854611231基于DSP技术的PSK调制方法研究论文

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1、 基于DSP技术的PSK调制方法研究摘要：PSK是一种在无线通信中很有吸引力的数字调制方式，目前在短波，微波和卫星通信中均被采用。随着超大规模集成电路技术和计算机技术的飞速发展，数字信号处理（DSP）技术在通信领域中已有了广泛的应用。本论文研究并实现了基于DSP的PSK调制，分析并防真了基于直接数字频率合成（DDS）原理的PSK调制的方法；描述了通信中最常见的数字相位调制解调（相位键控）的研究和仿真，简述了 DSP概念和DDS原理，PSK信号的两种调制方法（模拟调制法/键控法）。以及PSK信号的功率谱和信号的传输，DPSK的调制解调原理以,最后PSK的调制仿真试验及结果分析，本文所研究的内容适

2、应当前科学技术的发展与更新，具有一定的实用价值。关键词：PSK DSP DDS 调制 访真目录第1章 绪论31.1 通信的概念31.2 通信的发展史简介41.3数字通信的发展现状和趋势51.4 调制概念及方式51.4.1 调制技术（modulation technology）51.4.2 调制方式61.4.3 数字调制模拟调制异同点9第2章 PSK调制102.1 PSK信号的产生102.1.1 模拟调制法102.1.2 键控法102.2 PSK信号的功率谱特性112.2.1 PSK信号的功率谱112.3 DPSK调制原理132.4 举例：DPSK调制、解调过程15第3章 DSP及Quartus

3、 II软件163.1 DSP简介163.2 DSP技术发展趋势173.3 Quartus软件简介173.4 QuartusII时序仿真过程19第4章 DDS原理214.1 DDS原理简介214.1.1 频率预置和调节电路。214.1.2 累加器224.1.3 控制相位的加法器224.1.4 控制波形的加法器224.1.5 波形存储器234.1.6 D/A转换器234.1.7 低通滤波器234.2 DDS工作及特点24第5章 PSK调制的设计与仿真255.1 参数选取255.2 系统设计255.2.1 波形存储255.2.2 系统设计265.3系统实现265.4系统仿真结果27参考文献29第1章

4、 绪论1.1 通信的概念通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数

5、字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(Information) 。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质

6、的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图1.1所示。图1.1通信系统一般模型通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1.2所示。 图1.2 数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。1.2 通信的发展史

7、简介远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的

8、开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。1.3数字通信的发展现状和趋势进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。1微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。2移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地

9、可通信的愿望可以实现。3光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。4电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。5微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。例如，2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据，到2005年底移动电话用户近4亿。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开

10、通信。1.4 调制概念及方式1.4.1 调制技术（modulation technology）把基带信号变换成传输信号的技术。基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数（振幅、频率和相位），使这些参数随基带信号变化。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称为载波（可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等）。被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。已调信号通过信道传送到接收端，在接收端经解调后恢复成原始基带信号。解调是调制的反变换，是从已调波中提取调

11、制信号的过程。在无线电通信中常采用双重调制。第一步用数字信号或模拟信号去调制第一个载波(称为副载波）。或在多路通信中用调制技术实现多路复用（频分多路复用和时分多路复用）。第二步用已调副载波或多路复用信号再调制一个公共载波，以便进行无线电传输。第二步调制称为二次调制。用基带信号调制高频载波，在无线电传输中可以减小天线尺寸，并便于远距离传输。应用调制技术，还能提高信号的抗干扰能力。 1.4.2 调制方式调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制两类；按照DXS载波的形式分为连续波调制和脉冲调制两类。模拟调制有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)。数字调制有振幅键控（ASK）、移频键控(F

12、SK)、移相键控(PSK)和差分移相键控 (DPSK)等。脉冲调制有脉幅调制(PAM)、脉宽调制（PDM）、脉频调制（PFM）、脉位调制(PPM)、脉码调制(PCM)和增量调制（M）。按照传输特性，调制方式又可分为线性调制和非线性调制。广义的线性调制，是指已调波中被调参数随调制信号成线性变化的调制过程。狭义的线性调制,是指把调制信号的频谱搬移到载波频率两侧而成为上、下边带的调制过程。此时只改变频谱中各分量的频率，但不改变各分量振幅的相对比例，使上边带的频谱结构与调制信号的频谱相同，下边带的频谱结构则是调制信号频谱的镜像。狭义的线性调制有调幅(AM)、抑制载波的双边带调制(DSB-SC)和单边带

