數(shù)字調制解調技術的MATLAB與FPGA實現(xiàn)

第1章 數(shù)字通信及FPGA概述 1
1．1 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2
1．1．1 數(shù)字通信的一般處理流程 2
1．1．2 本書討論的通信系統(tǒng)模型 4
1．1．3 數(shù)字通信的特點及優(yōu)勢 5
1．1．4 數(shù)字通信的發(fā)展概述 7
1．2 數(shù)字通信中的幾個基本概念 10
1．2．1 與頻譜相關的概念 10
1．2．2 帶寬是如何定義的 13
1．2．3 采樣與頻譜搬移 16
1．2．4 噪聲與信噪比 19
1．3 FPGA的基礎知識 21
1．3．1 從晶體管到FPGA 21
1．3．2 FPGA的發(fā)展趨勢 24
1．3．3 FPGA的組成結構 26
1．3．4 FPGA的工作原理 30
1．4 FPGA與其他處理平臺的比較 31
1．4．1 ASIC、DSP及ARM的特點 32
1．4．2 FPGA的特點及優(yōu)勢 33
1．5 XILINX器件簡介 34
1．5．1 XILINX器件概況 34
1．5．2 Spartan系列器件 36
1．5．3 Virtex系列器件 37
1．6 小結 39
參考文獻 39
第2章 設計語言及環(huán)境介紹 41
2．1 HDL語言簡介 42
2．1．1 HDL語言的特點及優(yōu)勢 42
2．1．2 選擇VHDL還是Verilog 43
2．2 VHDL語言基礎 44
2．2．1 程序結構 45
2．2．2 數(shù)據(jù)類型 47
2．2．3 數(shù)據(jù)對象 50
2．2．4 運算符 50
2．2．5 VHDL語句 55
2．3 FPGA開發(fā)工具及設計流程 60
2．3．1 ISE開發(fā)套件 60
2．3．2 Modelsim仿真軟件 64
2．3．3 Synplicity綜合軟件 66
2．3．4 FPGA設計流程 68
2．4 MATLAB軟件 70
2．4．1 MATLAB軟件簡介 70
2．4．2 常用的信號處理函數(shù) 73
2．5 MATLAB與ISE的數(shù)據(jù)交換 79
2．6 小結 80
參考文獻 80
第3章 FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理基礎 81
3．1 FPGA中數(shù)的表示 82
3．1．1 萊布尼茲與二進制 82
3．1．2 定點數(shù)表示 83
3．1．3 浮點數(shù)表示 84
3．2 FPGA中數(shù)的運算 87
3．2．1 加/減法運算 87
3．2．2 乘法運算 90
3．2．3 除法運算 92
3．2．4 有效數(shù)據(jù)位的計算 93
3．3 有限字長效應 95
3．3．1 字長效應的產(chǎn)生因素 95
3．3．2 A/D變換的字長效應 96
3．3．3 系統(tǒng)運算中的字長效應 97
3．4 FPGA中的常用處理模塊 99
3．4．1 乘法器模塊 99
3．4．2 除法器模塊 104
3．4．3 浮點運算模塊 107
3．4．4 濾波器模塊 109
3．4．5 數(shù)字頻率器模塊 111
3．5 小結 113
參考文獻 113
第4章 濾波器的MATLAB與FPGA實現(xiàn) 115
4．1 濾波器概述 116
4．1．1 濾波器的分類 116
4．1．2 濾波器的特征參數(shù) 118
4．2 FIR與IIR濾波器的原理 118
4．2．1 FIR濾波器原理 118
4．2．2 IIR濾波器原理 120
4．2．3 IIR與FIR濾波器的比較 120
4．3 FIR濾波器的MATLAB設計 121
4．3．1 采用fir1函數(shù)設計 121
4．3．2 采用kaiserord函數(shù)設計 124
4．3．3 采用fir2函數(shù)設計 124
4．3．4 采用firpm函數(shù)設計 126
4．4 IIR濾波器的MATLAB設計 128
4．4．1 采用butter函數(shù)設計 128
4．4．2 采用cheby1函數(shù)設計 129
4．4．3 采用cheby2函數(shù)設計 130
4．4．4 采用ellip函數(shù)設計 130
4．4．5 采用yulewalk函數(shù)設計 131
4．4．6 幾種設計函數(shù)的比較 131
4．5 濾波器設計分析工具 133
4．6 FIR濾波器的FPGA實現(xiàn) 134
4．6．1 量化濾波器系數(shù) 134
4．6．2 FIR濾波器的實現(xiàn)結構 136
4．6．3 采用IP核實現(xiàn)FIR濾波器 140
4．6．4 MATLAB仿真測試數(shù)據(jù) 146
4．6．5 測試激勵的VHDL設計 147
4．6．6 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 149
4．7 IIR濾波器的FPGA實現(xiàn) 150
4．7．1 IIR濾波器的結構形式 150
4．7．2 量化級聯(lián)型結構的系數(shù) 153
4．7．3 級聯(lián)型結構的FPGA實現(xiàn) 156
4．7．4 FPGA實現(xiàn)后的測試仿真 160
4．8 小結 161
參考文獻 161
第5章 ASK調制解調技術的實現(xiàn) 163
5．1 ASK信號的調制解調原理 164
