发布时间 : 星期五 文章基于DSP的多信号调制器的设计 - 图文更新完毕开始阅读4ac22e62783e0912a2162af4
目 录
1前言 ................................................................... 1 2总体方案设计 ........................................................... 2
2.1方案比较 .......................................................... 2 2.2方案论证 .......................................................... 3 2.3方案选择 .......................................................... 4 3单元模块设计 ........................................................... 6
3.1各单元模块功能介绍及电路设计 ...................................... 6 3.2电路参数的计算及元器件的选择 ..................................... 15 3.3特殊器件的介绍 ................................................... 15 3.4各单元模块的联接 ................................................. 17 4软件设计 .............................................................. 18
4.1软件设计原理及设计所用工具 ....................................... 18 4.2 DSP程序设计及功能说明 ........................................... 20 4.3 FPGA程序设计及功能说明 .......................................... 23 5系统调试 .............................................................. 28 6系统功能、指标参数 .................................................... 30
6.1系统能实现的功能 ................................................. 30 6.2系统指标参数测试 ................................................. 30 6.3系统功能及指标参数分析 ........................................... 33 7结论 .................................................................. 35 8总结与体会 ............................................................ 36 9谢辞（致谢） .......................................................... 37 10参考文献 ............................................................. 38 附录一 调制系统电路图 ................................................... 39 附录二 DSP程序代码 ..................................................... 44 附录三 外文翻译 ......................................................... 47
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1前言
随着世界经济的发展，科技的进步，信息化已经成为社会发展的必要趋势，无线通信在人们的生活生产中发挥着越来越重要的作用。近几十年无线通信更是得到飞速发展，主流通信方式也从模拟无线通信转化到了数字无线通信，使得通信质量在很大程度上得到了提高。而随着微电子技术和数字信号处理技术的飞速发展，使得数字信号处理器在无线通信中的广泛运用成为可能和必要，这就诞生了软件无线电这一新的无线通信技术，它以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来，并以功能的软件化减少功能单一、灵活性差的硬件电路，实现更加强大的功能。软件无线电这一概念于1992年5月美国电信系统会议上被Jeo Mitola首次提出，之后就得到了全世界无线电领域的广泛关注，民用研究已经成为软件无线电研究的主要战场尤其是在移动通信领域具有更广阔的空间，并被比喻为第三代、第四代全球通信的基石，东芝、诺基亚、摩托罗拉等各大通信公司都宣布要从数字无线电向软件无线电转变。然而、如今应用非常广泛的移动通信已经发展成为了多制式、多标准化的通信系统。第二代移动通信中有GSM和窄带CDMA等标准，如今世界广泛推广的第三代移动通信中就有美国的CDMA2000，欧洲的WCDMA，中国的TD-SCDMA。这样多种标准并存的局面就要求了我们的新旧标准要相互兼容，而在数字信号调制方式上也要求更加灵活，使得软件无线电在该领域的应用越来越紧迫。除了在民用移动通信系统中，软件无线电技术在军事通信、卫星通信和数字电视等方面都有广泛应用，它在当今和以后的无线电通信领域必将撑起一片新的天空，研究与掌握软件无线电技术对当今无线通信的发展日益重要。[1]
数字调制是软件无线电技术中的基本技术之一，本文将设计一种基于软件无线电平台的多信号调制器，主要实现FSK、QPSK两种调制方式，并在硬件平台上得到实现。FSK和QPSK都是目前应用非常广泛的两种数字调制方式，其中FSK是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数值调制技术，它具有实现容易、抗噪声与抗衰减的性能较好等特点，在低速数据传输中得到广泛应用。而QPSK调制四相移键控是目前常用的一种卫星数字调制方式，它具有较高的频率利用率、较强的抗干扰性以及实现容易等特点。FSK、QPSK等常用数字调制方式的软件无线电的实现，可更好的推广软件无线电技术在生活生产中的引用，对无线通信的发展有着重要意义。
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2总体方案设计
本次设计要求设计出一种能实现FSK和QPSK调制的多信号调制器。其中FSK调制的中心频率为20MHz，调制带宽为5MHz，即调制输出17.5MHz和22.5MHz两种频率的波形。而QPSK调制频率为20MHz，码元转换时调制信号的频率不发生变化，而只有其相位发生与码元相关跳变。
2.1方案比较
方案一
该方案采用DSP芯片直接驱动高速数模转换芯片的方法，如图2.1所示，DSP首先根据需求计算出FSK调制波形数据和QPSK调制波形数据存放到几个不同的数组中。在进行FSK调制时，从基带信号中取一位二进制码元，根据该码元值查询与之对应的一个频率的波形数据表并通过外部存储器接口输出给数模转换电路，最终经过该电路把数字信号转化为模拟的FSK调制信号。在QPSK调制时，取基带信号中的两位二进制代码，根据码元值查询与之对应的某一个相位的波形数据并输出给数模转换电路，得到模拟的QPSK调制信号。
系 统 电 源JTAG方案二 的QPSK调制信号。
DSPDAFLASH时 钟
图2.1 方案一系统框图
如图2.2，该方案采用FPGA驱动高速数模转换芯片实现FSK和QPSK调制。FSK调制时，将事先计算好的两种频率的波形数据保存在FPGA内设计的两个ROM中，在调制器工作时，根据二进制码元值来分别读取两个ROM中的波形数据，然后发送给数模转换芯片，从在而输出端得到含有两种载波频率的FSK调制信号。QPSK调制实现和FSK调制类似，首先在四个ROM中保存上四种不同相位频率相同但的波形数据，工作时根据所取得的不同码元查询不同的ROM，将该波形数据传送给数模转换芯片，最终输出不同相位
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系 统 电 源JTAGFPGADAASEPCS16时 钟
图2.2 方案二系统框图
方案三
方案三采用DSP+FPGA+DA的硬件结构如图2.3所示，DSP首先根据调制的要求和指标计算出FSK调制两种频率的波形数据和QPSK调制四种相位的波形数据，再根据码元取值把计算出的波形数据送到FPGA的RAM中。如果是FSK调制则将取调制数字信号中的一位数并据根据其值“1”和“0”两种状态，将相应的频率波形数据送到FPGA内部RAM中。如果是QPSK调制，则取数字调制信号中的两位二进制码，根据其值“00”、“01”、“10”和“11”四种状态查询四种相位波形数据，并将相应的相位波形数据送到FPGA内部的RAM中。由FPGA控制DA反复输出RAM中的波形数据，从而得到调制信号。FPGA内部设计有两个RAM交替读写数据，当DA反复输出一个RAM中数据时，DSP向另一个RAM中写数据，从而缓解DSP和DA速度的不匹配。
系 统 电 源JTAGJTAGDSPFPGADAFLASHASEPCS16时 钟图2.3 方案三系统框图
2.2方案论证
题目要求的调制信号中心频率为20MHz,其中FSK调制波形的带宽为5MHz。即在QPSK
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