13、调制(SSB)。 模拟调制:一般指调制信号和载波都是连续波的调制方式。它有调幅、调频和调相三种基本形式。1.调幅(AM)：用调制信号控制载波的振幅，使载波的振幅随着调制信号变化。已调波称为调幅波。调幅波的频率仍是载波频率，调幅波包络的形状反映调制信号的波形。调幅系统实现简单,但抗干扰性差,传输时信号容易失真。2.调频(FM)：用调制信号控制载波的振荡频率，使载波的频率随着调制信号变化。已调波称为调频波。调频波的振幅保持不变，调频波的瞬时频率偏离载波频率的量与调制信号的瞬时值成比例。调频系统实现稍复杂，占用的频带远较调幅波为宽，因此必须工作在超短波波段。但抗干扰性能好，传输时信号失真小，设备利用

14、率也较高。3.调相(PM)：用调制信号控制载波的相位，使载波的相位随着调制信号变化。已调波称为调相波。调相波的振幅保持不变，调相波的瞬时相角偏离载波相角的量与调制信号的瞬时值成比例。在调频时相角也有相应的变化，但这种相角变化并不与调制信号成比例。在调相时频率也有相应的变化，但这种频率变化并不与调制信号成比例。在模拟调制过程中已调波的频谱中除了载波分量外在载波频率两旁还各有一个频带，因调制而产生的各频率分量就落在这两个频带之内。这两个频带统称为边频带或边带。位于比载波频率高的一侧的边频带，称为上边带。位于比载波频率低的一侧的边频带，称为下边带。在单边带通信中可用滤波法、相移法或相移滤波法取得调幅

15、波中一个边带，这种调制方法称为单边带调制(SSB)。单边带调制常用于有线载波电话和短波无线电多路通信。在同步通信中可用平衡调制器实现抑制载波的双边带调制(DSB-SC)。在数字通信中为了提高频带利用率而采用残留边带调制(VSB),即传输一个边带（在邻近载波的部分也受到一些衰减）和另一个边带的残留部分。在解调时可以互相补偿而得到完整的基带。 数字调制 ：一般指调制信号是离散的，而载波是连续波的调制方式。即数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征传达的信息，在接受端也只是对载波信号的离散调制参量进行检测。它有四种基本形式：振幅键控、移频键控、移相键控和差分移相键控。1振幅键控 (ASK)：用数字

16、调制信号控制载波的通断。如在二进制中,发0时不发送载波,发1时发送载波。有时也把代表多个符号的多电平振幅调制称为振幅键控。振幅键控实现简单，但抗干扰能力差。 2.移频键控(FSK)：用数字调制信号的正负控制载波的频率。当数字信号的振幅为正时载波频率为f1，当数字信号的振幅为负时载波频率为 f2。有时也把代表两个以上符号的多进制频率调制称为移频键控。移频键控能区分通路，但抗干扰能力不如移相键控和差分移相键控。 3.移相键控(PSK)：用数字调制信号的正负控制载波的相位。当数字信号的振幅为正时，载波起始相位取0；当数字信号的振幅为负时,载波起始相位取180。有时也把代表两个以上符号的多相制相位调制

17、称为移相键控。移相键控抗干扰能力强，但在解调时需要有一个正确的参考相位，即需要相干解调。4.差分移相键控(DPSK)：利用调制信号前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息。 在二进制中通常规定：传送1时后一码元相对于前一码元的载波相位变化180，而传送0时前后码元之间的载波相位不发生变化。因此，解调时只看载波相位的相对变化。而不看它的绝对相位。只要相位发生180跃变，就表示传输1。若相位无变化，则传输的是0。差分移相键控抗干扰能力强，且不要求传送参考相位，因此实现较简单。 脉冲调制：脉冲调制有两种含义,第一种是指用调制信号控制脉冲本身的参数(幅度、宽度、相位等)，使这些参数随调制信号变化。此时

18、,调制信号是连续波,载波是重复的脉冲序列。第二种是指用脉冲信号控制高频振荡的参数。此时，调制信号是脉冲序列，载波是高频振荡的连续波。通常所说的脉冲调制都是指上述第一种情况。脉冲调制可分为模拟式和数字式两类。模拟式脉冲调制是指用模拟信号对脉冲序列参数进行调制，有脉幅调制、脉宽调制、脉位调制和脉频调制等。数字式脉冲调制是指用数字信号对脉冲序列参数进行调制，有脉码调制和增量调制等。由于脉冲序列占空系数很小，即一个周期的绝大部分时间内信号为0值,因而可以插入多路其他已调脉冲序列，实现时分多路传输。已调脉冲序列还可以用各种方法去调制高频振荡载波。常用的脉冲调制有以下几种。 1.脉幅调制(PAM)：用调制

