基于VHDL的QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

摘要：文中詳細(xì)介紹了QPSK技術(shù)的工作原理和QPSK調(diào)制、解調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并通過VHDL語言編寫調(diào)制解調(diào)程序和QuaitusII軟件建模對(duì)程序進(jìn)行仿真，通過引腳鎖定，下載程序到FPGA芯片EP1K30TC144-3中驗(yàn)證。軟件仿真和硬件驗(yàn)證結(jié)果表明了該設(shè)計(jì)的正確性和可行性，由于采用FPGA芯片，減小了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，該設(shè)計(jì)具有便于移植維護(hù)和升級(jí)的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：VHDL；QPSK；FPGA；QuartusII

QPSK調(diào)制技術(shù)在數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)中占有非常重要的地位，將通信技術(shù)與FPGA結(jié)合是現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。QPSK技術(shù)具有抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、數(shù)字視頻廣播、數(shù)字衛(wèi)星廣播等領(lǐng)域。文中詳細(xì)介紹了QPSK技術(shù)的工作原理，完成QPSK調(diào)制、解調(diào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并通過VHDL語言編寫調(diào)制解調(diào)程序，通過QuartusⅡ軟件對(duì)模塊和程序進(jìn)行仿真，并通過引腳鎖定，下載到FPGA芯片EP1K30TC144-3中，軟件仿真和硬件驗(yàn)證結(jié)果表明了該設(shè)計(jì)的正確性和可行性。

1 基于FPGA的QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控(QPSK或4PSK)利用載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，因此每個(gè)四進(jìn)制碼元可用兩個(gè)二進(jìn)制碼元的組合來表示(常被稱為雙比特碼元)，一般用格雷碼排列。調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖1所示。由圖1可知，電路主要由分頻器和四選一開關(guān)等組成，分頻器對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻和計(jì)數(shù)，并輸出4路頻率相同而相位不同的相干數(shù)字載波信號(hào)；晶振及分頻、移相電路分別送出調(diào)相所需的4種不同相位的載波，按照串／并變換器輸出雙比特碼元的不同，邏輯選相電路輸出相應(yīng)相位的載波。四選一開關(guān)是在基帶信號(hào)的控制下，對(duì)4路載波信號(hào)進(jìn)行選通，輸出數(shù)字QPSK信號(hào)。但這還不是真正的QPSK信號(hào)，需要在FPGA器件外部加一個(gè)D／
A變換器，將輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

由于QPSK信號(hào)可以看作兩個(gè)載波正交2PSK信號(hào)的合成。對(duì)QPSK信號(hào)的解調(diào)可以采用與2PSK信號(hào)類似的解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，一般情況下采用相干解調(diào)，得到較好的解調(diào)效果。