基于CPLD實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制電路的設(shè)計(jì)

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)制序列按每兩位碼元分為一組，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1QPSK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)制序列每兩位碼元分為一組。

方案中，用四種波形表示四種相位(圖2)

圖2 用四種波形表示四種相位

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、01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)起來相對(duì)復(fù)雜。設(shè)計(jì)中購買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、01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)制出來的信號(hào)是數(shù)字基帶信號(hào)，需要經(jīng)過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

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)。