19、信号控制脉冲序列的幅度，使脉冲幅度在其平均值上下随调制信号的瞬时值变化。这是脉冲调制中最简单的一种。脉幅调制是A.H.里夫在20世纪30年代发明的，在第二次世界大战中期已付之实用。但后来发现，脉幅调制的已调波在传输途径中衰减,抗干扰能力差,所以现在很少直接用于通信，往往只用作连续信号采样的中间步骤。2.脉宽调制 (PDM)：用调制信号控制脉冲序列中各脉冲的宽度，使每个脉冲的持续时间与该瞬时的调制信号值成比例。此时脉冲序列的幅度保持不变，被调制的是脉冲的前沿或后沿，或同时是前后两沿，使脉冲持续时间发生变化。脉宽调制也是20世纪30年代里夫发明的。但在无线电通信中一般不用脉宽调制，因为此时发射机的

20、平均功率要不断地变化。 3.脉位调制(PPM)：用调制信号控制脉冲序列中各脉冲的相对位置（即相位），使各脉冲的相对位置随调制信号变化。此时脉冲序列中脉冲的幅度和宽度均保持不变。脉位调制在第二次世界大战中期已付之实用。脉位调制的传输性能较好，常用于视距微波中继通信系统。 4.脉频调制(PFM)：用调制信号控制脉冲的重复频率，即单位时间内脉冲的个数，使脉冲的重复频率随调制信号变化。此时脉冲序列中脉冲的幅度和宽度均保持不变。主要用于仪表测量等方面，很少直接用于无线电通信。5.脉码调制(PCM)：1937年脉幅调制和脉宽调制的发明者A.H.里夫提出用脉冲的有无的组合来传递声音，后来把这种方法称为脉码调

21、制。但脉码调制到20世纪50年代才开始实用化。脉码调制有三个过程：采样、量化和编码。即先对信号进行采样，并对采样值进行量化（整量化），再对经过采样和量化后的信号幅度进行编码，因此脉码调制的本质不是调制，而是数字编码，所以能充分保证传输质量。由编码得到的数字信号可根据需要再对高频振荡载波进行调制。脉码调制不是用改变脉冲序列的参数来传输信息，而是用参数固定的脉冲的不同组合来传递信息，因此抗干扰能力强，失真很小，是现代通信技术的发展方向。 6.增量调制(M)：增量调制是一种特殊的脉码调制，它不是对信号本身进行采样、量化和编码，而是对信号相隔一定重复周期的瞬时值的增量进行采样、量化和编码。现在已有多种

22、增量调制方法，其中最简单的一种，是在每一采样瞬间当增量值超过某一规定值时发正脉冲，小于规定值时发负脉冲。这样每个码组只有一个脉冲，故为二进制一位编码，每个码组不是表示信号的幅度，而是表示幅度的增量。这种增量调制信号的解调也很简单，只要将收到的脉冲序列进行积分和滤波即可复原，因此编码和解码设备都比较简单。1.4.3 数字调制模拟调制异同点 相同点:(1)调制原理没什么区别，都是利用载波参量来进行控制。(2)调制形式都有调幅、调频、和调相。 不同点:模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制，在接受端则对载波信号的调制参量连续地进行估值。第2章 PSK调制2.1 PSK信号的产生2.1.1 模拟调制法

23、图2.1 2PSK信号产生方框图（模拟法）2.1.2 键控法图2.2 2PSK信号产生方框图（键控法） 信息代码 1 0 0 1 1 0图2.3 2PSK信号解调一个二进制的PSK信号可视为一个双极性脉冲序列s(t)与一个载波coswct 的乘积，即： (1.1) 也可以写成 （2.2）数字调相波可以用矢量图表示其相位变化的规则，根据CCITT规定，存在A、B两种表示相位变化的矢量图，如下图所示。图中的虚线表示参考矢量，它代表未调制载波的相位。00参考矢量0参考矢量方式A 方式B图2.4 二相移相信号矢量图2.2 PSK信号的功率谱特性2.2.1 PSK信号的功率谱2PSK信号的功率谱密度采用

