基于QPSK调制的扩频系统的FPGA实现
摘要
QPSK是一种线性窄带数字调制技术，具有频谱利用率高、频谱特性好、抗衰落性能强和可用非相干解调等特点。扩频通信是从军事通信中发展起来的一种高性能通信技术，具有抗干扰、抗多径能力强和保密性好等优点，在移动通信和卫星通信中得到广泛应用。所以将QPSK技术应用于扩频通信具有重要的工程意义。
本文对QPSK调制的扩频系统的FPGA实现进行了研究，具体工作如下：本文介绍了扩频通信的原理及发展现状，并对QPSK调制的原理进行了详细阐述。本文设计的扩频通信系统主要包括串并／并串转换、差分编／解码、DDS、扩频／解扩、QPSK调制／解调等模块，基于Altera公司的QuartusⅡ4.1开发平台对以上各模块进行了设计和时序仿真，仿真结果证明该系统能正确工作，完成了预定的目标。
本文设计的基于FPGA的扩频通信系统具有集成度高、可软件升级等优点，这为设计更高集成度和灵活性的通信系统提供了基础。
QPSK is a linear narrowband modulation, which has the features of highspectrum utilization, better spectrum specification, stronger ability ofanti-fading and applicability of non-coherent detection. Spread SpectrumCommunication is a high performance technology developed with theapplication of military communication. It owns advantages of strongeranti-fading ability, better ability of combating the effect of multipathfading and higher security. It is widely used in the mobile communicationand satellite communication systems. Thus, it is significant to implementQPSK modulation in the spread spectrum communication system.
Based on QPSK modulation in FPGA ,the direct sequence spread spectrumcommunication system is realized in this dissertation ,which has beencarried out in the following aspects: Firstly, the principle and thedevelopment of spread spectrum communication and QPSK modulation isintroduced ;Secondly, the following modules of the system had been completed,which included parallel-to-serial, serial-to-parallel, differentialencoding and decoding, DDS, spreading and dispreading,QPSK modulation anddemodulation. Verilog HDL language has been adopted for design andimplementing every module on the platform of QuartusII 4.1 of the AlteraCompany. The results of the simulation show that it works well.
The spread spectrum system was designed with high integration and canbe upgradeable in software, which could provide for further designs withhigher integration and greater flexibility in the modern communicationsystem in the future.
本文对QPSK调制的扩频系统的FPGA实现进行了研究，具体工作如下：本文介绍了扩频通信的原理及发展现状，并对QPSK调制的原理进行了详细阐述。本文设计的扩频通信系统主要包括串并／并串转换、差分编／解码、DDS、扩频／解扩、QPSK调制／解调等模块，基于Altera公司的QuartusⅡ4.1开发平台对以上各模块进行了设计和时序仿真，仿真结果证明该系统能正确工作，完成了预定的目标。
本文设计的基于FPGA的扩频通信系统具有集成度高、可软件升级等优点，这为设计更高集成度和灵活性的通信系统提供了基础。
QPSK is a linear narrowband modulation, which has the features of highspectrum utilization, better spectrum specification, stronger ability ofanti-fading and applicability of non-coherent detection. Spread SpectrumCommunication is a high performance technology developed with theapplication of military communication. It owns advantages of strongeranti-fading ability, better ability of combating the effect of multipathfading and higher security. It is widely used in the mobile communicationand satellite communication systems. Thus, it is significant to implementQPSK modulation in the spread spectrum communication system.
Based on QPSK modulation in FPGA ,the direct sequence spread spectrumcommunication system is realized in this dissertation ,which has beencarried out in the following aspects: Firstly, the principle and thedevelopment of spread spectrum communication and QPSK modulation isintroduced ;Secondly, the following modules of the system had been completed,which included parallel-to-serial, serial-to-parallel, differentialencoding and decoding, DDS, spreading and dispreading,QPSK modulation anddemodulation. Verilog HDL language has been adopted for design andimplementing every module on the platform of QuartusII 4.1 of the AlteraCompany. The results of the simulation show that it works well.
The spread spectrum system was designed with high integration and canbe upgradeable in software, which could provide for further designs withhigher integration and greater flexibility in the modern communicationsystem in the future.
