数字调制解调过程及用FPGA实现的思路 - 图文(2)

图h 2FSK调制解调系统框图

二、BPSK的调制解调过程及用FPGA实现的思路

1.BPSK信号的产生 (1)直接调相法（如图i）

图i BPSK信号的产生——直接调相法

用双极性数字基带信号s(t)与载波直接相乘，产生BPSK信号时，使s(t)为正电平时代表“0”，负电平时代表“1”。若原始数字信号是单极性码，则必须先进行极性变换再与载波相乘。图中A点电位高于B点电位时，s(t)代表“0”，二极管V1、V3导通，V2、V4截止，载波经变压器正向输出e(t)?cos?ct。A点电

位低于B点电位时，s(t)代表“1”，二极管V2、V4导通，V1、V3截止，载波经变压器反向输出，e(t)??cos?ct?cos(?ct??)，即绝对相移?。所以与2ASK信号产生方法相比，2ASK中s(t)是单极性的，在BPSK中s(t)是双极性的基带信号。

(2)键控法（如图j）

图j BPSK信号的产生——键控调制法

用数字基带信号s(t)控制门电路，选择不同相位的载波输出，此时，s(t)通常是单极性的。s(t)=0时，门电路1导通，门电路2关闭，输出e(t)?cos?ct；s(t)=1时，门电路2导通，门电路1关闭，输出e(t)??cos?ct。 2.BPSK信号的解调

由于BPSk信号的功率谱中无载波分量，因此必须采用相干解调的方式，又因为无法从已调信号中直接提取同频同相的载频，只有对BPSK信号进行非线性变换，才能产生载波分量。常用的载波恢复电路有两种，一种是图k所示的平方环电路，另一种是图L所示的科斯塔斯（Costas）环电路。 (1)带有平方环恢复载频电路的BPSK相干解调电路

图k中平方电路、锁相环电路和二分频器构成载波恢复电路，其中平方电

路可用FET的平方律转移特性或二极管全波整流电路组成。接收到的BPSK信号经平方以后，产生一个两倍载频的单向余弦脉冲；经锁相环，形成频率为两倍载频的正弦信号；再经二分频器和窄带滤波器后，恢复出原载频信号；恢复出的载频信号与BPSK

11m(t)cos2(?ct??)?m(t)[?cos(2?ct??)]22信号相乘后，输出信号变为这种

形式的信号，再通过由低通滤波器组成的积分电路，会将滤除两倍载频的高频成

1m(t)分，输出含有数字信号的2信号，最后那个电路是一个门限电压比较器组成

的判决器，门限值设计在二进制1和0的电压中值，同时为了防止门限值漂移而产生误码输出，电路中采用了比特同步电路。

图k 带有平方环恢复载频电路的BPSK相干解调电路框图

(2)带有科斯塔斯环恢复载频电路的BPSK相干解调电路

科斯塔斯环仍然是利用锁相环提取载频，但是不需要对接收信号作平方运算就能得到载频输出。在载波频率上进行平方运算后，由于频率倍增，使后面的锁相环工作频率加倍，实现难度增大。

科斯塔斯环的优点在于用相乘器和较简单的低通滤波器取代平方器。但是它和平方环的性能在理论上是一样的。

如图L，设接收信号为s(t)?m(t)cos(?ct??)，被送入两路相乘器后，a点和b点的压控振荡电压分别为：va?cos(?ct??)和vb?sin(?ct??)，它们与接收信

号电压相乘后，得到c点和d点的电压为：

vc?m(t)cos(?ct??)cos(?ct??)?1m(t)[cos(???)?cos(2?ct????)]2 1vd?m(t)cos(?ct??)sin(?ct??)?m(t)[sin(???)?sin(2?ct????)]2

11m(t)cos(???)vf?m(t)sin(???)22和

这两个电压经过低通滤波器后，变为：

ve?上面这两个电压相乘后，得到在g点的窄带滤波器输入电压：

1vg?vevf?m2(t)sin2(???)8

电压

vg通过环路窄带低通滤波器，控制压控振荡器的振荡频率。此窄带低通滤波

器的截止频率很低，只允许电压

vg中近似直流的电压分量通过。这个电压控制压

控振荡器的输出电压相位，使(???)尽可能小。压控振荡器的输出电压就是科斯塔斯环提取的载波，用来作为相干接收的本地载波。然后把这个输出载频接到图k中的相乘器上，便有了后续的解调。

图L 科斯塔斯环原理方框图

3.采用FPGA实现BPSK调制与解调的整体思路 (1)调制部分

?基带信号产生模块：需要设计一个m序列发生器（一个产生m序列的线性移位寄存器），因为它产生一种伪随机序列，近似于基带信号的特性。 ?相位连续正弦波的输出模块：采用直接数字频率合成器（DDS），结构如图m，机理为相位累加器在时钟fc的作用下，相位累加器以步长M做2的N次方的

加法，输出相位码地址，去寻址正弦只读存储器PROM；PROM在相位地址码的作用下输出相应的正弦波函数幅度数据，经D/A变换和低通滤波后，输出相位连续的正弦波。

图m DDS框图

?BPSK已调信号的产生：用m序列发生器产生的基带信号去键控改变相位累加器输出的相位码地址，再去寻址正弦只读存储器PROM，经D/A变换和低通滤波后，得到BPSK信号。 (2)解调部分

除了零比较器外，整个解调器都用HDL语言设计完成。

图n

三、DBPSK的调制解调过程及用FPGA实现的思路

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