基于FPGA 的QPSK 解调器的设计与实现

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1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛基于FPGA的QPSK解调器的设计与实现DesignandRealizationofQPSKDemodulationBasedonFPGATechnique赵海潮（Zhao，Haichao）周荣花（Zhou，Ronghua）沈业兵（Shen，Yebing）北京理工大学（北京100081）摘要：根据软件无线电的思想，用可编程器件FPGA实现了QPSK解调，采用带通采样技术对中频为70MHz的调制信

2、号采样，通过对采样后的频谱进行分析，用相干解调方案实现了全数字解调。整个设计基于XILINX公司的ISE开发平台，并用Virtex-II系列FPGA实现。用FPGA实现调制解调器具有体积小、功耗低、集成度高、可软件升级、扰干扰能力强的特点，符合未来通信技术发展的方向。关键词：QPSK；FPGA；软件无线电；带通采样中图分类号：TN91文献标识码：AAbstract：ThispaperdescribesthedesignofQPSKdemodulatorbasedontheXilinx'sFPGAdevice

3、.Itisinaccordwithsoftwareradio,bandpasssamplingandcoherentdemodulationtechniquesareusedinthedemodulation,andalsomakeanalysiswiththespectrum.keywords：QPSK；FPGA；softwareradio；bandpasssampling1、引言四相相移键控信号简称“QPSK”。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对移相方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相

4、方式QDPSK。它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。FPGA器件是八十年代中期出现的一种新概念,是倍受现代数字系统设计工程师欢迎的新一代系统设计方式。FPGA器件可反复编程，重复使用，没有前期投资风险，且可以在开发系统中直接进行系统仿真，也没有工艺实现的损耗。因此在小批量的产品开发、研究场合，成本很低。本文按照软件无线电的设计思想，先进行计算机模拟仿真，具体实现中充分利用FPGA的特点，并通过带通采样技术，成功的实现了对70MHz中频QPSK信号的

5、解调。2、解调器的设计与实现在全数字实现QDPSK解调的过程中，与AD接口的前端需要很高的处理速度，但是这些处理的算法又比较简单，FPGA器件独特的并行实时处理的特点刚好可以在这里得到体现，因此，ADC以后的数字信号处理全部由FPGA来实现。考虑到QDPSK相干检测比差分检测有2.3dB功率增益，选择用相干解调算法实现解调。解调方框图如下：ZBI(n)LPFrcosflt抽取滤波I路解cos(won)差并x(t)x(n)串数据A/DNCO位同步载波同步分转编换sin(won)码Q路CLKLPFrcosflt

6、抽取滤波ZBQ(n)图1解调框图本文采用的解调方案是将AD量化得到的数字信号x(n)与NCO产生的一对相互正交的本http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛地载波相乘，然后分别经过低通滤波器滤波得到基带信号，从中提取为同步信息，并通过载波同步模块对NCO的输出进行调整，最后经过解差分与并串转换得到调制信息。2.1、带通采样技术实现数字解调的前提是要把接收到的模拟信号通过AD数字化。对中频数字化来说，采样时钟速率的选择对解调处理很重要，由

7、于目前使用的多是窄带信号,根据Nyquist带通采样定理,采样速率在满足大于信号带宽两倍的情况下，选取远远低于信号最高频率的两倍速率就能正确地反映带通信号的特性，带通采样减少了抽样点数目，同时还达到降低信号中频的作用,很大程度上减少了后续数字信号的处理负担。这些处理都降低了通信系统对ADC器件和DSP芯片的性能要求,在实际使用中可以采用一些通用芯片就可以满足要求,降低了通信电台的成本。下面讨论采样速率的选择，它受以下因素的影响：一方面，ADC不可避免的会引入量化噪声，量化后的信噪比由下式给出：SNR=.60

8、2n+.176dB+10lg⎡fs⎤⎢⎣2B⎥⎦f式中，s为采样频率，B为模拟信号带宽。第三项也被称为处理增益，是一个正值，可见，f在调制带宽B一定、AD位数n确定的情况下，提高采样频率s有利于改善信噪比。但输入信号本身有一定的信噪比，因此AD的量化噪声比输入信号的噪声电平低10倍以上就可以了。另一方面，由于采用了带通采样技术，AD的采样率不能任意选取。由带通采样定理可知，带通采样率f应满足下式：s2fH2fL⎡