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QPSK是數字通信系統中一種常用的多進制調制方式。其調制的基本原理：對輸入的二進制序列按每兩位碼元分為一組，用載波的四種相位表征它們。實際上QPSK信號是兩路正交雙邊帶信號。現在人們對通信的要求越來越高，高速率、大容量、以及多業務，這些對有限的頻譜資源構成了大的挑戰。因此，對相移鍵控的研究具有重要意義，因為信道條件的限制，大多數數字通信系統采用了對幅度波動不敏感的頻移鍵控、相移鍵控和相應的派生調制方式。 基于以上QPSK調制，本設計基于CPLD采用相位選擇法來實現調制。 1 QPSK調制原理 QPSK信號的正弦載波有4個可能的離散相位狀態,每個載波相位攜帶2個二進制符號（00、01、10、11）,其信號表示式為圖1(a)是載波初始相位為0°的QPSK信號矢量圖，如上圖1(b)是初始相位為45°的QPSK信號的矢量圖。 圖1 QPSK調制有兩種產生方法：相乘電路法和相位選擇法。 乘法電路調制：二進制碼經過串并變換器分為兩個半速率雙極性碼，兩路信號經過低通濾波，分別與相互正交的兩路載波信號相乘，然后兩路信號相加得到QPSK信號。 相位選擇法：輸入二進制數據經過串/并變換輸出雙比特碼元，四相載波產生器輸出四種不同相位的載波，邏輯選相電路根據串/并變換輸入的雙比特碼元，每個時間間隔選擇其中一種相位的載波作為輸出，然后經帶通濾波器濾除帶外干擾信號，就得到QPSK調制信號。 2 本設計調制原理 在設計中采用相位選擇法來實現，QPSK信號有四種狀態（00、01、10、11），將輸入二進制序列每兩位碼元分為一組。 方案中，用四種波形表示四種相位（圖2） 圖2 3 系統模塊設計 電路總分為6部分： 第一部分：電源電路，為整個電路提供5V的電壓； 第二部分：時鐘信號電路，用來產生一個4MHz的時鐘； 第三部分：基帶信號產生電路，產生五種序列碼（全0碼、全1碼、0\1碼、7位M序列和15位M序列）； 第四部分：調制電路，實現基帶信號調制成抽樣信號輸出； 第五部分：D/A轉換電路，將調制模塊輸出的信號轉換成模擬信號輸出； 第六部分：濾波電路，對D/A轉換后的模擬信號經濾波完成模擬信號重建。 3.1 電源模塊 為電路提供5V電壓的設計實現方案有多種，如采用USB提供5V電壓也可以設計直流穩壓電源。直流穩壓電源的設計要先采用電源變壓器經過整流電路然后濾波最后穩壓這四部，設計實現起來相對復雜。設計中購買9V輸出電源，將9V電源轉化為5V電源。電路由一個7805芯片和2個電容組成，7805的1腳接電源電壓輸入，2腳接地，3腳經穩壓后輸出5V電壓。C1、C2用來濾出紋波。 3.2 時鐘信號模塊 時鐘電路模塊由2個反相器構成反饋，配合1個電容和2個電阻使晶振起振，來產生一個4MHz的時鐘。 3.3 基帶信號產生模塊 此模塊的作用是產生五種基帶信號（全0碼、全1碼、0\1碼、7位M序列和15位M序列）。 3.4 D/A模塊 調制模塊調制出來的信號是數字基帶信號，需要經過D/A轉換為模擬信號，在設計中選用DAC0832實現D/A轉換。 DAC0832輸出的是電流，但要求輸出是電壓，所以電路還必須經過一個運算放大器轉換成電壓。 3.5 濾波模塊 濾波電路在設計中采用的是一個壓控電壓源低通濾波器。其截至頻率為50KHz,增益為2，K=5。 4 調制信號仿真 調制信號的仿真結果如下： 當輸入0/1碼時，由于寄存器y為2，所以循環輸出電平為005A7FBF.FFBF7F5A仿真波形如圖3所示。 圖3 當輸入15位M序列碼時，由于寄存器y值是變化的，所以輸出電平不是循環的，仿真波形如圖4所示。 圖4 5 結束語 本次設計主要硬件模塊有基帶信號產生模塊、調制模塊、D/A轉換模塊和濾波模塊，其中為簡化設計系統設計供電模塊采用了5V電池供電，基帶信號產生模塊和調制模塊是設計中的關鍵點和難點，其基于CPLD設計，CPLD是一種整合性較高的邏輯邏輯元件。有高整合性的特點，故其有性能提升，可靠度增加，PCB面積減少和成本低等優點。 |
