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一種基于CPLD實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制電路設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2015-11-13 09:57    發(fā)布者:designapp
關(guān)鍵詞: CPLD , QPSK , 調(diào)制
  QPSK是數(shù)字通信系統(tǒng)中一種常用的多進(jìn)制調(diào)制方式。其調(diào)制的基本原理:對(duì)輸入的二進(jìn)制序列按每?jī)晌淮a元分為一組,用載波的四種相位表征它們。實(shí)際上QPSK信號(hào)是兩路正交雙邊帶信號(hào),F(xiàn)在人們對(duì)通信的要求越來(lái)越高,高速率、大容量、以及多業(yè)務(wù),這些對(duì)有限的頻譜資源構(gòu)成了大的挑戰(zhàn)。因此,對(duì)相移鍵控的研究具有重要意義,因?yàn)樾诺罈l件的限制,大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)采用了對(duì)幅度波動(dòng)不敏感的頻移鍵控、相移鍵控和相應(yīng)的派生調(diào)制方式。
  基于以上QPSK調(diào)制,本設(shè)計(jì)基于CPLD采用相位選擇法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制。
  1。 QPSK調(diào)制原理
  QPSK信號(hào)的正弦載波有4個(gè)可能的離散相位狀態(tài),每個(gè)載波相位攜帶2個(gè)二進(jìn)制符號(hào)(00、01、10、11),其信號(hào)表示式為圖1(a)是載波初始相位為0°的QPSK信號(hào)矢量圖,如上圖1(b)是初始相位為45°的QPSK信號(hào)的矢量圖。
  


  圖1
  QPSK調(diào)制有兩種產(chǎn)生方法:相乘電路法和相位選擇法。
  乘法電路調(diào)制:二進(jìn)制碼經(jīng)過(guò)串并變換器分為兩個(gè)半速率雙極性碼,兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波,分別與相互正交的兩路載波信號(hào)相乘,然后兩路信號(hào)相加得到QPSK信號(hào)。
  相位選擇法:輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串/并變換輸出雙比特碼元,四相載波產(chǎn)生器輸出四種不同相位的載波,邏輯選相電路根據(jù)串/并變換輸入的雙比特碼元,每個(gè)時(shí)間間隔選擇其中一種相位的載波作為輸出,然后經(jīng)帶通濾波器濾除帶外干擾信號(hào),就得到QPSK調(diào)制信號(hào)。
  2. 本設(shè)計(jì)調(diào)制原理
  在設(shè)計(jì)中采用相位選擇法來(lái)實(shí)現(xiàn),QPSK信號(hào)有四種狀態(tài)(00、01、10、11),將輸入二進(jìn)制序列每?jī)晌淮a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(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
  電路總分為6部分:
  第一部分:電源電路,為整個(gè)電路提供5V的電壓;
  第二部分:時(shí)鐘信號(hào)電路,用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)4MHz的時(shí)鐘;
  第三部分:基帶信號(hào)產(chǎn)生電路,產(chǎn)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(diào)制電路,實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)調(diào)制成抽樣信號(hào)輸出;
  第五部分:D/A轉(zhuǎn)換電路,將調(diào)制模塊輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出;
  第六部分:濾波電路,對(duì)D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)經(jīng)濾波完成模擬信號(hào)重建。
                               
                                                               
                               
                  3.1 電源模塊
  為電路提供5V電壓的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案有多種,如采用USB提供5V電壓也可以設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)要先采用電源變壓器經(jīng)過(guò)整流電路然后濾波最后穩(wěn)壓這四部,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)復(fù)雜。設(shè)計(jì)中購(gòu)買(mǎi)9V輸出電源,將9V電源轉(zhuǎn)化為5V電源。電路由一個(gè)7805芯片和2個(gè)電容組成,7805的1腳接電源電壓輸入,2腳接地,3腳經(jīng)穩(wěn)壓后輸出5V電壓。C1、C2用來(lái)濾出紋波。
  3.2 時(shí)鐘信號(hào)模塊
  時(shí)鐘電路模塊由2個(gè)反相器構(gòu)成反饋,配合1個(gè)電容和2個(gè)電阻使晶振起振,來(lái)產(chǎn)生一個(gè)4MHz的時(shí)鐘。
  3.3 基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊
  此模塊的作用是產(chǎn)生五種基帶信號(hào)(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(diào)制模塊調(diào)制出來(lái)的信號(hào)是數(shù)字基帶信號(hào),需要經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào),在設(shè)計(jì)中選用DAC0832實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。
  DAC0832輸出的是電流,但要求輸出是電壓,所以電路還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。
  3.5 濾波模塊
  濾波電路在設(shè)計(jì)中采用的是一個(gè)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(diào)制信號(hào)仿真
  調(diào)制信號(hào)的仿真結(jié)果如下:
  當(dāng)輸入0/1碼時(shí),由于寄存器y為2,所以循環(huán)輸出電平為005A7FBF.FFBF7F5A仿真波形如圖3所示。
  


  圖3
  當(dāng)輸入15位M序列碼時(shí),由于寄存器y值是變化的,所以輸出電平不是循環(huán)的,仿真波形如圖4所示。
  


  圖4
  5. 結(jié)束語(yǔ)
  本次設(shè)計(jì)主要硬件模塊有基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊、調(diào)制模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和濾波模塊,其中為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)供電模塊采用了5V電池供電,基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊和調(diào)制模塊是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn),其基于CPLD設(shè)計(jì),CPLD是一種整合性較高的邏輯邏輯元件。有高整合性的特點(diǎn),故其有性能提升,可靠度增加,PCB面積減少和成本低等優(yōu)點(diǎn)。
                               
                                                               
                               
               
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