1、第6章 数字调制与解调系统设计,基于Verilog HDL的通信系统设计,基于Verilog HDL的通信系统设计,调制是现代数字通信系统中必不可少的一部分。调制多种多样，各有优缺点。在实际数字通信系统中，根据应用要求来选择合适的调制。本章介绍了ASK、FSK、PSK三种基本的调制形式，然后扩展到多进制数字调制，重点介绍了QPSK的原理和设计。多进制调制频率利用率高，更有利于高速数据传输。最后介绍脉冲调制，用离散的脉冲串作为载波，在光纤传输、空间通信等领域有着广泛的应用。,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-1 数字调制与解调的基本原理,用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制
2、载波参量某些的变化，这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数位解调。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号，被调制的高频电振荡称为载波。调制的信号通过传输后被接受端接收，把调制信号恢复成原始的基带信号。 按照调制信号的性质可以把调制分为：模拟调制和数字调制两种，随着数字通信的发展，模拟调制基本被数字调制取代。,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-2-1 2-ASK调制原理,数字信号对载波振幅调制称为振幅键控，即ASK（Amplitude Shift Keying），本节重点讨论的是二进制振幅键控调制（2-ASK）的原理及其实现。2-ASK又称二进制开关
3、键控（OOK，On-Off Keying），它是以单极性不归零码来控制载波的开启和关闭的，其调制方式的出现比模拟调制还早。虽然2-ASK的抗干扰性能不如其它调制方式，在无线通信中没有获得实际应用，但由于其实现简单，在光纤通信中广泛应用。此外，2-ASK的分析方法是研究数字调制的理论基础。2-ASK调制有两种实现方法：乘法器实现法和键控法。,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-2-2 2-ASK调制的Verilog HDL实现,根据前面提出的2-ASK调制原理，本节给出采用键控法来实现2-ASK调制的Verilog HDL实现。这里采用单极性不归零码来控制载波的开启和关闭。,6-2-3
4、 2-ASK解调原理,2-ASK的解调方法有相干解调与非相干解调两种。相干解调要求接收端提供相干载波。而非相干解调是根据已调信号自身特点来解调。,6-2-4 2-ASK解调的Verilog HDL实现,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-3 FSK调制与解调系统的设计,频移键控，即FSK（Frequency-Shift Keying）是对载波频率的调制，它用不同频率的载波来传递数字信号，用数字基带信号控制载波信号的频率。2-FSK又称二进制频移键控,是用两个不同频率的载波来代表数字信号的两种电平。接收端收到不同的载波信号后解调成数字信号，完成信息传递。,基于Verilog HDL的通
5、信系统设计,6-3-1 2-FSK调制原理,有两种方法可以产生2-FSK信号，这两种方法是直接调频法和频率键控法。,这两种产生2-FSK信号的方法各有优缺点：,直接调制法实现电路相对要简单，但不够稳定，输出波形是连续的，转换速度慢。 频率键控法转换速度快，输出波形要好，而相位是不连续的 。,6-3-2 2-FSK调制的Verilog HDL实现,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-3-3 2-FSK解调原理,二进制数字频率键控（2-FSK）信号常用的解调方法有3种：,同步检测法。 过零检测法。 差分检波法。,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-4 PSK调制与解调系统的设计
6、,数字信号对载波相位调制称为相位键控，即PSK（Phase-Shift Keying）。是通过数字基带信号控制载波的相位，使得载波相位发生跳变的一种调制方式。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。,6-4-1 2-PSK调制基本原理,6-4-2 2-PSK调制的Verilog HDL实现,根据PSK调制原理，这里给出采用键控法来实现2-PSK的Verilog HDL实现。,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-4-3 2-PSK解调原理,2-PSK解调通常采用相干解调的方式，其解
7、调原理框图如图6-24所示。,图6-24 2-PSK相干解调原理框图,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-4-4 2-PSK解调的Verilog HDL实现,根据前面2-PSK相干解调实现原理，本节给出一种可以实现2-PSK解调的Verilog HDL程序。2-PSK解调模块的接口信号图如图6-26所示。,图6-26 2-PSK解调模块接口信号图,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-5 QPSK调制与解调系统的设计,6-5-1 QPSK调制原理,利用载波不同的四种相位差来表征输入的数字信息构成四进制移相键控（QPSK）。QPSK是M=4时的调相技术。由于它具有4种载波相位，
8、而输入的数字序列为2进制，为了完成4进制载波和2进制序列的匹配，需要把2进制数据变换为4进制数据。具体的操作方法就是2进制数字序列中每2个bits分为一组，所以共有四种组合：即00、01、10、11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位2进制信息比特组成，并分别代表4进制4个符号中的一个符号。,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-5-2 QPSK调制的Verilog HDL实现,根据QPSK调制原理，这里给出采用相位选择法来实现QPSK调制的Verilog HDL实现。QPSK调制模块的接口信号图如图6-30所示。,图6-30 QPSK结构功能框图,基于Verilog
9、HDL的通信系统设计,6-5-3 QPSK解调,QPSK解调原理框图如图6-32所示。QPSK调制器工作过程如下。,图6-32 QPSK解调原理框图,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-5-4 QPSK解调的Verilog HDL实现,根据前面QPSK解调实现原理，本节给出一种简单的可以实现QPSK解调的Verilog HDL程序。QPSK解调模块的接口信号图如图6-33所示。,图6-33 QPSK解调模块接口信号图,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-6 PPM调制与解调系统的Veriog HDL实现,调制技术是采用连续的振荡波作为载波，这一节载波采用离散的脉冲串，用基带
10、信号去改变脉冲的某些参数来实现调制目的。按基带信号改变脉冲参数的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）。本节重点介绍PPM调制原理及其Veriog HDL实现。,6-6-1 PPM调制原理,PPM调制器由串并变换、二进制分频器、比较器和窄脉冲形成器组成。串并变换器相当于一个二进制加法器；二进制分频器是4分频器，输出高低2位二进制信号；比较器用于比较分频器输出的高低位与加法器的高低位，当比较分频器输出的高低位与加法器的高低位相同时，输出码元“1”，否则为码元“0”；脉冲形成器用一个触发器对比较器的输出信号的一个时钟周期进行延迟，反相后和比较器的输出信号相与
11、，最终获得窄脉冲PPM调制信号。,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-6-2 PPM调制的Verilog HDL实现,根据以上的PPM调制实现原理，本节给出一种简单的PPM调制的Verilog HDL程序。PPM调制模块的接口信号图如图6-37所示。,图6-37 PPM调制模块接口信号图,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-6-3 PPM解调原理,PPM解调原理框图如图6-39所示。,图6-39 PPM解调实现原理框图,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-6-4 PPM解调的Verilog HDL实现,根据以上的PPM解调实现原理，本节给出一种简单的可以实现PPM解调的Verilog HDL程序。PPM解调模块的接口信号图如图6-40所示。,图6-40 PPM解调电路符号,基于Verilog HDL的通信系统设计,6-7 本章小结,本章介绍最基本的三种调制形式ASK、PSK、FSK的基本原理及其Verilog HDL实现，然后由二进制调制进入多进制调制，着重介绍了QPSK的原理及其实现，最后介绍了PPM（脉冲调制的一种），脉冲调制有别于前面介绍的几种调制形式，脉冲调制的载波是离散的脉冲串，而前面介绍的调制形式，载波采用的是连续波。由于篇幅有限，本章介绍的几种调制是常见的、基本的调制形式，可以作为更复杂调制形式的基础。,
