多进制数字相位调制系统课程设计.docx
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多进制数字相位调制系统课程设计
多进制数字相位调制系统课程设计
石家庄经济学院
通信实习报告
院系:
信息工程学院
学号:
姓名:
日期:
2013.1.15
一、实习目的
1、通过本次专业课程设计巩固并扩展通信课程的基本概念、基本理论、分析方法和仿真实现方法。
2、结合所学的MATLAB和EDA等软件仿真技术,完成通信专业相关课程内容的建模和设计仿真。
到达通信专业相关理论课程有效的巩固和整合,实现将理论知识和软件设计紧密结合。
3、通过本次专业课程设计达到培养学生的创新能力、通信系统建模和仿真设计能力以及软件调试和分析能力的目的。
二、实习要求
1、应用通信类软件完成通信系统相关内容的设计和建模,并仿真出正确结果,
对仿真波形加以重点分析和说明。
2、按要求格式书写报告,原理充分、设计方法及仿真结果分析正确、条理清晰、
重点突出。
三、实习内容
(1)实习题目
多进制数字相位调制系统设计
(2)设计原理
一、多进制数字相位调制(MPSK)
多进制数字相位调制也称多元调相或多相制。
它利用具有多个相位状态的正弦波来代表多组二进制信息码元,即用载波的一个相位对应于一组二进制信息码元。
如果载波有2k个相位,它可以代表k位二进制码元的不同码组。
多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对(差分)相移键控。
在MPSK信号中,载波相位可取M个可能值,
因此,MPSK信号可表示为
假定载波频率是基带数字信号速率的整数倍,则上式可改写为
上式表明,MPSK信号可等效为两个正交载波进行多电平双边带调幅所得已调波之和。
因此其带宽与MASK信号带宽相同,带宽的产生也可按类似于产生双边带正交调制信号的方式实现。
下面以四相相位调制为例进行讨论。
四相调相信号是一种四状态符号,即符号有00、01、10、11四种状态。
所以,对于输入的二进制序列,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。
这种由两个码元构成一种状态的符号码元称为双比特码元。
同理,k位二进制码构成一种状态符号的码元则称为k比特码元。
二、4PSK信号
四相PSK(4PSK)信号实际是两路正交双边带信号。
串行输入的二进制码,两位分成一组。
若前一位用A表示,后一位用B表示,经串/并变换后变成宽度加倍的并行码(A、B码元在时间上是对齐的)。
再分别进行极性变换,把单极性码变成双极性码,然后与载波相乘,形成正交的双边带信号,加法器输出形成4PSK信号。
显然,此系统产生的是π/4系统PSK信号。
如果产生π/2系统的PSK信号,只需把载波移相π/4后再加到乘法器上即可。
(系统信号的产生原理框图)
因为4PSK信号是两个正交的2PSK信号的合成,所以可仿照2PSK信号的相平解调方法,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,即可完成4PSK信号的解调。
此法是一种正交相平解调法,又称极性比较法,原理图在下页
(系统PSK信号解调原理框图)
为了分析方便,可不考虑噪声的影响。
这样,加到接收机上的信号在符号持续时间内可表示
两路乘法器的输出分别为
LPF输出分别是
根据π/4移相系统PSK信号的相位配置规定,抽样判决器的判决准则表在下页。
当判决器按极性判决时,若正抽样值判为1,负抽样值判为0,则可将调相信号解调为相应的数字信号。
解调出的A和B再经并/串变换,就可还原出原调制信号。
若解调π/2移相系统的PSK信号,需改变移相网络及判决准则。
(π/4系统判决器判决准则)
三、MPSK调制电路VHDL程序及仿真
(MPSK调制方框图)
注:
电路符号图中没有包含模拟电路部分,输出信号为数字信号。
基带信号通过串/并转换器xx得到2位并行信号yy;四选一开关
根据yy的数据,选择载波对应的相位进行输出,即得调制信号y。
--文件名:
MPSK
--功能:
基于VHDL硬件描述语言,对基带信号进行MPSK调制
--说明:
调制信号说明如下表所示。
(3)设计方法
libraryieee;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityMPSKis
port(clk:
instd_logic;--系统时钟
start:
instd_logic;--开始调制信号
x:
instd_logic;--基带信号
y:
outstd_logic);--调制信号
endMPSK;
architecturebehavofMPSKis
signalq:
integerrange0to7;--计数器
signalxx:
std_logic_vector(1downto0);--中间寄存器
signalyy:
std_logic_vector(1downto0);--2位并行码寄存器
signalf:
std_logic_vector(3downto0);--载波f
begin
process(clk)--通过对clk分频,得到4种相位;并完成基带信号的串并转换
begin
ifclk'eventandclk='1'then
ifstart='0'thenq<=0;
elsifq=0thenq<=1;f(3)<='1';f
(1)<='0';xx
(1)<=x;yy<=xx;
elsifq=2thenq<=3;f
(2)<='0';f(0)<='1';
elsifq=4thenq<=5;f(3)<='0';f
(1)<='1';xx(0)<=x;
elsifq=6thenq<=7;f
(2)<='1';f(0)<='0';
elseq<=q+1;
endif;
endif;
endprocess;
y<=f(0)whenyy="11"else
f
(1)whenyy="10"else
f
(2)whenyy="01"else
f(3);--根据yy寄存器数据,输出对应的载波
endbehav;
(4)仿真结果及分析
(MPSK调制VHDL程序仿真全图)
(MPSK调制VHDL程序仿真局部放大图1)
(5)结论
多进制数字调制技术与FPGA的结合使得通信系统的性能得到了迅速的提高。
本文基于FPGA实现了MPSK调制解调电路部分。
在实际应用中,完全可以把调制部分和解调部分电路都集成到一片FPGA芯片内,这样即提高了FPGA内部结构的利用率,又可以降低系统的成本。
4、参考文献
【1】徐以涛,沈良,王金龙.FPGA技术在软件无线电中的应用【J】.电信科学,200l(11):
36-39.
【2】樊昌信,张甫翊,徐炳祥,等.通信原理【M】.第五版.北京:
国防工业出版社,2001.
【3】阳晰.高速数字调制解调【D】.成都:
电子科技大学,2005.
【4】损增友.基于FPGA的MPSK调制器的设计【J】.数字技术与应用,2009(7):
19-20.
【5】詹仙宁,田耘.VHDL开发精解与实例剖析【M】.北京:
电子工业出版社,2009.
5、实习体会
本次课程设计过程中,遇到的一个难点就是程序的调试,本来编写的程序是没错的,但是一旦输入调试软件中就会报告各种错误,有些错误很难找出来,有时候明明设计的一个程序是正确的,但是就是报错,有时候大家一起合作可以找出错误,但是有时候就只能寻求帮助。
从调试中我学到了我们平时自己写程序的时候一定要规范,字体、格式等等,都要严格的按照要求来做。
通过这次课程设计,我也意识到了我对这门课掌握还有一定的不足,还有许多的知识我不了解;有的是一知半解;有的即使原理懂了,但在应用方面却是丝毫不知。
所以在今后的学习中,我会更加努力,不仅要学好理论知识,还要把它应用到实践中去,使两者很好的结合起来,互补互助。
六、实习效果评价
指导教师评语:
实习成绩:
优良中及格不及格
指导教师签名:
年月日
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- 关 键 词:
- 多进制 数字 相位 调制 系统 课程设计