基于FPGA的PSK调制解调系统设计(课程设计论文).docx

基于FPGA的DPSK调制解调系统设计
本设计主要实现基于FPGA的DPSK载波传输的数字通信系统。与模拟通信系统相比,数字调制和解调同样是通过某种方式,将基带信号的频谱由一个频率位置搬移到另一个频率位置上去。不同的是,数字调制的基带信号不是模拟信号而是数字信号。在大多数情况下,数字调制是利用数字信号的离散值实现键控载波,对载波的幅度,频率或相位分别进行键控,便可获得ASK、FSK、PSK等。这三种数字调制方式在误码率,要求信噪比和抗噪声性能等方面,以PSK性能最佳,因而,PSK在中、高速传输数据时得到广泛应用。
PSK调制原理

数字调制的概念:用二进制(多进制)数字信号作为调制信号,去控制载波某些参量的变化,这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制,反之,称为数字解调。数字调制的分类:
(1)线性调制方式:线性调制方式主要有各种进制的PSK和QAM等。线性调制方式又可分为频谱高效和功率高效两种。在线性数字调制技术中,传输信号的幅度s(t)随调制数字信号m(t)的变化而呈线性变化。线性数字调制技术带宽效率较高,所以非常适用于在有窄频带要求下,需要容纳越来越多用户的无线通信系统。在线性数字调制方案中,传输信号s(t)可表示为:
线性数字调制方案有很好的频谱效率,但传输中必须使用功率效率低的RF放大器。
(2)恒定包络调制方式:恒定包络调制方式主要有MSK、TFM(平滑调频)、GMSK等。其主要特点是这种已调信号具有包络幅度不变的特性,其发射功率放大器可以在非线性状态而不引起严重的频谱扩散。
(3)数字调制系统的基本结构
图1-1 数字调制系统的基本结构
(4)数字调制的性能指标
数字调制的性能指标通常通过功率有效性hp(Power Efficiency)和带宽有效性hB(Spectral Efficiency)来反映。功率有效性hp是反映调制技术在低功率电平情况下保证系统误码性能的能力,可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比:
(PSK)的调制
(1)PSK信号的产生
图1-2 PSK信号的产生方式以及波形示例
一个二进制的PSK信号可视为一个双极性脉冲序列s(t)与一个载波的乘积,即:
也可以写成:
数字调相波可以用矢量图表示其相位变化的规则,ITT规定,存在A、B两种表示相位变化的矢量图,如下图所示。图中的虚线表示参考矢量,它代表未调制载波的相位。
图1-3 二相移相信号矢量图
(2)PSK信号的功率谱特性:2PSK信号的功率谱密度采用与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。PSK信号的功率谱密度为:
式中, 为基带信号s(t)的功率谱密度。
当0、1等概出现时,双极性基带信号功率谱密度为:
则2PSK信号的功率谱密度为:
图1-4 PSK信号功率谱密度
图1-5 双极性基带功率谱密度
PSK信号谱,形状为,以为中心的DSB谱
PSK信号传输带宽(取主瓣宽度)
差分相移键控(DPSK)调制原理

差分相移键控(Differential Phase Shift Keying,DPSK)是一种最常用的相对调相方式,采用非相干的相移键控形式。它不需要在接收机端有相干参考信号,而且非相干接收机容易实现,价格便宜,因此在无线通信系统中广泛使用。
差分相移键控(DPSK)是利用相邻二个码元的载波信号初始相位的相对变化来表示所传输的码元。所谓相位变化,又有向量差和相位差两种定义方法。向量差是指前一码元的终相位与本码元初相位比较,是否发生了相位的变化,而相位差是值前后两码元的初相位是否发生了变化。按向量差和相位差画出的DPSK波形是不同的。但是绝对移相波形规律比较简单,而相对移相波形规律比较复杂。当有加性高斯白噪声时,平均错误概率如下所示为:
2DPSK同样存在A、B方式矢量图,图中虚线表示的参考矢量代表前一个码元已调载波的相位。B方式下,每个码元的载波相位相对于参考相位可取,所以其相邻码元之间必然发生载波相位的跳变,接收端可以据此确定每个码元的起止时刻(即提供码元定时信息),而A方式却可能存在前后码元载波相位连续。
图2-1 2DPSK同样存在A、B方式矢量图
—相对码(差分编码)
绝对码和相对码之间的关系为:
若定义Δφ为2DPSK方式下本码元初相与前一码元初相之差,并设Δφ=π相→“1”、Δφ=0相→“0”,为了比较,设2PSK方式下φ=π相→“0”、φ=0相→“1”,则数字信息序列与2PSK、2DPSK信号的码元相位关系如表所示。
表2-1 2PSK、2DPSK信号的码元相位关系
图2-2 绝对码相对码相位比较
3. 差分相移键控(DPSK)解调原理