5．1．1 二進制振幅調制信號的產(chǎn)生 164
5．1．2 二進制振幅調制信號的解調 165
5．1．3 二進制振幅調制系統(tǒng)的性能 167
5．1．4 多進制振幅調制 168
5．2 ASK調制信號的MATLAB仿真 168
5．3 ASK調制信號的FPGA實現(xiàn) 171
5．3．1 FPGA實現(xiàn)模型及參數(shù)說明 171
5．3．2 ASK調制信號的VHDL設計 173
5．3．3 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 174
5．4 ASK解調技術的MATLAB仿真 176
5．5 ASK解調技術的FPGA實現(xiàn) 178
5．5．1 FPGA實現(xiàn)模型及參數(shù)說明 178
5．5．2 ASK信號解調的VHDL設計 178
5．5．3 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 180
5．6 符號判決門限的FPGA實現(xiàn) 182
5．6．1 確定ASK解調后的判決門限 182
5．6．2 判決門限模塊的VHDL設計 183
5．6．3 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 185
5．7 鎖相環(huán)位同步技術的FPGA實現(xiàn) 185
5．7．1 位同步技術的工作原理 185
5．7．2 位同步頂層模塊的VHDL設計 188
5．7．3 雙相時鐘信號的VHDL設計 190
5．7．4 鑒相模塊的VHDL設計 191
5．7．5 控制模塊的VHDL設計 193
5．7．6 分頻模塊的VHDL設計 195
5．7．7 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 195
5．8 ASK解調系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)及仿真 196
5．8．1 完整解調系統(tǒng)的VHDL設計 196
5．8．2 完整系統(tǒng)的仿真測試 198
5．9 小結 200
參考文獻 201
第6章 FSK調制解調技術的實現(xiàn) 203
6．1 FSK信號的調制解調原理 204
6．1．1 FSK信號的時域表示 204
6．1．2 相關系數(shù)與頻譜特性 205
6．1．3 非相干解調原理 207
6．1．4 相干解調原理 208
6．1．5 解調方法的應用條件分析 210
6．2 FSK調制解調的MATLAB仿真 211
6．2．1 不同調制度的FSK信號仿真 211
6．2．2 非相干解調FSK仿真 212
6．2．3 相干解調FSK仿真 217
6．3 FSK調制信號的FPGA實現(xiàn) 220
6．3．1 FSK信號的產(chǎn)生方法 220
6．3．2 FSK調制信號的VHDL設計 221
6．3．3 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 223
6．4 FSK解調的FPGA實現(xiàn) 224
6．4．1 解調模型及參數(shù)設計 224
6．4．2 解調FSK信號的VHDL設計 225
6．4．3 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 229
6．5 MSK信號產(chǎn)生原理 231
6．5．1 MSK信號時域特征 231
6．5．2 MSK信號頻譜特性 232
6．5．3 MSK信號的產(chǎn)生方法 233
6．6 MSK調制信號的FPGA實現(xiàn) 235
6．6．1 實例參數(shù)及模型設計 235
6．6．2 MSK調制信號的VHDL設計及仿真 235
6．7 MSK解調原理 237
6．7．1 延遲差分解調 237
6．7．2 平方環(huán)相干解調 238
6．8 MSK解調的MATLAB仿真 239
6．8．1 仿真模型及參數(shù)說明 239
6．8．2 平方環(huán)解調MSK的MATLAB仿真 240
6．9 平方環(huán)的FPGA實現(xiàn) 242
6．9．1 鎖相環(huán)的工作原理 243
6．9．2 平方環(huán)的工作原理 246
6．9．3 平方環(huán)路性能參數(shù)設計 247
6．9．4 平方環(huán)的VHDL設計 249
6．9．5 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 253
6．10 MSK解調的FPGA實現(xiàn) 255
6．10．1 MSK解調環(huán)路參數(shù)設計 255
6．10．2 頂層模塊的VHDL設計 256
6．10．3 脈沖成形及解調模塊的VHDL設計 260
6．10．4 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 262
6．11 小結 264
參考文獻 265
第7章 PSK調制解調技術的實現(xiàn) 267
7．1 DPSK信號的調制解調原理 268
7．1．1 DPSK信號的調制原理 268
7．1．2 Costas環(huán)解調DPSK信號 269
7．1．3 DPSK調制解調的MATLAB仿真 271
7．2 DPSK解調的FPGA實現(xiàn) 274
7．2．1 環(huán)路性能參數(shù)設計 274
7．2．2 Costas環(huán)的VHDL設計 275
