摘 要

本文主要研究内容为BPSK调制解调器的硬件描述语言程序设计，也即在硬件平台（FPGA）上利用硬件语言(VHDL)实现完整的BPSK调制解调过程。

本文的硬件平台采用EDA/SOPC实验箱，该实验箱采用Altera公司的CycloneIII系列的EP3C16Q240C8芯片为核心。软件部分采用Quartus II 11.0这一软件进行编程设计，利用VHDL语言编写计数模块，作为基带信号。然后通过计数模块控制存有模拟波形幅值的LPM模块进行输出，也即调制过程。再将调制输出信号通过比较模块、码型变化模块，得到解调信号，与基带信号比较分析。

上述各个模块采用VHDL语言编写，并且生成该工程内部的模块图形，在顶层文件bdf中将方案设计的各个模块连接，并进行必要的管脚锁定和输出显示，完成整个BPSK信号调制解调系统的模块设计。再在调试成功后，通过JTAG下载口将硬件描述语言生成的sof文件下载至实验箱上，利用Quartus II 11.0软件中的SignalTap这一工具实时观察其输出结果，并且进行分析比较。

最后输出结果表明，本次研究设计能较好的完成BPSK整个调制解调过程。

关键词：BPSK；调制；解调；SignalTap

Abstract

The main research content of this paper is the hardware description language programming of BPSK modem, which is to use the hardware language (VHDL) to realize the complete BPSK modulation and demodulation process on the hardware platform (FPGA).

In this paper, the hardware platform using EDA/SOPC experimental box, the experimental box using CycloneIII Altera series EP3C16Q240C8 chip as the core. As for software part,I use the Quartus II 11.0 software for software programming.Using VHDL language programming count module,as a base band signal.Then,the LPM module which has the analog waveform amplitude is output by the counting module,and the modulation preocess is also controlled.The modulation output siganl is compared with the base band siganl throngh a comparison module,a code type change module,and a demodulation siganl.

The various modules using VHDL language to write,and generate the engineering graphics module,each module is the top-level file program design will be connected and necessary pin is locked and the output display,to finish the design of the module of the BPSK signal modulation and demodulation system.After the success of the test, through the JTAG download port, the sof file generated by the hardware description language will be downloaded to the experimental box.And finally, use the tool named as SignalTap in the Quartus 11 software to observe the output results in real time, and analysis and comparison.

The final output results show that the design of this study can preferably complete the whole BPSK modulation and demodulation process.

Key Words：BPSK; modulation; demodulation; SignalTap

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 背景及意义 1

1.2 硬件描述语言及FPGA发展现状 2

1.3 本文主要研究内容 2

第2章 调制解调基本原理及仿真实现 3

2.1 BPSK调制解调原理 3

2.1.1 BPSK简介 3

2.1.2 BPSK调制原理 4

2.1.3 BPSK解调原理 4

2.2 软件工具介绍 5

2.2.1 Quartus II软件介绍 5

2.2.2 Quartus II设计流程 5

2.2.3 Quartus II工作界面 7

2.2.4 SignalTap简介 7

2.2.5 SignalTap仿真设置 8

2.2.6 EDA/SOPC实验箱简介 9

2.3 本章小结 11

第3章 程序流程设计及模块功能仿真分析 12

3.1 程序流程图 12

3.2 调制过程软件分析及实现 13

3.2.1 波形文件.mif的生成 13

3.2.2 8位存储模块ROM的生成 14

3.2.3 BPSK调制信号生成 15

3.2.4 调制信号的SignalTap仿真结果分析 16

3.3 解调过程软件分析及实现 16

3.3.1 比较信号的生成 16

3.3.2 比较信号的SignalTap仿真结果分析 17

3.3.3 比较模块的生成 17

3.3.4 比较模块的SignalTap仿真结果分析 17

3.3.5 码型变化模块的生成 18

3.3.6 码型变化模块的SignalTap仿真结果分析 18

3.4 调制解调总系统的实现 19

3.4.1调制解调总系统模块图 19

3.4.2 调制解调总系统仿真 20

3.4.3 调制解调总系统的SignalTap仿真结果分析 20

3.5 本章小结 20

第4章 总结与展望 21

4.1 总结 21

4.2 展望 21

参考文献 23

附 录 24

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 背景及意义

在现代通信中，无线通信有着举足轻重的地位。随着通信行业的不断发展，业务量逐渐增加，随之而来的，是频谱资源逐渐紧张，信道间隔逐渐减少。而相对于模拟调制，数字调制的抗干扰能力强、适应各种通信业务要求、便于实现统一的综合业务数字网、便于采用大规模集成电路、便于实现加密处理、便于实现通信网的计算机管理等等优点^[1]，故数字调制所占的比例越来越高，且不断有新的数字调制方式出现^[2]。在这种情况下，我们研究数字调制是十分有意义的。

无线通信的调制方式有许多，根据各自自身的特点，被广泛应用于不同的场合。数字调制的基本方式分为三类：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）^[3]。BPSK（Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控）是PSK系列中最简单也是最重要的一种。它是采用两个相位相差180度且正交的信号分别表示0和1。BPSK调制解调通信系统在PSK系列中，其抗噪声能力是最佳的。也就是说，BPSK的调制信号即使在信道传输过程中失真，接收端在进行解调处理时仍然可以尽量减少错误的判断^[4]。因此，本次研究选取BPSK研究。

所有的调制解调方式，在实际应用中，均是依托硬件实现的。20世纪90年代发展起来的大规模可编程逻辑器件——现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA），随着电子设计自动化（Electronic Design Automation,EDA）技术和微电子技术的进步，采用目前较优的并行工作方式，在超高速、实时测控等各个通信领域内都有着十分广阔的应用前景以及研究意义^[5]。