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1 引言 四相絕對移相鍵控(QPSK)技術以其抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率高等優點，廣泛應用于數字通信系統。隨著超大規模集成電路的出現，FPGA在數字通信系統中的應用日益廣泛，目前已提出了多種基于FPGA實現QPSK的方法。 本文基于FPGA實現直接數字頻率合成(DDS)，通過對DDS信號f載波信號1輸出相位的控制實現調相，除DA轉換外，其它過程均口『以FPGA實現。 2 QPSK調制的基本原理 QPSK采用四種不同的載波相位來表示數字信息，每個載波相位代表2比特信息，其實現有兩種方法，相位選擇法與正交調制法，相位選擇法又分為A、B兩種方式。本文采用相位選擇法B方式來實現QPSK信號，如圖1所示。 
圖1相位選擇法產生QPSK信號 3 QPSK調制電路的FPGA實現 3．1串并轉換電路
圖2串并轉換電路 調制信號(DATA)形成雙比特碼兀QI口】由圖2所不串并轉換電路實現。 假設涮制信號為01100011，其時序圖如圖3所示。從時序圖可以看出，從第3個時鐘脈沖開始，每2個時鐘脈沖，在Q3、Q6同時輸出DATA的連續2bit數據，生成雙比特碼元QI，雙比特碼元速率為時鐘信號(CLKl)頻率的一半。為了配合后面的相位調制電路，時鐘信號(CLKl)頻率為系統時鐘頻率k的I／M，可以通過M分頻電路實現。
圖3串并變換電路時序圖 3．2四相載波產生器 四相載波產畢器甚干DDS構成．如圖4所示。
圖4基于DDS的四相載波產生電路 (1)建立正弦查找表 ROM正弦查找表存儲了一個完整正弦波周期的抽樣值，設相位累加器的數據線寬度為N，則有2一個采樣點。先用其他工具計算出這2n個采樣點的幅度值，則相鄰2個采樣點的相位增三個時鐘后，相應的載波初始相位、幅艘值與理論分析是一致量為2π／2n，這樣，各采樣點的位置就確定了該采樣點的相位；以ROM依次存儲2n個采樣點的幅度值，便建立了各采樣相位(存儲器地址)與幅值的影射關系。 然后用Quartus 5．1建立mif文件，調用LPM_ROM模塊，將mif文停的數據內容寫入LPM_ROM。 (2)相位累加器 設相位累加器的初始值為0，累加步長為頻率控制字K．則每一個時鐘周期(1／fclk）的相位增量為K×2π2n，一個完整正弦波周期需要進行2π(Kx2／2n)=2N／K次累加，所以輸出信號周期10t=(I／fclk)X2N／K，輸出信號頻率fout=Kxfclk／2n。 (3)邏輯選相電路 雙比特序列QI作為相位控制字用于四種相位載波的選擇控制。本文取N：10，先計算出這210=1024個采樣點的幅度值，量化為8位二進制數表示。相位為π/4和3π／4時，對應幅度值為38，存儲地址分別為000111111l和0101111111。 本義中用VHD語句來完成邏輯選相電路。 if clk"event and clk=’l’then b<=QI(1)； c<=QI(0)； if (clklh='1' or clkll='1' or clk2h=1’or clk21='1')then -- 每個雙比特碼元的上升沿 case QI is when”00”=>uuu<=”100111111l”；reset<=‘1’；--5π／4載波 when”Ol”=>uuu<-”01011111Il”；reset<=‘1’；--3π／4載波 when”10”=>UUll<=”1101111111”；reset<=‘1’；--7π/4載波 when’’11”=>uuu<-”0001111111”；reset<=‘I’； --4載波 when others=>uuu<=”0000000000”；reset<=‘l’ end ease； else uuu<=uuu+“0001000000”；reset<=‘0’； endif； (5)相位調制器 在每個雙比特碼元的上升沿產生一復位信號(RESET)使DDS的棚位累加器清零，則輸出裁波信號的初始相位僅由相位控捌字控制，以保證初始相位為0l碼元對應的載波相位；而其它情提下將其與相位累加器的輸出相加，共同作為載波信號的相位，從而實現調相。 4 仿真實驗及結論 仿真實驗中，取fclk=294912Hz，M=48，K=32，則fclk=fclk/M=6144Hz，載波頻率fout=Kxfclk／2N=9216Hz。通過Quartusll 5．1軟件仿真．得到仿真結果如圖5所示。 在圖(5)中，當QI為11時的第一個時鐘，RESET信號對DDS寄存器復位(T=0)，累加器中的加法器輸出R=32，并保持一個時鐘；第三個時鐘后QPSK輸出為218，這與QI為11時，載波初始相位為π／4、幅度值為218是一致的。間樣，當QI為00、lO、Ol的仿真結果分剮如圖5(b)、5(c)、5(d)所示，在QI碼元到達三個時鐘后，相應的載波初始相位、幅度值與理論分析時一致的。雖然QPSK信號有三個時鐘的延遲，但由于各QI碼元的延遲都是一致的，并不影響QPSK的實現；另一方面，延遲時間不到系統時鐘周期的三分之一，可以忽略。
圖5仿真實驗波形 5 結束語 本文采用FPGA實現QPSK調制器克服了傳統的模擬調制器的體積大、成本高、系統調試難和生產周期長等缺點。本文作者創新點在予除了DA轉換外，系統全部由FPGA實現，對于其它調制方式(如DQPSK、8PSK、QAM等)的FPGA實現，以及FPGA在軟件無線電鐘的應用具有一定的參考價值。 作者：謝海霞 來源：微計算機信息雜志旬刊 |