7．2．3 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 279
7．3 DQPSK信號的調制解調原理 279
7．3．1 QPSK信號的調制原理 279
7．3．2 雙比特碼元差分編解碼原理 281
7．3．3 DQPSK信號解調原理 282
7．3．4 DQPSK調制解調的MATLAB仿真 285
7．4 DQPSK調制信號的FPGA實現(xiàn) 288
7．4．1 差分編/解碼的VHDL設計 288
7．4．2 DQPSK調制信號的VHDL設計 292
7．5 DQPSK解調的FPGA實現(xiàn) 296
7．5．1 極性Costas環(huán)的VHDL設計 296
7．5．2 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 300
7．5．3 調整跟蹤策略獲取良好的跟蹤性能 301
7．5．4 完整的DQPSK解調系統(tǒng)設計 302
7．5．5 DQPSK解調系統(tǒng)的仿真測試 306
7．6 /4 QPSK調制解調原理 306
7．6．1 /4 QPSK信號的調制原理 306
7．6．2 匹配濾波器與成形濾波器 308
7．6．3 /4 QPSK信號的差分解調原理 313
7．6．4 /4 QPSK調制解調的MATLAB仿真 314
7．7 /4 QPSK調制解調的FPGA實現(xiàn) 318
7．7．1 基帶編碼的VHDL設計 318
7．7．2 差分解調的VHDL設計 321
7．7．3 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 326
7．8 小結 326
參考文獻 327
第8章 QAM調制解調技術的實現(xiàn) 329
8．1 QAM信號的調制解調原理 330
8．1．1 QAM調制解調系統(tǒng)組成 330
8．1．2 差分編碼與星座映射 331
8．1．3 QAM調制解調的MATLAB仿真 333
8．2 QAM編/解碼的FPGA實現(xiàn) 336
8．2．1 編碼映射的VHDL設計 337
8．2．2 解碼模塊的VHDL設計 339
8．2．3 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 341
8．3 QAM載波同步的FPGA實現(xiàn) 341
8．3．1 QAM載波同步原理 341
8．3．2 載波同步頂層模塊的VHDL設計 344
8．3．3 鑒相模塊的VHDL設計 348
8．3．4 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 352
8．4 插值算法位同步技術原理 354
8．4．1 位同步技術分類及組成 354
8．4．2 內插濾波器原理及結構 356
8．4．3 Gardner誤差檢測算法 358
8．4．4 環(huán)路濾波器與數(shù)控振蕩器 359
8．5 插值算法位同步技術的MATLAB仿真 360
8．5．1 設計環(huán)路濾波器系數(shù) 361
8．5．2 分析位定時算法MATLAB仿真程序 361
8．5．3 完整的QAM位定時算法仿真 366
8．6 插值算法位同步技術的FPGA實現(xiàn) 368
8．6．1 頂層模塊的VHDL設計 368
8．6．2 插值濾波模塊的VHDL設計 370
8．6．3 誤差檢測及環(huán)路濾波器模塊的VHDL設計 373
8．6．4 數(shù)控振蕩器模塊的VHDL設計 375
8．6．5 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 376
小結 378
參考文獻 379
第9章 擴頻調制解調技術的FPGA實現(xiàn) 381
9．1 擴頻通信的基本原理 382
9．1．1 擴頻通信的概念 382
9．1．2 擴頻通信的種類 383
9．1．3 直擴系統(tǒng)工作原理 385
9．2 直擴調制信號MATLAB仿真 387
9．2．1 偽碼序列的產(chǎn)生原理 387
9．2．2 MATLAB仿真直擴調制信號 388
9．3 直擴信號調制的FPGA實現(xiàn) 391
9．3．1 偽碼模塊的VHDL設計 392
9．3．2 擴頻調制模塊的VHDL設計 393
9．4 偽碼同步的一般原理 396
9．4．1 滑動相關捕獲原理 397
9．4．2 延遲鎖相環(huán)跟蹤原理 398
9．5 偽碼同步算法設計及仿真 399
9．5．1 同步算法設計 399
9．5．2 捕獲及跟蹤門限的MATLAB仿真 401
9．6 偽碼同步的FPGA實現(xiàn) 403
9．6．1 頂層模塊的VHDL設計 403
9．6．2 偽碼產(chǎn)生模塊的VHDL設計 406
9．6．3 相關積分模塊的VHDL設計 408
9．6．4 偽碼相位調整模塊的VHDL設計 409
9．6．5 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 411
9．7 直擴解調系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn) 413
9．7．1 Costas載波環(huán)的VHDL設計 413
9．7．2 FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 418
9．8 小結 420
參考文獻 420