基于现代DSP技术的QPSK调制器的设计

2013-12-30 10:58:15来源: 互联网

四相相移键控调制(Quaternary Phase Shift Keying,QPSK)是一种线性窄带数字调制技术,它已经在数字调制技术中占有重要的地位,被广泛地应用于卫星通信、移动通信、视频会议系统、蜂窝电话和其它数字通信领域。具有频带利用率高、频谱特性好、抗衰落性能强、较低的比特错误率等优点。

  DSP技术主要是指将DSP的基本理论和算法付诸实现的途径和方法。传统的DSP技术是当前广泛使用的DSP处理器的解决方案,而这种解决方案日益面临着不断增加的巨大挑战,自身的技术瓶颈导致这种解决方案在DSP许多新的应用领域中的道路越走越窄。而现代DSP技术是相对于传统DSP技术而言的,是基于可编程片上系统SOPC(System on a Programmable Chip)技术、EDA技术与FPGA实现方式的DSP技术,是现代电子技术发展的产物,它有效地克服了传统DSP技术中的许多瓶颈,在许多方面显示了突出的优势,如高速与实时性,高可靠性,自主知识产权化,系统的重配置与硬件可重构性,单片DSP系统的可实现性以及开发技术的标准化和高效率。QPSK设计采用MATLAB/Simulink DSP Builder开发出用于QPSK调制的正交信号产生单元,在电路模块的形成方式上用DSP Builder的模块调用代替繁琐的VHDL程序,从而方便的得到了所需的结果。系统的实现以FPGA为物理载体,与传统的基于硬件描述语言的设计相比,这种流程更快捷方便灵活。

  1 QPSK调制原理

  所谓的QPSK调制就是利用载波的四种不同相位来表征数字信息,每一种载波相位代表两个二进制代码元信息。由于每一个载波相位代表两个二进制码元信息,所以每四个二进制码元又被称为双比特码元。

  QPSK信号的表示式为

  

 

  将式(1)写成

  

 

  QPSK信号的调制可分为相位选择法和调相法,本文采用调相法进行设计,其调制框图如下图1所示。

  

 

  图1中,串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性码序列。设二进制数分别为a和b。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波和正交载波进行二相调制,两路输出叠加后就可以得到QPSK信号。

2 基于DSP Buildter的QPSK设计

  DSP Builder可完成图形化的系统建模、设计、仿真、把设计软件下载到FPGA开发板上。它是一个系统级的开发工具,架构在多个软件之上,并把系统级和RTL级两个设计领域的设计工具连接起来,最大程度的发挥了两种工具的优势。DSP Builder依赖MathWorks公司的数学分析工具Matlab/Simulink,以Simulink的Blockset出现,可以在Simulink中进行图形化设计和仿真,同时通过SignalCompiler可以把Matlab /Simulink的设计文件(.mdl)转成相应的硬件描述语言VHDL设计文件(.vhd),以及用于控制综合与编译的TCL脚本。而对后者的处理可以由FPGA/CPLD开发工具QuartusⅡ来完成。

  研究采用QuartusII6.1、DSP Builder6.1和Madab Rb2006作为FPGA的设计及测试平台。因此,在设计的过程中可以很方便的调用DSP-Bbuilder和Simulink库中的图形模块来建立硬件模型,输入信号也可方便的调用Simulink模块。依据QPSK的基本原理,可以快速的建立QPSK模型。要完成QPSK的建模,首先打开MATLAB,在命令窗口输入“Simulink”进入图形化仿真建模环境,新建一个仿真模型。依照图1的原理图设计,建立模型如图2所示。

  

 

  图2中,由频率字、延时器、加法器和两个LUT组成正交信号发生器,产生两个正交的载波信号。随机信号发生模块产生随机信号,经过反相器形成数字基带信号,经过串并转换模块变为并行信号,再经过多路选择器模块输出+1和-1,然后和正交信号发生器产生的正交载波信号相乘,最后在加法器中进行相加实现QPSK调制。

  3系统仿真与硬件测试

  3.1 系统仿真

  完成整个设计后,设置仿真时间,开始仿真。设置Simulik的仿真停止时间为2 000,仿真步进设为自动。仿真结果如图3,图中前两栏为正交波信号,最后一栏为QPSK已调信号。

  

 

  3.2 硬件测试

  在Simulink中完成仿真验证后,需要把设计转到硬件上去实现。这是整个DSP Builder设计流程中最为关键的一步,可获得对特定FIGA芯片的VHDL代码。双击QPSK模型中的SignalCompiler,点击分析按钮,检查模型无错误后,打开SignalCompiler窗口,在图中设置好相应项后,依次点击1、2、3 3个按钮,逐项执行VHDL文件转换、综合、适配,即可将.mdl文件转换为.vhd文件。同时,在工作目录生成的文件中有tb_qpsk.tcl和tb_qpsk.v文件。tb_qpsk.v文件是在QuartusII中要用到的工程文件,tb_qpsk.tcl文件是要在Modesim进行RTL级仿真用到的测试代码。仿真完成后,在QuartusII中指定器件管脚、进行编译、下载。最后进行硬件的下载,连接好FPGA开发板即可。本文采用的硬件是Cyclone系列芯片EP2C35F672C6N。图4是在QuartusII中QPSK的已调波形,与仿真波形基本一致。由图可以看出,有4个相位跳变点,正确地反映了QPSK调制的特点。

  

 

  4 结论

  本文利用了现代DSP技术的功能,在Simulink的环境下实现了QPSK的建模,给出了具体模型,从而避免了VHDL程序的编制,缩短了周期,提高了效率。采用该法,极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性。仿真结果和硬件实现都验证了该方案的正确性。

关键字:DSP技术  QPSK  调制器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1230/article_22399.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
DSP技术
QPSK
调制器

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved