数字上变频的FPGA设计

摘要 目前，FPGA处于通信系统中的重要地位，它的出现是数字通信领域又迈进了一个新的阶段，其中上变频的调制技术就可以在FPGA中来完成，比如说QPSK调制，QPSK调制全称Quadrature Phase Shift Keying ,意为正交相移键控，是一种数字调制方式。随着社会的发展，通信在生活中的地位越来越重要，目前QPSK通信系统已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。 本文首先介绍了数字通信的一些基本理论，然后对设计方案进行了分析和确定，介绍了调制原理，并与二进制调制相比说明其特点；重点是对QPSK的调制原理进行阐述。接下来就是对上变频系统的设计，本次系统设计的核心是QPSK调制，但是还需要其他的辅助模块进行配合，系统一共分为五个模块，基带调制模块是对基带信号进行输入的基带信号进行调制成模拟信号，脉冲成形是对基带信号做升余弦处理，上采样是将基带信号的频率升高，混频器是做QPSK调制，模数转换是对数字信号进行数模转换，将数字信号变为模拟信号，以便示波器输出信号。采用verilog对基带调制模块和混频模块进行编程，经仿真和测试后得到了上变频后的信号。 关键词：上变频；FPGA；软件无线电；QPSK调制；混频 目录摘要??? IAbstract??? II第一章 绪论??? 11.1 课题研究背景??? 11.2 课题的研究意义??? 11.3 论文的研究内容和组织结构??? 2第二章 数字通信理论简介??? 42.1 通信系统概述??? 42.2 数字传输系统??? 42.3 数字通信的关键技术??? 52.3.1 采样技术??? 62.3.2 数字滤波器??? 62.2.1 DDS原理??? 72.3.3 调制解调技术??? 8第三章 总体方案确定??? 103.1 系统要求??? 103.2 调制方案的选择??? 113.2.1 BPSK调制??? 113.2.2 QPSK调制??? 123.3 硬件平台方案的选择??? 12第四章 上变频系统设计??? 144.1 总体设计??? 144.2 基带调制??? 154.3 脉冲成形??? 154.4 上采样??? 184.5 混频模块??? 184.5 数模装换模块??? 19第五章 上变频系统的FGPA实现??? 205.1 FPGA及其开发环境的介绍??? 205.2 软件设计流程图??? 215.2.1 基带调制模块设计??? 225.2.2混频器模块设计??? 235.2.3 顶层模块??? 245.3 仿真测试??? 265.4 系统测试??? 265.4.1 系统的硬件连接??? 265.4.2测试需要准备的步骤??? 275.4.3 上变频系统测试分析??? 27结论??? 29参考文献??? 30致谢??? 31 论文的研究内容和组织结构 数字通信系统一般涉及三个要素：发射机、信道和接收机。发射机的目的是将信息数据序列进行调制，然后通过射频或者光线发送信号到信道中，信号被传输到信道中之后，会受到噪声的影响而导致信号的失真。接收机是将信号接收后，将调制的上变频信号进行解调，也就是对信号进行下变频。本文的主要则工作是采用软件无线电技术对信号进行调制，也就是对信号的上变频技术进行了系统的研究，主要是基于QPSK调制技术，对基带信号进行混频处理，实现数字上变频的功能，首先进行了系统的方案研究，分析理论知识，然后在了FPGA的硬件开发板上实现了设计方案，并对所设计的方案进行了有效的验证和测试。本文的具体章节的结构如下： 第1章：绪论。主要介绍了本文研究的背景，介绍了软件无线电技术的特点并对现在的一些研究现状进行了分析，说明了本次课题设计的具体意义所在，在此基础上提出了本文的主要研究内容和组织结构。 第2章：数字通信理论简介。首先介绍了通信方面的基础理论，然后对数字通信理论进行了详细的介绍，主要有信号的采样理论、数字滤波器、调制解调技术的一些基本概念。 第3章：总体方案的确定。根据具体实现的要求确定系统软件和硬件技术所需要的实现方案。 第4章：上变频系统的设计。确定了本系统的总体方案进行设计，对每个模块进行了详细说明和分析，比如说滤波匹配模块、串并转换模块，重点对信号振荡模块和调制模块进行了设计，为后续FPGA实现提供了理论指导。 第5章：上变频系统的FPGA实现。在FPGA的硬件平台上，利用XLINX开发软件对所做的调制部分进行了FPGA实现，分别给出了顶层及各子模块的硬件设计，并利用软件自带的仿真软件进行硬件仿真和测试，最后在示波器上看到上变频以后的波形图，验证了系统设计方案的正确性和可实现性。 第6章：总结。对全文进行了总结，并对课题未来的发展做出了展望。