24、与求2ASK信号功率谱密度相同的方法。PSK信号的功率谱密度为 (2.3)式中，PS( f )为基带信号s(t) 的功率谱密度。当0、1等概出现时，双极性基带信号功率谱密度为： (2.4)则2PSK信号的功率谱密度为： (2.5) Ps(f) - fs 0 + fs 图2.5 基带信号示意图 PE(f) 0 fc - fs fc + fs图2.6 信号功率谱密度示意图PSK信号谱，形状为Sa2(.)，以f0为中心的DSB谱。 PSK信号传输带宽Bpsk2/TS=2 fs(HZ)(取主瓣宽度）。设收发滤波器及信道对2PSK信号波形无影响，各点波形如下。 信息代码 1 0图2.7 本地提供的载波和

25、发送端一致信息代码 1 0图2.8 本地提供的载波和发送端反相2.3 DPSK调制原理 差分相移键控（DPSK）是利用相邻二个码元的载波信号初始相位的相对变化来表示所传输的码元。 例如，在二进制中传输“1”码时，则与此码元所对应的载波信号初始相位相对于前一码所对应的载波信号初始相位有 0相 或弧度的变化；传输“0”码时，与此码元所对应的载波信号的初始相位相对于前一码元所对应的载波信号初始相位无变化（“1变0不变” ）；当然反过来也是可以的。举例：若定义为2DPSK方式下本码元初相与前一码元初相之差，并设相“1”、 0相“0”，为了比较，设2PSK方式下相“0”、 0相“1”，则数字信息序列与2

26、PSK、2DPSK信号的码元相位关系如表所示。表2.1 数字信息序列与已调载波相位关系图2.9 2PSK和2DPSK信号波形2DPSK调制原理:2DPSK同样存在A、B方式矢量图，图中虚线表示的参考矢量代表前一个码元已调载波的相位。B方式下，每个码元的载波相位相对于参考相位可取 900， 所以其相邻码元之间必然发生载波相位的跳变，接收端可以据此确定每个码元的起止时刻（即提供码元定时信息），而A方式却可能存在前后码元载波相位连续。00参考矢量0参考矢量方式A 方式B图2.10二相移相矢量图2.4 举例：DPSK调制、解调过程设源码序列为ak=11010001011101 ，假设无传输差错。表2.

27、2 调制解调第3章 DSP及Quartus II软件3.1 DSP简介数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。数字信号处理是(DSP)利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合们需要的信号形式。数字信号处理(DSP)是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处

28、理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。 数字信号处理DSP是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。 世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AM

29、I公司发布的S2811，1979年美Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个主要里程碑。两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的PD7720是第一个具有乘法器的商用DSP芯片。 在这之后，最成功的DSP芯片当数美国德州仪器公司（TexasInstruments，简称TI）的一系列产品。TI公司在1982年成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等，之后相继推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片

30、TMS320C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS320C40/C44，第五代DSP芯片TMS320C5X/C54X，第二代DSP芯片的改进型TMS320C2XX，集多片DSP芯片于一体的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等。TI将常用的DSP芯片归纳为三大系列，即：TMS320C2000系列（包括TMS320C2X/C2XX）、TMS320C5000系列（包括TMS320C5X/C54X/C55X）、TMS320C6000系列（TMS320C62X/C67X）。 如今，TI公司的一系列DSP产品已经成为当今世界上最有影响

31、的DSP芯片。TI公司也成为世界上最大的DSP芯片供应商，其DSP市场份额占全世界份额近50。3.2 DSP技术发展趋势1数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位，如Analog Devices的 ADSP-2116x。 2DSP 和微处理器的融。3DSP 和高档CPU的融合。4DSP 和SOC的融合。5DSP 和FPGA的融合。3.3 Quartus软件简介Quartus是Altera公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，Altera是世界上最大可编程逻辑器件的供应商之一。Quartus界面友好

32、，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。在Quartus上可以完成设计输入、元件适配、时序仿真和功能仿真、编程下载整个流程，它提供了一种与结构无关的设计环境，是设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。Quartus开发系统的特点：1开放的界面Quartus支持与Cadence，Exemplarlogic，Mentor Graphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。2与结构无关Quartus系统的核心Complier支持Altera公司所有可编程逻辑器件，提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。3完全集成化Quartus的设计

