的AM、FM、QPSK调制与解调的全双工通信。
　　围绕这个核心，本论文做了以下几方面的研究工作：
　　1.根据语音信号通信系统的要求，在软件无线电平台上完成AM、FM和QPSK三种不同方式调制与解调器的实现方案。
　　2.对于AM和FM的调制与解调，将低采样率的基带信号算法安排在DSP中完成，把高采样率的中频处理安排在FPGA中完成，并对其进行仿真与验证。
　　3.对于QPSK的调制与解调，调制端重点完成信源编帧、串并变换、差分编码、成型滤波、内插与混频等模块，解调端重点完成下变频、载波提取、匹配滤波、位同步、差分译码、并串变换与拆帧等模块的设计，并对其进行仿真与验证。
　　4.最后在硬件板上下载设计好的DSP与FPGA程序，在示波器上观察波形并验证结果。

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第一章 绪论

§1.1 软件无线电的技术背景介绍

§1.2 软件无线电的基本框架

§1.3 研究目标与内容

第二章 软件无线电的基础理论

§2.1 信号采样理论

§2.2 多速率信号处理

§2.3 高效数字滤波器

§2.4 数字控制振荡器

§2.5 载波同步理论

§2.6 位同步理论

§2.7 本章小结

第三章 AM调制与解调模块的设计与仿真

§3.1 AM调制模块

§3.2 AM解调模块

§3.3 本章小结

第四章 FM调制与解调模块的设计与仿真

§4.1 FM调制模块

§4.2 FM解调模块

§4.3 本章小结

第五章 QPSK调制与解调模块的设计与仿真

§5.1 QPSK调制模块

§5.2 QPSK解调模块

§5.3 本章小结

第六章 硬件系统设计与测试

§6.1 芯片介绍

§6.2 DSP的底层驱动

§6.3 板级测试

§6.4 本章小结

第七章 总结与展望

§7.1 总结

§7.2 未来展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的主要研究成果