基于FPGA和MATLAB的QPSK调制解调论文.doc

摘 要 FPGA由于其具有逻辑单元丰富、集成度高以及可灵活配置等诸多优点，而被广泛应用于算法实现以及产品原型验证之中。在未来无线通信系统中，技术将充分发挥优越性，必将得到人们越来越多的关注。本课题将以FPGA的软件无线电硬件平台，结合软件无线电技术设计实现。 关键词：FPGA，，，，， ABSTRACT FPGA由于其具有逻辑单元丰富、集成度高以及可灵活配置等诸多优点，而被广泛应用于算法实现以及产品原型验证之中。在未来无线通信系统中，技术将充分发挥优越性，必将得到人们越来越多的关注。本课题将以FPGA的软件无线电硬件平台，结合软件无线电技术设计实现。 . Key words:  第一章 绪论 1.1课题研究背景与研究意义 1.1.1软件无线电的研究 随着通信技术的发展，基于模拟电路的通信系统已经无法满足日益高涨的通信需求。基于数字电路的通信系统逐渐显示出其强大的功能。软件无线电就是数字化的通信系统的典范。软件无线电包含三层含义：一是“全数字化”，将宽带A/D和D/A向射频端靠近，由将频谱由基带移到中频；将基带、中频甚至射频数字化；不仅接收机数字化，发射机也要数字化。二是把硬件作为无线电通信的基本平台，而尽可能多的通信功能用软件来实现，通信体制由软件定义。三是软件无线电不仅仅是一种实现方法，更代表了一种新型的体制和开放的、可扩展的、模块化的软硬件平台体系结构，实现多频段、多模式、多业务、多个性。 软件无线电的最初研究是从美军的Speakeasy多频段多模式电台开始的，其思想很快被应用于民用移动通信，之后软件无线电的概念己远远超出了无线通信，而是适应于整个广义的通信领域。软件无线电这一新概念一经提出，就得到了全世界无线电领域的广泛关注。由于软件无线电所具有的灵活性、开放性等特点，使其不仅在军、民无线通信中获得了应用，而且将在其他领域例如电子战、雷达、信息化家电等领域得到推广。目前软件无线电更多的是以一种概念和猜想的形式出现的，具体的定义和体系结构尚无定论，而软件无线电作为未来通信乃至未来无线电技术的发展方向，对其研究是极具实际意义的。 调制技术是通信系统的关键技术，调制解调效果的关系着通信系统的性能，所以要根据不同的通信信道的特性选择合适的调制方式，并采取合理的算法实现。数字信号调制是把基带数字信号变换为频带数字信号的过程，数字信号的调制端备包括纠错编码和调制模块，其基本结构如下所示。 系统首先将模拟信号转化为数字信号，通常这个部分通过AD芯片来实现，然后通过信道编码使数字信号适合在信道上传输。数字通信解调端的构成如图1-2所示。其中，其中载波同步和定时同步是解调器的2个核心单元，它们直接决定着解调器的误码性能。 解调单元的载波同步和定时同步将完全在数字部分完成，而模数转换器的位置决定了接收机的数字化程度。本课题我们也将重点研究载波同步和定时同步。 调制技术根据调制信号的不同可以分为模拟调制技术和数字调制技术两类。模拟调制中调制信号是连续变化的模拟信号，通过调制信号控制载波的不同参数变化，可以分为模拟幅度调制(AM)、模拟频率调制(FM)和模拟相位调制(PM)。在数字调制中调制信号为离散化的数字信号，根据载波参数的变化，可以分为幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)，另外还有正交幅度调制(QAM)以及正交频分复用(OFDM)等方式。ASK信号的抗干扰能力较差，只是用于早期的数字电报系统，FSK在数字通信中得到了广泛的使用，在第二代移动通信GSM系统中用到了高斯最小频移键控(GMSK)方式，它是在FSK基础上改进的一种调制方式。在第三代移动通信系统中，频谱效率较高的QPSK以及QAM都会得到更多的采用。 在数字调制方式中，以基带数据信号控制载波的相位使它作不连续的有限取值的变化以实现传输信息的方法称为数字调相，又称为相移键控。从理论上分析，相移键控调制方式中不同的相位差的载波越多，传输速率越高，并能够减小由于信道特性引起的码间串扰的影响，从而提高数字通信的有效性和频谱利用率。如四相调制(QPSK)在发送一个码元周期内传输了两位码，信息传输速率是二相调制(BPSK)的两倍，而8PSK的信息传输速率是BPSK的三倍，但是相邻载波间的相位差越小，对接收短的要求就越高，将使误码率增加，传输的可靠性随之降低。 QPSK是目前应用非常广泛的调制解调技术，目前QPSK调制的实现主要是利用数字电路和专用芯片来完成，通常利用可编程数字电路对基带信号进行码元变换，成形滤波等处理后得到同相分量和正交分量，然后将两路信号分量经过数模转换获得模拟信号送入一个正交相乘器与中频载波调制得到中频QPSK调制信号。本课题我们将研究QPSK的调制解调方式。 过去的数字信号处理实现中，大多采用ASIC和DSP，但这类器件都有一定的缺陷。A