基于VerilogHDL的2PSK调制解调器的设计

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本科毕业设计（论文）开题报告

论文题目： 基于VerilogHDL的2PSK调制解调器的设计

学 生 姓 名： 空空 学 号：1234 56789 二级学院名称： 电子信息学院 专 业：电子信息工程 指 导 教 师：职 称：合作/企业教师： 称： 填表日期：2014 年 12 月 8日

一、选题的背景与意义

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随着通信系统复杂性不断增加，传统设计已不能适应发展的需要，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视，因此在设计新系统时，要对原有的系统做出修改或者进行相关研究，通常要进行建模和仿真，通过仿真结果来衡量方案的可行性，从中选择合理的系统配置和参数设置，然后进行实际应用。数字调制解调器是任何数字通信系统中最为关键的部件之一，一个能使用高效的调制方式、实现高的接入速率并能满足不同体制的数字调制解调器是一个宽带数字通信系统的关键所在。

目前，对数字通信系统的分析与研究越来越重要，数字调制作为数字通信系统的重要部分之一，对它的研究也是有必要的。通过对调制解调系统的仿真，我们可以更加直观的了解数字调制解调系统的性能及影响性能的因素，从而便于改进系统，获得更佳的传输性能。数字调制解调技术在数字通信中占有非常重要的地位，PSK即相移键控调制技术，是最基本的调制解调方式之一。

数字通信具有明显的优点：首先是数字通信有很强的抗干扰能力。叠加噪声的模拟信号在传输的过程中很难分离，数字通信的信息是包含在脉冲的有无之中，噪声会随着信号被传输、放大、严重影响通信质量。只要噪声绝对值，不超过一定阈值，接收器便可区分是否有脉冲，以保证通信的可靠性。其次优点还有数字信号的远距离传输仍能保证信号的质量。数字通信是采用再生中继方式，可以消减噪音，数字信号的再生和原来的数字信号一样都可继续传输，使得通信质量便不受距离的影响，可进行高品质的长途通信。它还具有适应各种通信服务，并且促进实现一个统一的综合业务数字网，以方便使用LSI，并促使实现加密处理，便于实现计算机通信网的管理等等。而这些特点是模拟通信不具有的。

Verilog HDL作为一种高级的硬件描述编程语言，有着类似C语言的风格。其中if语句、case语句等和C语言中的对应语句十分相似。上学期学习了EDA技术与应用这门课程，初步掌握了EDA技术的基本知识，学会了一些基本的语法知识和系统设计方法，此次毕业设计我利用Verilog HDL语言设计了2PSK调制解调器，主要介绍了用Verilog HDL语言的编程方法和设计思路，以及2PSK波形的产生原理，巩固了平时所学到的电子设计的知识，也对通信原理中的关于2PSK的知识加深了理解。

二、 研究的基本内容与拟解决的主要问题

此次毕业设计课题需要运用采用Verilog HDL语言实现2PSK调制解调过程，需要掌握2PSK的调制解调原理、选择解调方法以及设计实验流程。并在ModelSim软件上完成波形仿真，进行分析。要借鉴整论文或者想了解原理的朋友可加微信：kongkongdove

2.1 研究的基本内容：

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PSK（相移键控）是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率不变。2PSK二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时也称为绝对相移方式。

2.1.1 调制原理：

二进制相移键控（即2PSK）中，通常用相位0和π来分别表示“0”或“1”。2PSK已调信号的时域表达式为

Acos( ct n)

0发送“0”时 n=其中， 表示第n个符号的绝对相位： n 发送“1”时

e2PSK(t)

相乘，即：

因此时域表达式可以写为： e2PSK(t)

Acos ct Acos ct

概率为P 概率为1-P

2PSK信号一般可以表示为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波

e2PSK(t) s(t)cos ct

这里，s(t) ang(t nTs)，式中，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统

n

1,概率为P

计特性为：an 。即发送二进制符号“0”时，an取+1，e2PSK(t)

1,概率为（1-P）取0相位；发送二进制符号“1”时，an取-1，e2PSK(t)取π相位。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为绝对相移方式。