33、输入、处理与较验功能全部集成在统一的开发环境下，这样可以加快动态调试、缩短开发周期。4丰富的设计库Quartus提供丰富的库单元供设计者调用，其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Function）以及新型的参数化的兆功能（Mage-Function）。5模块化工具设计人员可以从各种设计输入、处理和较验选项中进行选择从而使设计环境用户化。6硬件描述语言（HDL）Quartus软件支持各种HDL设计输入选项，包括VHDL、Verilog HDL和Altera自己的硬件描述语言AHDL。7Opencore特征Quartus软件具有开放核的特点，允许设计人员添加自己认为有价值的

34、宏函数。Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。 Altera的Quartus II可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。该平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于Internet的协作设计。Quartus平台与Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA供应商的开发工具相兼容。改进了软件的LogicLock模块设计功能，增添 了FastFit编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。3.4 Qua

35、rtusII时序仿真过程1打开波形编辑器，选择菜单FILE中的NEW命令，在NEW窗口中选择OTHER FIRES中的VECTOR WAVEFORM FILE选项，单击OK，即出现空白的编辑器。图3.1 新键波形编辑器2设置仿真时间区域，对于时序仿真来说，将仿真时间设置在一个合理的时间区域上是十分重要的，通常设置为十微秒间。3波形文件存盘，选择菜单FILE的SAVE AS命令，将一默认名为SINGT.VWF的波形文件存入文件加我们在创建工程时的文件夹下。4将工程的端口信号节点选入波形编辑器中，方法是首先选择菜单VIEW中UTILITY WINDOWS 中的NODE FINDER命令，在FILT

36、ER中选择PINS：ALL，然后单击LIST安钮，于是下方的NODES FOUND窗口中出现设计中的工程文件所有端口引角名，最后，在鼠标的重要的端口节点CLK，EN，RST，COUT和输出的总线CQ分别拖到波形编辑窗，结束后关闭NODES FOUND窗口，单击波形窗口左侧的的全频显示，并可放大放小。图3.2 NODE FINDER命令5编辑输入波形（输入激励信号）单击窗口的时钟信号名CLK，使之变成蓝色，单击右键的时钟设置，在CLOCK窗口中设置CLK的时钟周期，CLOCK窗口中的占空比，然后分别设置EN和RST的电平，最后设置好的激励信号波形。6总线数据格式设置，单击输出信号CQ左的“+”，

37、则能展开此总线中的所有信号；如果双击此“+”左边的信号标记，将弹出对该信号数据格式设置的对话框，在该对话框的RADIX栏有四中种选项，最后选好后存盘。7仿真器参数设置选择菜单ASSIGNMENT 中SETTINGS命令，在SETTINGS 窗口下选择CATEGORY FITTER SETTING SIMULATOR，在右侧的SIMULATION项选择TIMING ，即选择时序仿真，并选择激励文件，选择SIMULATION OPTIONS栏，确认选定SIMULATION COVERAGE REPORTING，毛刺检测GLITCH DETECTION为1NS宽度，选中RUN SIMULATION

38、UNTIL VECTOR STMULI 全程仿真，选择功耗估计POWER ESTIMATION。 8启动仿真器，现在所有设置进行完毕，选择菜单PROCCESSING中START SIMULATION命令，直到出现SIMULATION WAS SUCCESSFUL，仿真结束。9观察仿真结果,分析结果。第4章 DDS原理4.1 DDS原理简介直接数频率合成器字（Direct Digital Synthesizer）是从相位概念出发合成所需要波形的的一种频率合成技术，一个直接数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器（LPF）构成。DDS的原理框图如图 图4.1 D

39、DS原理框图其中K为频率控制、P为相位控制、W为波形控制字，fc为参考时钟频率，N为累加器在时钟fc的控制下一步长K作累加，输出的N位二进制码与相位控制字P、波形控制字W相加后为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址，波形ROM输出的D为的幅度码S（n）经D/A转换器变成阶梯波S（t），在经过低通滤波器平滑后就可得到合成的信号波形。合成的信号波形形状取决与波形ROM中存在的幅度码，因此用DDS可以产生任意波形。这里我们用DDS实现正泫波的合成作为说明介绍。4.1.1 频率预置和调节电路。K被称为频率控制字，也叫相位增量。DDS方程为f0=fcK/2N f0为输出频率，fc为时钟频率，当K =1

