摘 要数字调制解调技术在数字通信中占有非常重要的地位，数字通信技术与FPGA的结合是现代通信系统发展的一个必然趋势。本文主要阐述的是QPSK调制与解调电路的设计。文中介绍了QPSK调制解调的原理，并以此为基础设计了一种在单片FPGA上实现的全数字QPSK调制解调器的设计方法。它比传统的模拟调制方式有着显著的优越性，通信链路中的任何不足均可以借助于软件根除，不仅可以实现信息加密，而且还可以通过相应的误差校准技术，使接收到数据准确性更高。整个设计基于ALTERA公司的Quartus开发平台，并用Cyclone系列FPGA实现。MUXPLUS环境下进行编译、综合仿真，验证了设计的正确性。此外，本方案采用了相位选择法，与常用的调相解调法相比，设计更简单，更适合于FPGA实现，系统的可靠性也更高。通过对仿真波形的分析可知，该方案很好的实现了QPSK调制与解调功能。关键词：FPGA；QPSK；调制；解调AbstractDigital modulation and demodulation in digital communication technology plays a very important position, digital communication technology and the combination of FPGA development of modern communication systems is an inevitable trend. This article focuses on the QPSK modulation and demodulation circuit. This paper introduces the principle of QPSK modulation and demodulation, and as a basis for design of a single FPGA to achieve the all-digital QPSK modem design. Than the traditional analog modulation has significant advantages, the communication link can be any deficiencies in the software by means of eradication, not only can encrypt, but also through the corresponding calibration error, the accuracy of the data received is more high. The whole design is based on the companys Quartus ALTERA development platform, and use Cyclone series FPGA. MUXPLUS compile environment, comprehensive simulation to verify the correctness of the design. In addition, the program uses the phase selection method of modulation and demodulation method commonly used than the design is simpler and more suitable for FPGAimplementation, system reliability is also higher. Through the analysis of the simulation waveform shows, the program achieved good QPSK modulation and demodulation functions.Keywords;FPGA;QPSK;modulation;demodulation目 录引言11 工作环境21.1 QPSK的简介21.1.1QPSK原理21.1.2QPSK特点31.1.3QPSK应用31.2 EDA技术简介41.3 FPGA和CPLD简介41.3.2FPGA工作原理51.3.3FPGA的基本特点51.4 VHDL简介61.4.1VHDL语言的特点61.4.2VHDL语言的优势61.5 Quartus II简介71.5.1Quartus II特点81.5.2Quartus II性能81.6 课题研究的意义91.7本课题的国内外的研究现状91.8本课题的研究内容92 调制与解调电路的基本设计原理92.1 数字调制解调的基本原理92.2 QPSK调制的基本原理112.3 QPSK解调的基本原理123 QPSK调制与解调电路的设计123.1 QPSK调制解调方案介绍123.2 调制电路的设计133.2.1设计思路133.2.2调制电路的程序143.3 解调电路的设计173.3.1设计思路173.3.2解调电路的程序173.3.3解调电路的仿真结果193.4 仿真分析193.4.1QPSK调制解调的实现及其仿真波形193.4.2QPSK仿真波形的分析224 结论234.1 设计实现234.2 设计中的不足和改进234.3 毕业设计心得23谢 辞25参考文献26附 录27桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 1 页 共 30页引言如今社会通信技术的发展速度可谓日新月异，计算机的出现在现代通信技术的各种媒体中占有独特的地位，计算机在当今社会的众多领域里不仅为各种信息处理设备被使用，而且它与通信向结合，使电信业务更加丰富。随着人类经济和文化的发展，人们对通信技术性能的需求也越来越迫切，从而又打打推动了通信科学的发展。在通信理论上，先后形成了“过滤和预测理论”、“香浓信息论”、“纠错编码理论”、“信源统计特性理论”、“调制理论”等。