2PSK信号的典型波形如图2.1所示。

绝对码 数字信号

1 0 1 1 0 0 1

2PSK输出

图2.1 2PSK信号的典型波形

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二进制相位键控用同一个载波的两种相位来表示数字信号。相对于ASK和FSK系统来说，PSK系统抗噪声能力更强，因而在现代数字通信中有更为广泛的应用。二进制相移键控的调制可分为模拟调制和数字调制监控的方法产生2PSK信号。就模拟调制法而言，与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不同，因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。而就键控法来说，用数字基带信号s(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出，这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。数字信号对载波的相位调制是通过数字基带信号控制载波相位发生跳变的一种调制方式。下面图2.2给出了2PSK调制原理图：

)

相乘法（模拟调制法）

开关法（键控法） 图2.2 2PSK信号的产生方法

2.1.2 解调原理：

2PSK信号相干解调的过程实际上是输入已调信号与本地载波信号进行极性比较的过程，故常称为极性比较法解调。由于2PSK信号实际上是以一个固定初相的末调载波为参考的，因此，解调时必须有与此同频同相的同步载波。如果同步载波的相位发生变化，如0相位变为π相位或π相位变为0相位，则恢复的数字信息就会发生“0”变“1”或“1”变“0”，从而造成错误的恢复。这种因为本地参考载波倒相，而在接收端发生错误恢复的现象称为“倒π”现象或“反向工作”现象。

由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图3.1中给出了2PSK的相干解调原理图。

开关电路

)

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图3.1 2PSK

的相干解调原理图

图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0。2PSK相干解调系统框图及各个测试行波形如下图3.2：

定时脉冲 ↑ 0 ↑b

a

信号(对第一个Ts实际为-sin ct)

b

本地载波(实际为sin ct)

c

对第一个Ts，相乘后的信号号为

11 4

2( ct) cos(2 ct) 1 cos(t) 1

22 Tc

d

e

2.2 拟解决的主要问题：

第一个Ts内低通滤波后的信号

抽样判决后的信号 负值判为1，正值判为0

图3.2 各个测试点波形

1、了解有关2PSK调制解调器的实现方法、手段等技术。

2、需要掌握2PSK调制以及解调系统的工作原理，设计一个2PSK调制解调器。

3、学习Verilog HDL语言、学会在ModelSim软件上完成波形仿真，并进行分析。

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4、总结设计实现，完成撰写毕业论文工作。

三、 研究的方法与技术路线

1、文献法

查阅文献资料，深入理解掌握2PSK调制解调器的基本知识，掌握调制和解调的工作原理和基本方法。

2、实验法

学习并且运用ModelSim软件，学习使用Verilog HDL语言，编写相应的程序，实现信号的产生、调制以及解调。

四、可行性分析与进度安排

Mentor公司的ModelSim是业界最优秀的HDL语言仿真软件，它能提供友好的仿真环境，是业界唯一的单内核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器。它采用直接优化的编译技术、Tcl/Tk技术、和单一内核仿真技术，编译仿真速度快，编译的代码与平台无关，便于保护IP核，个性化的图形界面和用户接口，为用户加快调错提供强有力的手段，是FPGA/ASIC设计的首选仿真软件。

Verilog HDL就是在用途最广泛的C语言的基础上发展起来的一种硬件描述语言，它是由GDA(Gateway Design Automation)公司的PhilMoorby在1983年末首创的。Verilog HDL的最大优点是：它是一种非常容易掌握的硬件描述语言。只要对Verilog HDL某些语句的特殊方面着重理解，并加强上机练习就能很好地掌握它，利用它的强大功能来设计复杂的数字逻辑电路。2PSK调制解调器整个设计过程采用Verilog HDL语言实现，具有良好的可行性。

进度安排：

1、10月下旬至12月中旬：搜集相关资料，熟悉ModelSim软件的使用，了解课题要求、完成文献综述、外文翻译、开题报告撰写等工作。

2、12月下旬至3月下旬：调制解调器方案细化，编写Verilog HDL程序，在软件上调试、仿真。

3、4月上旬至4月中旬：整理资料，优化程序和设计，并开始撰写毕业论文。

4、4月下旬至5月4日：修改并完成毕业设计论文。 5、5月19日：毕业设计答辩。

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