引文
1 朱近康．扩展频谱通信及其应用．合肥：中国科学技术大学出版社，1993
2 曾一凡，李晖．扩频通信原理．北京：机械工业出版社，2005
3 王均铭．扩频通信系统中扩频和调制技术的研究．南京：东南大学，2004：1-30
4 Roger L．Peterson，Rodger E．Ziemer．扩频通信导论．北京：电子工业出版社．2006
5 杨大成．我国移动通信发展的几个问题．Internet
6 日本CDMA终端芯片技术动向．世界电信，1996，6
7 李建新，刘乃安等．一种CDMA芯片的设计．通信学报．1999(3)：20
8 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯．通信原理(第五版)．北京：国防工业出版社，2005
9 宋万杰等．CPLD技术及其应用．西安：西安电子科技大学出版社，1999
10 韩开文．DQPSK数传接收机．遥测遥控．2000(3)：21
11 王伟等．高频FPGA设计技术．通信技术．1998(4)：45-46
12 王水．现场可编程阵列在信号处理中的应用．电讯技术．1998(5)：38
13 Stanford Telecom Inc. STEL2000A Data Sheet, 1994
14 常晓明．Verilog-HDL实践与应用系统设计．北京：航空航天大学出版社，1997．
15 徐浩．用STEL-2000A实现直接序列扩频收发系统．电子技术应用．2006(5)：20-24
16 自顶向下的FPGA设计，电子产品世界．1998(11)：23-24
17 孟利名，陈文正．FPGA技术在数字电路实验中的应用．实验室研究与探索．1997(6)：11-13
18 李芳勤，EDA技术在硬件实验开发中的应用，长春邮电学院学报．1999(7)：23-24
19 金听等．一种用FPGA实现的FIR滤波器结构．微电子学．1999(1)：20
20 顾征辉．采用FPGA实现求模电路．微波与雷达．1996(3)：17-18
21 郭继昌等．基于FPGA的FIR滤波器的实现．集成电路应用．2000(5)：31-32
22 John G．Proakis．数字通信(第四版)．北京：电子工业出版社，2003
23 William H．Tranter，K．Sam Shanmugan．通信系统仿真原理与无线应用．北京：机械工业出版社，2005
24 宋永东，李建新等．一种基于FPGA技术的直接数字频率综合器的设计．延安大学学报(自然科学版)．1999(1)：16-18
25 周国富．利用FPGA实现DDS专用集成电路．电子技术应用．1998(2)：19-21
26 杨静．采用在系统可编程逻辑器件实现HDB3编解码．北京联合大学学报．1998(1)：12-14
27 龚建荣，李晓飞．利用FPGA实现数字锁相及频率转换．南京邮电大学学报，1998(4)：14-16
28 侯伯亨，顾新．VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计(修订版)．西安：西安电子科技大学出版社，1999
29 王小军．VHDL简明教程．北京：清华大学出版社，1997
30 ALTERA Digital Library. July, 2OOO, Altera Cor.
31 The Programmable Logic Data Book. Xilinx Inc. 2000
32 王士林，陆存乐，龚初光．现代数字调制技术．北京：人民邮电出版社，1987
33 DTS Radio Manual. DTS Inc, 1998
34 Kaage. U, Kolble. Efficient DSSS burst synchronization methods Spread Spectrum Techniques and Applications Proceedings. IEEE4th International Symposiumon. 1996(3):22-25
35 景占荣．信号检测与估计．北京：化学工业出版社，2004
36 胡健栋等．码分多址与个人通信．北京：人民邮电出版社，1996
37 汤建强．采用匹配滤波器的扩频数据通信系统捕获性能分析．通信技术与发展．1996(3)：3-5
38 喻应之，王爱华，周荣华．基于现场可编程器件的全数字成形滤波器实现．北京理工大学学报．2003，23(5)：609-612
39 梁学东，卜天，田日才．基于分布式算法和FPGA实现基带信号成形的研究．电子技术应用．2004(5)：67-69
40 王建新，蒋立平，吉训生，陈小梅．基带成形滤波器的FPGA实现．电视技术．2001(5)：43-46
41 杨小牛，楼才义，徐建良．软件无线电原理与应用．北京：电子工业出版社，2001
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