40、时，DDS输出最低频率（即频率分辨率）为fc/2N而DDS的最大输出频率有Nyquist采样定理决定，即fc/2，也就是说K的最大值为2N-1。因此，只要N足够大，DDS可以得到很细的频率间隔。只要改变DDS的输出频率，只要改变频率控制字K即可。4.1.2 累加器图4.2 累加器框图相位累加器由N位加法器与N为寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲fc，加法器将频率控制字K与寄存器输出的累加相位数据相加，再把相加后的结果送至寄存器的数据输入端，寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的相位数据反馈到加法器的输入端；以使加法器在下一个时钟作用下继续与频率控制字进行相加。这样，相位累加器在时钟的作用下，进

41、行相位累加。当相位累加器加满量时机会产生一次溢出，完成一个周期性的动作。4.1.3 控制相位的加法器通过改变相位控制字P可以控制输出信号的相位参数。令相位加法器的字长为N，当相位控制字有0越变到P（P0）时，波形存储器的输入相位累加器的输出与相位控制字P之和，因而其输出的幅度编码相位会增加P/2N。从而使最后输出的信号产生相移。4.1.4 控制波形的加法器通过改变控制字W可以控制输出信号的波形。由于波形存储器中的不同繁荣波形是分块存储的，所以当波形控制字改变时，波形存储器的输入为改变相位后的地址与波形控制字W（波形地址）之和，从而使最后的信号产生相移。4.1.5 波形存储器DDS查询表ROM所

42、存储的数据是每一个相位所对应的二进制数字正弦幅值，在每个时钟内，相位累加器输出序列的高M位对其进行寻址，最后输出为该相位对应的二进制正弦幅值序列。ROM的存储量为2ML 比特，其中M为相位累加器的输出位数，L为ROM的输出位数。若M=6,L=8可以算出ROM的容最为512比特。大容量的ROM会使成本捉高，功耗增大，且可靠性下降，所以就有许多的压编ROM容量的方法，而且容量压缩了还可以使用更大的M和L值，进而使DDS的杂散性能提高。用相位累加器输出的数据作为波形存储器的取样地址，进行波形的相位-幅值换即可在给定的时间上确定输出的波形的抽样幅值。N位的寻址ROM相当与把00 3600 的正铉波离散

43、成具有2N个样值的序列，若波形ROM有D为数据位，则2N个样值的幅值以D为二进制数值固化在ROM中，按照地址的不同可以输出相应相位的正弦信号的幅值。相位幅值变换原理图如下所示：图4.3 相位幅值变换原理图 4.1.6 D/A转换器D/A转换器的作用是把合成的正弦波数字量转换成模拟量。正弦幅度量化序列S（n）经D/A 转换后变成了包络为正弦波的阶梯波S（t）。需要注意的是，频率合成器对D/A 转换器的分辨率有一定的要求，D/A转换器的分辨率越高，合成的正弦波S（t）台阶数就越多，输出的波形的精度也越高。4.1.7 低通滤波器对D/A输出的阶梯波S（t）进行频谱分析，可知S（t）中除主频F0外，还

44、存在分布在fc，2fc两边f 0 处的非谐波分量，幅值包络为辛格函数，因此，为了取出主频F0，必须在D/A转换器的输出端接入截止频率为fc/2的低通滤波器。4.2 DDS工作及特点在模拟域的正弦波中，单个频率fa,的相位角以下面的速度旋转一个固定角度：=phase/t=2fa,相位角相对于时间的变化与正弦波频率呈线性关系，在每个正弦波周期结束时相位角为0。在数字域，上述方程式中的t为采样时钟频率fs的倒数，这表明对任何给定的采样：fa=phase*fs/2DDS中的相位累加器生成输出信号的相位信息，它通常基于一个32位的频率调节字(FTW)，代表了phase。显然，32位的FTW能够保证DDS

45、输出频率的高分辨率。通过另外的相位寄存器累加相位偏移量来完成相位调制。这个相位信息直接映射为输入字决定的频率的幅度信息，然后DDS中的一个模块将相位信息转换为幅度值。传统上由保存在内存中的正弦/余弦查找表来完成这项任务。为控制查找表的大小，并不是FTW中所有的位都被用于查找表，尽管它们可在选择fa上提供高分辨率。该模块的输出为DAC的输入，DAC则产生一个幅度序列，然后由低通滤波器对DAC的输出进行平滑处理。直接数字频率合成器DDS具有变频范围广、频率步进小、幅度和频率精度高、调谐方便等优点。本系统允许频率调谐、相位调谐、波形选择，可以产生正弦、三角波及其移相信号。具有设计简单可靠、调谐方便等