通信作为社会的基本设施和必要条件，引起的世界各国的广泛关注，通信的目的就是从一方向另一方传送信息，给对方以信息，但是消息的传送一般都不是直接的，它必须借助于一定形式的信号才能便于远距离快速传输和进行各种处理。虽然基带信号可以直接传输，但是目前大多数信道不适合传输基带信号。现有通信网的主体为传输模拟信号而设计的，基待数字信号不能直接进入这样的通信网。基带信号一般都包含有频率较低，甚至是直流的分量，很难通过有限尺寸的天线得到有效辐射，因而无法利用无线信道来直接传播。对于大量有线信道，由于线路中多半串接有电容器或并接有变压器等隔直流元件，低频或直流分量就会受到很大限制。因此，为了使基带信号能利用这些信道进行传输，必须使代表信息的原始信号经过一种变换得到另一种新信号，这种变换救是调制。实际中一般选正弦信号为基带信号，称为载波信号。代表所传信息的原始信号，使调制载波的信号。调制救是从载波的一个参量的变化来反映调制信号变化的过程。用载波幅度的变化来反映调制信号的称为振幅调制；用载波的频率、相位反映调制信号变化的调制分别成为频率调制和相位调制。而实现这些调制过程得设备成为调制器。从已调波形中恢复调制信号的过程称为解调，相应的设备成为解调器。一般讲调制器和解调器做成一个设备，可用于双向传输，称为调制解调器。本文根据QPSK调制与解调的基本原理，基于FPGA对调制与解调电路进行简化，使其便于用VHDL语言编程，实现QPSK调制与解调电路的设计，并且利用MUXPLUS开发环境进行编译、综合仿真，验证设计的正确性。并将基于FPGA的QPSK的仿真结果进行分析。桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 19 页 共 30 页1 工作环境1.1 QPSK的简介为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制。对于二进制调制，能发送的符号有两种，一个波形周期（0，Ts）内只能发送一个二进制符号。频带利用率只能达到0.5bit/S/HZ。对于高速传输，为了提高频带利用率，多采用多进制调制方法，在一个波形周期（0，Ts）内发送多个二进制符号。频带利用率能成倍增加。目前用最为广泛的是多进制相移键控MPSK和MQAM。MPSK是用M个相位来表示多种基带电平,随着M的增加，对载波同步和解调精度的要求也随之增高。MPSK中最常用的是4PSK又称QPSK（四相移相键控）QPSK信号有00、01、10、11四种状态。所以，对输入的二进制序列，首先必须分组，每两位码元一组。然后根据组合情况，用载波的四种相位表征它们。QPSK信号实际上是两路正交边带信号。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。 数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：（1）信号分布；（2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。 首先将输入的串行二进制信息序列经串并变换，变成m=log2M个并行数据流，每一路的数据率是R/m，R是串行输入码的数据率。I/Q信号发生器将每一个m比特的字节转换成一对（pn，qn）数字，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t)，然后对coswct和sinwct进行调制，相加后即得到QPSK信号。 QPSK是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中. 适合卫星广播。例如，数字卫星电视DVB-S2 标准中，信道噪声门限低至4. 5 dB，传输码率达到45M bös，采用QPSK 调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。1.1.1 QPSK原理QPSK数字解调包括：模数转换、抽取或插值、匹配滤波、时钟和载波恢复等。 QPSK（四相移相键控）是一种常用的多进制调制方式。其基本的调制原理是对输入的二进制序列，首先必须分组，每两位码元一组。然后根据组合情况，用载波的四种相位表征它们。QPSK信号实际上是两路正交双边带信号。解调原理是可以用平方环法或者用科斯塔斯环法（COSTAS）从调制信号中分离出载波，进行相干解调。用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量，然后还原成串行二进制数字信号。在实际的调谐解调电路中，采用的是非相干载波解调，本振信号与发射端的载波信号存在频率偏差和相位抖动，因而解调出来的模拟I、Q基带信号是带有载波误差的信号。这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决，得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号，误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大，因此数字QPSK解调电路要对载波误差进行补偿，减少非相干载波解调带来的影响。此外，ADC的取样时钟也不是从信号中提取的，当取样时钟与输入的数据不同步时，取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高，误码率就高，因此，在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟，来校正固定取样带来的样点误差，并且准确的位定时信息可为数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟。校正办法是由定时恢复和载波恢复模块通过某种算法产生定时和载波误差，插值或抽取器在定时和载波误差信号的控制下，对A/D转换后的取样值进行抽取或插值滤波，得到信号在最佳