正交幅度调制解调器的FPGA设计

基于FPGA的QPSK OFDM调制解调器设计与实现OFDM（正交频分多路复用）是一种高效的调制解调技术，常用于无线通信系统中。

本文将介绍基于FPGA的QPSK（四相移键控）OFDM调制解调器的设计与实现。

一、引言OFDM技术在无线通信领域有着广泛的应用，其通过将高速数据流分成多个低速子载波进行传输，有效提高了系统的传输效率和频谱利用率。

而QPSK调制方式在OFDM系统中常被使用，能够传输两个比特的信息。

二、系统设计1. 系统框架基于FPGA的QPSK OFDM调制解调器主要包括信号生成、调制、多载波复用、通道传输、接收、解调等模块。

其中，信号生成模块负责产生待发送的信息信号；调制模块将信息信号进行QPSK调制；多载波复用模块将调制后的信号进行串行-并行转换；通道传输模块将并行数据通过多个子载波进行传输；接收模块接收并处理接收到的信号；解调模块将接收到的信号进行QPSK解调，得到原始信息信号。

2. 信号生成在信号生成模块中，我们可以使用伪随机序列发生器生成随机的数字信号作为待发送的信息源。

这里我们选择使用16位的二进制数字信号。

3. QPSK调制QPSK调制模块将二进制信号映射到复平面上的四个相位，即正弦信号与余弦信号共同构成的星座图。

通过将两个比特的输入分别映射到正弦信号与余弦信号的相位上，得到QPSK调制信号。

4. 多载波复用多载波复用模块将QPSK调制信号进行串行-并行转换，将多个并行的调制信号通过并行数据总线发送到通道传输模块。

5. 通道传输通道传输模块将并行的调制信号通过多个子载波进行传输。

在传输过程中，可能会出现信道衰落、噪声等问题，需要引入信道估计和均衡技术进行处理。

6. 接收与解调接收模块接收到经过信道传输后的信号，并进行信道估计和均衡处理，将接收到的信号进行QPSK解调，得到原始的二进制信息。

三、系统实现本文使用基于FPGA的开发板进行系统的实现。

通过使用硬件描述语言进行电路的设计，将各个模块进行逻辑连接，实现QPSK OFDM 调制解调器的功能。

基于FPGA与Matlab的数字正交解调器的设计周之丽;孟令军;王晓丹;张晓春【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2015(023)001【摘要】为有效提取测控系统输入信号的幅度和相位信息,设计了基于FPGA与Matlab的信号数字正交解调器;在Matlab/Simulink 环境中产生一路调幅信号,并在此环境下利用5个直接I型的4阶FIR滤波器节搭建了20阶FIR滤波器;利用FPGA查表法实现数控振荡器(NCO),并控制1路调幅信号与正交的正、余弦信号分别进行数字混频处理;对经FPGA数字混频处理后的两路倍频分量和基频分量信号进行滤波处理,经处理后的信号在FPGA的控制下进行相加处理;最后在硬件平台上进行了仿真测试实验,验证了该方案的正确性和可行性.【总页数】3页(P294-296)【作者】周之丽;孟令军;王晓丹;张晓春【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP957.51【相关文献】1.基于FPGA的全数字64QAM调制解调器设计 [J], 周媛;贾怀义2.基于FPGA的全新数字化PCM中频解调器设计 [J], 李宇;丁法珂3.基于FPGA的全数字QPSK调制解调器的设计 [J], 李理4.基于DSP的数字正交解调器的设计与实现 [J], 张兵;汤清华;吴国安;汤玉宇5.基于FPGA的超声信号数字正交解调器 [J], 温世杰;王小华;陈晓冬;郁道银因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

OFDM(正交频分复用)是一种高效的多载波调制技术，其最大的特点是传输速率高，具有很强的抗码间干扰和信道选择性衰落能力。

OFDM最初用于高速MODEM、数字移动通信和无线调频信道上的宽带数据传输，随着IEEE802.11a协议、BRAN(Broadband Radio Access Network）和多媒体的发展，数字音频广播（DAB）、地面数字视频广播(（DVB-T）和高清晰度电视（（HDTV）都应用了OFDM 技术.OFDM利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换（IDFT/DFT)代替多载波调制和解调，调制解调的核心是快速傅立叶运算单元，在进行蝴蝶运算时，不可避免的要进行大量的乘法运算。

由于FPGA具有强大的并行处理和计算能力,以及丰富的存储资源和逻辑运算资源,因此在FPGA器件上实现OFDM调制解调结构，具有很好的通用性和灵活性。

OFDM与系统框图OFDM的多个载波相互正交，一个信号内包含整数个载波周期，每个载波的频点和相邻载波零点重叠，这种载波间的部分重叠提高了频带利用率.OFDM每个子信道的频谱均为sinx/x形，各子信道频谱相互交叠，但在每个子信道载频的位置来自其他子信道的干扰为零，如图1所示。

OFDM系统如图2所示，OFDM系统的调制和解调分别由IFFT和FFT完成。

首先将串行输入数据d0，d1。

，d(N—1)变换成并行数据，接下来进行编码和星座图映射，得到频域数据。

经过IFFT后相当于调制到正交的N个f0，f1，。

，fN-1子载波,完成正交频分复用.接下来加入循环前缀，进行并/串转换,数/模转换，再调制到高频载波上发送。

如果是基带传输，则不需要进行载波调制。

在接收端进行相反的操作,使用N个相同的子载波进行N路解调，再将这N路解调信号并串输出，复现发送的原始信号。

经过FFT变换后的数据相当于将时域数据再转换成频域数据，即完成了OFDM信号的解调。

OFDM调制原理虽然是用N个正交的载波分别调制N路子信道码元序列,但实际中很难独立产生N个正交的载波。

FPGA调制解调FPGA调制解调是一种使用可编程逻辑器件（FPGA）实现的数字信号处理技术，用于将模拟信号转换为数字信号，并将其解调回模拟信号。

下面是一个详细的步骤来实现FPGA调制解调：1. 选择调制方案：首先确定要使用的调制方案，例如频移键控（FSK）、相移键控（PSK）或正交幅度调制（QAM）等。

根据调制方案，选择合适的调制器和解调器设计。

2. 信号采样：将模拟信号输入到FPGA之前，需要对其进行采样。

采样频率应满足奈奎斯特采样定理，通常是模拟信号频率的两倍。

3. 数字化：将采样的模拟信号转换为数字信号。

使用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，并将其输入到FPGA内部。

4. 调制：根据选择的调制方案，在FPGA中实现调制器。

调制器的功能是将数字信号转换为调制信号。

根据调制方案的不同，调制器可以使用数字频率合成器（NCO）生成调制信号的频率，然后使用数字乘法器将调制信号与数字信号相乘。

5. 数字信号处理：对调制后的信号进行数字信号处理。

这可能包括滤波、频谱分析、功率控制等。

6. 解调：根据选择的调制方案，在FPGA中实现解调器。

解调器的功能是将调制信号转换为数字信号。

解调器通常使用相关器或相干解调器来提取调制信号中的信息。

7. 数字解调：将解调器输出的数字信号转换为模拟信号。

使用数模转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号，并将其输出到外部设备或系统。

8. 信号重构：对解调后的信号进行重构。

这可能包括滤波、放大、平衡等操作，以恢复原始信号的质量。

9. 输出：将重构后的信号输出到目标设备或系统，如扬声器、显示器等。

总结起来，FPGA调制解调的过程包括信号采样、数字化、调制、数字信号处理、解调、数字解调、信号重构和输出。

每个步骤都需要根据具体的调制方案进行合适的设计和实现。