基于QUARTUSⅡ的QPSK调制解调系统设计

郑杭波杭州萧山国际机场信息导航管理部

基于QUARTUSⅡ的QPSK调制解调系统设计

郑杭波
杭州萧山国际机场信息导航管理部

虽然现代化的数字通信只有短短几十年的历史，但由于其保密便捷，强抗干扰性，对数字信号的处理方便，可以传输各种现有的数据，易于同光纤通信、卫星通信等新的传输手段配合等特性，因此其应用一直在不断的推广与发展。数字通信也将成为通信技术发展的一个主要方向，在现代通信技术起着不可或缺的作用。本论文设计的全数字的调制解调系统——QPSK基于最广泛的QUARTUSⅡ软件和新兴的Verilog HDL语言。

QPSK；QUARTUSⅡ；Verilog HDL语言

1 QPSK原理简介

利用载波的四种不同相位是四相绝对移相调制的表征数字信息的特有方式。因为每一种载波相位代表两个比特信息，所以四进制码元又称为双比特码元，。用A表示组成双比特码元的前一信息比特，用B表示后一信息比特，AB一般是按格雷码排列的。A方式时QPSK信号的矢量图请看图（A），B方式时QPSK信号的矢量图请看图（B）。用式（1.1.）表示四相调制信号，相位在（0、2）内等间隔地取四种可能相位。基于正弦和余弦函数的互补性，φk有四种取值，例如45°、135°、225°、315°，幅度a与b有两种取值，即±√2/2。

图1 .1 QPSK信号的矢量图

2 QPSK调制原理及全数字调制器的设计

全数字QPSK调制解调器与一般QPSK调制器的主要的不同点是全数字QPSK调制器所有部件都采用数字方式实现，本设计包括信源——伪随机序列（M序列）、数据分离器（串/并变换）、差分编码器、数据选择器、数字载波、加法器（调制信号）、八进制计数器。

QPSK调制原理过程：第一步设计一个晶体模块生产系统基准时钟，该时钟由其振荡产生两路高频信息脉冲产生，其中一路通过50分频作为信源M序列输入；另一路则经过八分频后输入八进制计数器，编程产生八个离散化的载波信号。第二步产生要调制基带信号，就是第一步的M序列，将M序列经数据分离生成I路和Q路两路信号；将这两路信号送入差分编码器，生成两路差分码信号I′和Q′；接着经过选择器后I′路来控制余弦波的输出，Q′路来控制正弦波的输出；第三步设计一个加法器把两路载波相加，通过加法器输出QPSK调制信号,输入到逻辑分析仪上直接观测。

3 QPSK解调原理及全数字调制器设计

3.1 载波同步的原理和实现方法

载波同步过程就是在接收端恢复本地同步载波的过程。本文采用修正的同相正交，即对同相正交环进行修改，有以下三方面：1将经典的同相正交环与判决反馈环相结合；2在维持相同功能下简化电路；3使改进的电路数字化。QPSK信号S（t）经正交解调后输出两路基带信号U1(t)和U2(t),然后将这两路基带信号送入基带处理部分，基带处理部分由加法器、减法器和一个四输入的乘法器组成。基带处理电路输出一个和调制码元无关的控制信号Ud,通过判决器判定后去控制VCO，达到对QPSK信号载波跟踪的目的。

3.2.位同步的原理以及解调信号的产生

位同步即同步传输，是指使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步。位同步过程就是建立数字通信收发系统之间连续准确的码元定时关系的过程，本文用VERILOG HDL语言编程来实现位同步模块。

4 QPSK系统的仿真结果

4.1QPSK全数字解调的系统仿真结果

信号分析mxl为输入的伪随机序列码元。I、Q为两路数字信号，Id和Qd则为I′和Q′差分信号，用来控制载波产生不同相位的正弦波。而mod[7..0]则为最终四相位调制波形输出。

4.2 QPSK全数字调制系统的仿真结果

mxl为调制系统中生成的伪随机序列，而wsj则为解调系统中解调产生的信号；I、Q和Id、Qd均为调制系统中的伪随机信号分离后两路信号和差分编码后的两路信号，而II、QQ和IIdd、QQdd则分别为解调所得与之相应的数字信号,对比发现信号输入输出一致，设计完成。

[1]郑杭波.基于ITU-TG984标准的GPON系统FPGA设计.信息技术与标准化2014.4

[2]Uwe Meyer-Baese.Digital Signal Processing with Field Pro⁃grammable Gate Arrays

[3]郑杭波.GPON系统ONU—MAC层下行链路的研究及FP⁃GA设计.中国有线电视2009.9

[4]沈淑华.QPSK调制解调系统的设计与实现.浙江工业大学2003

郑杭波，浙江工业大学通信与信息系统硕士研究生毕业，现就职于杭州萧山国际机场有限公司信息导航管理部。