1、引言

四相絕對(duì)移相鍵控（QPSK）技術(shù)以其抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，FPGA在數(shù)字通信系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，目前已提出了多種基于FPGA實(shí)現(xiàn)QPSK的方法。

本文基于FPGA實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成（DDS），通過對(duì)DDS信號(hào)f載波信號(hào)1輸出相位的控制實(shí)現(xiàn)調(diào)相，除DA轉(zhuǎn)換外，其它過程均口以FPGA實(shí)現(xiàn)。

2、 QPSK調(diào)制的基本原理

QPSK采用四種不同的載波相位來表示數(shù)字信息，每個(gè)載波相位代表2比特信息，其實(shí)現(xiàn)有兩種方法，相位選擇法與正交調(diào)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(shí)現(xiàn)QPSK信號(hào)，如圖1所示。

圖1相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)

3、 QPSK調(diào)制電路的FPGA實(shí)現(xiàn)

3．1串并轉(zhuǎn)換電路

圖2串并轉(zhuǎn)換電路

調(diào)制信號(hào)（DATA）形成雙比特碼兀QI口】由圖2所不串并轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)。

假設(shè)涮制信號(hào)為01100011，其時(shí)序圖如圖3所示。從時(shí)序圖可以看出，從第3個(gè)時(shí)鐘脈沖開始，每2個(gè)時(shí)鐘脈沖，在Q3、Q6同時(shí)輸出DATA的連續(xù)2bit數(shù)據(jù)，生成雙比特碼元QI，雙比特碼元速率為時(shí)鐘信號(hào)（CLKl）頻率的一半。為了配合后面的相位調(diào)制電路，時(shí)鐘信號(hào)（CLKl）頻率為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率k的I／M，可以通過M分頻電路實(shí)現(xiàn)。

圖3串并變換電路時(shí)序圖

3．2四相載波產(chǎn)生器

四相載波產(chǎn)畢器甚干DDS構(gòu)成．如圖4所示。

圖4基于DDS的四相載波產(chǎn)生電路

（1）建立正弦查找表

ROM正弦查找表存儲(chǔ)了一個(gè)完整正弦波周期的抽樣值，設(shè)相位累加器的數(shù)據(jù)線寬度為N，則有2一個(gè)采樣點(diǎn)。先用其他工具計(jì)算出這2n個(gè)采樣點(diǎn)的幅度值，則相鄰2個(gè)采樣點(diǎn)的相位增三個(gè)時(shí)鐘后，相應(yīng)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(diǎn)的位置就確定了該采樣點(diǎn)的相位；以ROM依次存儲(chǔ)2n個(gè)采樣點(diǎn)的幅度值，便建立了各采樣相位（存儲(chǔ)器地址）與幅值的影射關(guān)系。

然后用Quartus 5．1建立mif文件，調(diào)用LPM_ROM模塊，將mif文停的數(shù)據(jù)內(nèi)容寫入LPM_ROM。

（2）相位累加器

設(shè)相位累加器的初始值為0，累加步長(zhǎng)為頻率控制字K．則每一個(gè)時(shí)鐘周期（1／fclk）的相位增量為K×2π2n，一個(gè)完整正弦波周期需要進(jìn)行2π（Kx2／2n）=2N／K次累加，所以輸出信號(hào)周期10t=（I／fclk）X2N／K，輸出信號(hào)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(jì)算出這210=1024個(gè)采樣點(diǎn)的幅度值，量化為8位二進(jìn)制數(shù)表示。相位為π/4和3π／4時(shí)，對(duì)應(yīng)幅度值為38，存儲(chǔ)地址分別為000111111l和0101111111。

本義中用VHD語(yǔ)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(gè)雙比特碼元的上升沿

case QI is

when”00”=》uuu《=”100111111l”；reset《=‘1’；--5π／4載波

when”O(jiān)l”=》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(diào)制器

在每個(gè)雙比特碼元的上升沿產(chǎn)生一復(fù)位信號(hào)（RESET）使DDS的棚位累加器清零，則輸出裁波信號(hào)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(duì)應(yīng)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(hào)的相位，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)相。

4、仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

仿真實(shí)驗(yàn)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(jié)果如圖5所示。

在圖（5）中，當(dāng)QI為11時(shí)的第一個(gè)時(shí)鐘，RESET信號(hào)對(duì)DDS寄存器復(fù)位（T=0），累加器中的加法器輸出R=32，并保持一個(gè)時(shí)鐘；第三個(gè)時(shí)鐘后QPSK輸出為218，這與QI為11時(shí)，載波初始相位為π／4、幅度值為218是一致的。間樣，當(dāng)QI為00、lO、Ol的仿真結(jié)果分剮如圖5（b）、5（c）、5（d）所示，在QI碼元到達(dá)三個(gè)時(shí)鐘后，相應(yīng)的載波初始相位、幅度值與理論分析時(shí)一致的。雖然QPSK信號(hào)有三個(gè)時(shí)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(shí)現(xiàn)；另一方面，延遲時(shí)間不到系統(tǒng)時(shí)鐘周期的三分之一，可以忽略。

圖5仿真實(shí)驗(yàn)波形

5、結(jié)束語(yǔ)

本文采用FPGA實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制器克服了傳統(tǒng)的模擬調(diào)制器的體積大、成本高、系統(tǒng)調(diào)試難和生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)在予除了DA轉(zhuǎn)換外，系統(tǒng)全部由FPGA實(shí)現(xiàn)，對(duì)于其它調(diào)制方式（如DQPSK、8PSK、QAM等）的FPGA實(shí)現(xiàn)，以及FPGA在軟件無線電鐘的應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

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