基于QUARTUSⅡ的QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設計

鄭杭波杭州蕭山國際機場信息導航管理部

基于QUARTUSⅡ的QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設計

鄭杭波
杭州蕭山國際機場信息導航管理部

雖然現(xiàn)代化的數(shù)字通信只有短短幾十年的歷史，但由于其保密便捷，強抗干擾性，對數(shù)字信號的處理方便，可以傳輸各種現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，易于同光纖通信、衛(wèi)星通信等新的傳輸手段配合等特性，因此其應用一直在不斷的推廣與發(fā)展。數(shù)字通信也將成為通信技術發(fā)展的一個主要方向，在現(xiàn)代通信技術起著不可或缺的作用。本論文設計的全數(shù)字的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)——QPSK基于最廣泛的QUARTUSⅡ軟件和新興的Verilog HDL語言。

QPSK；QUARTUSⅡ；Verilog HDL語言

1 QPSK原理簡介

利用載波的四種不同相位是四相絕對移相調(diào)制的表征數(shù)字信息的特有方式。因為每一種載波相位代表兩個比特信息，所以四進制碼元又稱為雙比特碼元，。用A表示組成雙比特碼元的前一信息比特，用B表示后一信息比特，AB一般是按格雷碼排列的。A方式時QPSK信號的矢量圖請看圖（A），B方式時QPSK信號的矢量圖請看圖（B）。用式（1.1.）表示四相調(diào)制信號，相位在（0、2）內(nèi)等間隔地取四種可能相位?；谡液陀嘞液瘮?shù)的互補性，φk有四種取值，例如45°、135°、225°、315°，幅度a與b有兩種取值，即±√2/2。

圖1 .1 QPSK信號的矢量圖

2 QPSK調(diào)制原理及全數(shù)字調(diào)制器的設計

全數(shù)字QPSK調(diào)制解調(diào)器與一般QPSK調(diào)制器的主要的不同點是全數(shù)字QPSK調(diào)制器所有部件都采用數(shù)字方式實現(xiàn)，本設計包括信源——偽隨機序列（M序列）、數(shù)據(jù)分離器（串/并變換）、差分編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)字載波、加法器（調(diào)制信號）、八進制計數(shù)器。

QPSK調(diào)制原理過程：第一步設計一個晶體模塊生產(chǎn)系統(tǒng)基準時鐘，該時鐘由其振蕩產(chǎn)生兩路高頻信息脈沖產(chǎn)生，其中一路通過50分頻作為信源M序列輸入；另一路則經(jīng)過八分頻后輸入八進制計數(shù)器，編程產(chǎn)生八個離散化的載波信號。第二步產(chǎn)生要調(diào)制基帶信號，就是第一步的M序列，將M序列經(jīng)數(shù)據(jù)分離生成I路和Q路兩路信號；將這兩路信號送入差分編碼器，生成兩路差分碼信號I′和Q′；接著經(jīng)過選擇器后I′路來控制余弦波的輸出，Q′路來控制正弦波的輸出；第三步設計一個加法器把兩路載波相加，通過加法器輸出QPSK調(diào)制信號,輸入到邏輯分析儀上直接觀測。

3 QPSK解調(diào)原理及全數(shù)字調(diào)制器設計

3.1 載波同步的原理和實現(xiàn)方法

載波同步過程就是在接收端恢復本地同步載波的過程。本文采用修正的同相正交，即對同相正交環(huán)進行修改，有以下三方面：1將經(jīng)典的同相正交環(huán)與判決反饋環(huán)相結合；2在維持相同功能下簡化電路；3使改進的電路數(shù)字化。QPSK信號S（t）經(jīng)正交解調(diào)后輸出兩路基帶信號U1(t)和U2(t),然后將這兩路基帶信號送入基帶處理部分，基帶處理部分由加法器、減法器和一個四輸入的乘法器組成?；鶐幚黼娐份敵鲆粋€和調(diào)制碼元無關的控制信號Ud,通過判決器判定后去控制VCO，達到對QPSK信號載波跟蹤的目的。

3.2.位同步的原理以及解調(diào)信號的產(chǎn)生

位同步即同步傳輸，是指使接收端對每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步。位同步過程就是建立數(shù)字通信收發(fā)系統(tǒng)之間連續(xù)準確的碼元定時關系的過程，本文用VERILOG HDL語言編程來實現(xiàn)位同步模塊。

4 QPSK系統(tǒng)的仿真結果

4.1QPSK全數(shù)字解調(diào)的系統(tǒng)仿真結果

信號分析mxl為輸入的偽隨機序列碼元。I、Q為兩路數(shù)字信號，Id和Qd則為I′和Q′差分信號，用來控制載波產(chǎn)生不同相位的正弦波。而mod[7..0]則為最終四相位調(diào)制波形輸出。

4.2 QPSK全數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真結果

mxl為調(diào)制系統(tǒng)中生成的偽隨機序列，而wsj則為解調(diào)系統(tǒng)中解調(diào)產(chǎn)生的信號；I、Q和Id、Qd均為調(diào)制系統(tǒng)中的偽隨機信號分離后兩路信號和差分編碼后的兩路信號，而II、QQ和IIdd、QQdd則分別為解調(diào)所得與之相應的數(shù)字信號,對比發(fā)現(xiàn)信號輸入輸出一致，設計完成。

[1]鄭杭波.基于ITU-TG984標準的GPON系統(tǒng)FPGA設計.信息技術與標準化2014.4

[2]Uwe Meyer-Baese.Digital Signal Processing with Field Pro?grammable Gate Arrays

[3]鄭杭波.GPON系統(tǒng)ONU—MAC層下行鏈路的研究及FP?GA設計.中國有線電視2009.9

[4]沈淑華.QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).浙江工業(yè)大學2003

鄭杭波，浙江工業(yè)大學通信與信息系統(tǒng)碩士研究生畢業(yè)，現(xiàn)就職于杭州蕭山國際機場有限公司信息導航管理部。