46、优点，不过频率步进较大、步长大时精度较差，但这些都不是系统设计缺陷，可以通过增加控制字位数、增大存储容量简单解决。第5章 PSK调制的设计与仿真5.1 参数选取由已知条件N=6，D=8，fc=1MHZ，存储容量512bit可知：1存储器可分为648bit使用。2奈奎斯特定理为:f0=fc*k/ 2N ,频率步进f = f0min= fc / 2N =15.625KHz，此时，K=1。3最大频率f0max=fc/2=0.5MHZ,然而此时每周期只采样2点，难一保证输出精度，为了保持输出精度，规定最低每周期采样6点，此时K=2N /6=10,f0max= fcK/2=5MHZ。综上所述，每个波形存

47、储器64个8位采样点：频率控制1k10，频率步进（最小输出频率）15.625KHz，则最大输出频率5MHZ。4相位步进264（2/2N）。综上所述，每个波形存储器64个8位采样点：相位控制1P64，相位步进264。5.2 系统设计5.2.1 波形存储上面提到设计中要用到查找表，下面将介绍ALTERA器件中查找表的生成方法。在Quartus II软件中，按NEW按钮，将弹出NEW对话框，在该对话框中按下OTHER FILES按钮，在列表里选中MEMORY INITIALIZATION FILE，然后按OK按钮，即打开MIF文件编辑器，此时会出现对话框提示输入查找表深度及每个单元的数据宽度信息，例

48、如本设计中深度为64，宽度为6，设置完毕按OK进入MIF文件编辑器。在这里可以输入每个数据单元的值,本设计中要输入一个整周期内64个采样点的值，输入完毕以适当的文件名保存。由于本设计只实现一种波形输出，故存储ROM的波形数据可以有连续存储，即“正弦波（1.n）”，下表为由.mif文件存储的正弦波幅值：表5.1 波形存储表5.2.2 系统设计由于波形是连续存储方式设计以下系统模型：图5.1 DDS系统框图该DDS系统是由精确的参考时钟、地址累加器和只读存储器ROM组成。见图5.1所示。其中，一个完整的正弦波的振幅信息存储在ROM中，也称为正弦查找表。地址通过累加器加1累加得到，并根据此地址从RO

49、M中读取数据，送往输出。输出的正弦信号是与ROM中数据相对应，所以输出的正弦信号的频率取决于参考时钟频率。5.3系统实现1各端口说明相位控制字：6位,0无位移，32（100000）位移；2累加器为了便于实现PSK调制，累加器是由Quartus中参数化模块中的一个加法器和一个寄存器构成。即lmp_add_sub和lmp_ff。3加法器本设计共用到2个加法器，一个是频率控制字和累加器的6位输入6位输出加法器；另一个是上述输出信号与相位控制字P的6位输入6位输出的加法器。通过IP CORE中的lmp_add_sub单元的实现。4波形存储器波形存储器用来存储波形数据，数据以间隔方式存储。通过Quart

50、us中的工程文件Memory Initialization File实现。波形初始化如前的波形存储值。5.4系统仿真结果取载波系统时钟频率为1MHZ，相位累加器位数6位，加法器和波形存储器的位数均为6位。用Quartus6.0仿真，见下图。当输入信号S=0时，输出out的值从111111，即从63按照在ROM的Waveform1.MIF文件中的存储的幅度值依次递减到0（000000），下面截取了前半个周期内的波形仿真图形：图5.2 S=0时的PSK波形当S=0时，波形无变化，是一个正弦波形。当输入信号S=1时截取的一个周期内波形仿真图如下：图5.3 S=1时的PSK波形是一个与S=0时反相的正弦波形。参考文献1 黄智伟，无线发射与接受电路设计北京航空航天大学2004，52 达新宇，陈树新，王瑜，林家薇，通信原理教程，北京邮电大学，2005，13 丁玉美，高西全，数字信号处理西安电子科技大学 ,2001，14 曹志刚，钱亚森，现代通信原理清华大学,2006，105 潘松，黄继业，EDA技术与VHDL清华大学，2005，76 周霖，DSP系统设计与实现国防工业出版社，2003，107 潘松，黄继业，王国栋，现代DSP技术西安电子科技大学，2003，88 赵刚，EDA技术简明教程四川大学出版社，2004，729