可变速率调制器研究及其fpga实现

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1、第３６卷第２期国防科技大学学报Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．２２０１４年４月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＴＩＯＮＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＤＥＦＥＮＳＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡｐｒ．２０１４ｄｏｉ：１０．１１８８７／ｊ．ｃｎ．２０１４０２０２１ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｎｕｄｔ．ｅｄｕ．ｃｎ可变速率调制器研究及其ＦＰＧＡ实现翟海涛，郄志鹏，张尔扬（国防科技大学电子科学与工程学院，湖南长沙４１００７３）摘要：提出了一种变速率调制系统的设计方法。基于现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ），在硬件系统中实现了新方法。所设计的系统能够处理（１３．５～３００）Ｍｂｐｓ连续变化的比特速率。通过将整个可变速率范围分成若干

2、小段，分别经过不同倍数的采样滤波，保证了所有符号速率对应的数据能够被调制到数模转换芯片（ＤＡＣ）处理范围内。给出了系统整体设计结构，分析了硬件实现时的难点，论述了并行采样滤波与并行载波生成等设计方法。硬件实现结果表明，所提出的设计方法能够实现对较宽范围内连续可变速率信号的调制。系统的易扩展性也保证了所设计结构能够处理更宽的变速率范围。关键词：变速率；调制器；比特速率；并行滤波；现场可编程门阵列；数模转换芯片中图分类号：ＴＮ７６１文献标志码：Ａ文章编号：１００１－２４８６（２０１４）０２－０１２４－０５Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｖａｒｉａｂｌｅｒａｔｅｍｏｄｕｌａｔｏｒａｎｄｉｔｓｉｍｐｌｅｍ

3、ｅｎｔａｔｉｏｎｏｎＦＰＧＡＺＨＡＩＨａｉｔａｏ，ＸＩＺｈｉｐｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＥｒｙａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｖａｒｉａｂｌｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｓｃｈｅｍｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｐｐｒｏａｃｈｗａｓａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）．Ｔｈｅｐｒ

4、ｏｐｏｓｅｄｓｙｓｔｅｍｃａｎｄｅａｌｗｉｔｈｓｉｇｎａｌｓｗｉｔｈｂｉｔｒａｔｅｅｖｅｎｖａｒｙｉｎｇｆｒｏｍ（１３．５～３００）Ｍｂｐｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ．Ｂｙｓｐｌｉｔｔｉｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅｒａｔｅｒａｎｇｅｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｓｍａｌｌｐａｒｔｓａｎｄｆｉｌｔｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｐｕｔｄａｔａｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｔｉｍｅｓ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇａｌｌｒａｔｅｓｉｎｔｏｔｈｅｄｅａｌｉｎｇｒａｎｇｅｏｆｄｉｇｉｔａｌａｎａｌｏｇｃｏｎｖｅｒｔ（ＤＡＣ）ｗａｓｅｎｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

5、ｏｆｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｖｉｓｅｄａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｉｎｈａｒｄｗａｒｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｗｅｒｅａｎａｌｙｓｅｄ．Ｔｈｅｗａｙｓｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｉｖｏｔａｌｐｒｏｂｌｅｍｗｅｒｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｎｄｉｃａｔｅｄ．ＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｎＦＰＧＡｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｔｈｅｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｉｄｅａ．Ｔｈｅｅｘｐａｎｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｓｙｓｔｅｍｍａｋｅｓｉｔｅａｓｙｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｗｉｄｅｒｒａｔｅｂｏｕｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖａｒｉａｂｌｅｒａｔｅ；ｍｏｄｕｌａｔｏｒ；ｂｉｔｒａｔｅ；ｐ

6、ａｒａｌｌｅｌｆｉｌｔｅｒｉｎｇ；ＦＰＧＡ；ＤＡＣ可变速率调制系统因其灵活性和通用性在通较宽速率范围的调制系统。与以往文献中的设［１－７］信系统中有较广泛的应用前景。近年来，有计相比，速率变化范围较宽，可以在（１３．５～不少文献从速率变化范围、处理方式及硬件实现３００）Ｍｂｐｓ内可连续变化。文中论述了设计思等角度对变速率传输系统进行了研究。路与关键问题的分析，给出了在ＦＰＧＡ中实现的文献［３－５］提出了变速率多阶正交幅度调方法与结果。制（ＭＱＡＭ）思想，根据信道的衰落特性，系统能１系统分析够自适应地选择调制电平数，以适应传输信道的变化。这些文献里涉及的速率变化是指符号速和固定速率调制系

7、统不同，变速率调制系率，并不是信息速率，而且是非连续可变。文献统的设计需要考虑一个关键问题，即如何使所［６］提出可变速率调制解调器的设计，能够控制有信息速率与数模转换（ＤＡＣ）芯片的处理范围信息传输速率的变化。但文中信息速率上限只达调整到一致。随着信息速率变化范围的增大，到３２ｋｂｐｓ，且速率只在几个点上可变，并不连续。系统的实现难度也相应增大。本文介绍作者近文献［７］提出了基于现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）来设计的一个变速率调制系统。系统参数如