基于現(xiàn)代DSP技術(shù)的QPSK調(diào)制器的設(shè)計(jì)
摘要:為了提高DSP系統(tǒng)的開發(fā)效率,引入了現(xiàn)代DSP技術(shù),并由此設(shè)計(jì)了QPSK調(diào)制器。依據(jù)QPSK調(diào)制的基本原理,利用MATLAB/Simulink DSP Builder和Quartusll搭建模型,在模塊的形成方式上,采用DSP Builder中的模塊代替VHDL編程,在同一平臺上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)建模和硬件實(shí)現(xiàn)的有機(jī)結(jié)合,然后利用ALTERA公司提供的Signal Compile進(jìn)行編譯,產(chǎn)生VHDL源程序,同時,采用ALTERA公司的Cyclone系列芯片EP2C35F6 72C6N實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制。結(jié)果表明,該方法提高了設(shè)計(jì)的靈活性,通過軟件仿真和硬件測試驗(yàn)證了方案的正確性和可行性。
關(guān)鍵詞:四相相移鍵控調(diào)制;FPGA;現(xiàn)代DSP技術(shù);QuartusⅡ
四相相移鍵控調(diào)制(Quaternary Phase Shift Keying,QPSK)是一種線性窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù),它已經(jīng)在數(shù)字調(diào)制技術(shù)中占有重要的地位,被廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)星通信、移動通信、視頻會議系統(tǒng)、蜂窩電話和其它數(shù)字通信領(lǐng)域。具有頻帶利用率高、頻譜特性好、抗衰落性能強(qiáng)、較低的比特錯誤率等優(yōu)點(diǎn)。
DSP技術(shù)主要是指將DSP的基本理論和算法付諸實(shí)現(xiàn)的途徑和方法。傳統(tǒng)的DSP技術(shù)是當(dāng)前廣泛使用的DSP處理器的解決方案,而這種解決方案日益面臨著不斷增加的巨大挑戰(zhàn),自身的技術(shù)瓶頸導(dǎo)致這種解決方案在DSP許多新的應(yīng)用領(lǐng)域中的道路越走越窄。而現(xiàn)代DSP技術(shù)是相對于傳統(tǒng)DSP技術(shù)而言的,是基于可編程片上系統(tǒng)SOPC(System on a Programmable Chip)技術(shù)、EDA技術(shù)與FPGA實(shí)現(xiàn)方式的DSP技術(shù),是現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物,它有效地克服了傳統(tǒng)DSP技術(shù)中的許多瓶頸,在許多方面顯示了突出的優(yōu)勢,如高速與實(shí)時性,高可靠性,自主知識產(chǎn)權(quán)化,系統(tǒng)的重配置與硬件可重構(gòu)性,單片DSP系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性以及開發(fā)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和高效率。QPSK設(shè)計(jì)采用MATLAB/Simulink DSP Builder開發(fā)出用于QPSK調(diào)制的正交信號產(chǎn)生單元,在電路模塊的形成方式上用DSP Builder的模塊調(diào)用代替繁瑣的VHDL程序,從而方便的得到了所需的結(jié)果。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以FPGA為物理載體,與傳統(tǒng)的基于硬件描述語言的設(shè)計(jì)相比,這種流程更快捷方便靈活。
1 QPSK調(diào)制原理
所謂的QPSK調(diào)制就是利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息,每一種載波相位代表兩個二進(jìn)制代碼元信息。由于每一個載波相位代表兩個二進(jìn)制碼元信息,所以每四個二進(jìn)制碼元又被稱為雙比特碼元。
QPSK信號的表示式為
將式(1)寫成
I(t),Q(t)為+1或-1。則式(3)即為QPSK的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
QPSK信號的調(diào)制可分為相位選擇法和調(diào)相法,本文采用調(diào)相法進(jìn)行設(shè)計(jì),其調(diào)制框圖如下圖1所示。
圖1中,串/并變換器將輸入的二進(jìn)制序列依次分為兩個并行的雙極性碼序列。設(shè)二進(jìn)制數(shù)分別為a和b。雙極性的a和b脈沖通過兩個平衡調(diào)制器分別對同相載波和正交載波進(jìn)行二相調(diào)制,兩路輸出疊加后就可以得到QPSK信號。
2 基于DSP Buildter的QPSK設(shè)計(jì)
DSP Builder可完成圖形化的系統(tǒng)建模、設(shè)計(jì)、仿真、把設(shè)計(jì)軟件下載到FPGA開發(fā)板上。它是一個系統(tǒng)級的開發(fā)工具,架構(gòu)在多個軟件之上,并把系統(tǒng)級和RTL級兩個設(shè)計(jì)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工具連接起來,最大程度的發(fā)揮了兩種工具的優(yōu)勢。DSP Builder依賴MathWorks公司的數(shù)學(xué)分析工具M(jìn)atlab/Simulink,以Simulink的Blockset出現(xiàn),可以在Simulink中進(jìn)行圖形化設(shè)計(jì)和仿真,同時通過SignalCompiler可以把Matlab /Simulink的設(shè)計(jì)文件(.mdl)轉(zhuǎn)成相應(yīng)的硬件描述語言VHDL設(shè)計(jì)文件(.vhd),以及用于控制綜合與編譯的TCL腳本。而對后者的處理可以由FPGA/CPLD開發(fā)工具QuartusⅡ來完成。
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