原论文为《FPGA based generalized architecture for Modulation and Demodulation Techniques》

Abstract

在这里，我们设计了一种调制器-解调器电路，该电路可以执行不同的调制方案，例如-AM，ASK，BPSK，FSK和QPSK。 基于LUT的实现和基于VHDL的完整实现都是通过使用数字高频载波来完成的。第一步是使用MATLAB Simulink实现整个调制和解调方案。 VHDL程序的格式围绕“块”的概念构建，而“块”是VHDL设计的基本构建单元。

1 INTRODUCTION

本文的目的是设计一种调制器-解调器电路，该电路可以执行诸如AM，ASK，BPSK，FSK和QPSK之类的不同调制方案。根据许多文献调查可以看出，到目前为止所做的工作主要是基于存储模拟载波的采样数字值以实现任何调制技术。 例如，MichalKováč[1]的一篇论文在Xilinx ISE开发工具中使用VHDL语言和DDS（直接数字合成器）组件在FPGA中实现了调制器。 但是在本文中，基于LUT的实现和基于VHDL的完整实现都是通过使用数字高频载波完成的。第一步，使用MATLAB Simulink实现整个调制和解调方案。 调制方案是AM，ASK，BPSK，FSK和QPSK。 下一步，使用VHDL设计AM和QPSK。 此硬件描述用于配置具有自定义逻辑设计的可编程逻辑设备（PLD），例如现场可编程门阵列（FPGA）。VHDL程序的通用格式是围绕块的概念构建的，块是VHDL设计的基本构建单元。在这些设计块中，可以容易地描述功能的逻辑电路。

2调制器和解调器架构

AM：幅度调制被定义为载波幅度随平均值随基带信号线性变化的过程。 调幅是线性调制，请注意AM信号的形式为

在频率上具有频率分量ωc,ωc + ωm, ωc -ωm

ASK：ASK描述了将载波与数字信号f(t)相乘的技术。 从数学上讲，调制后的载波信号为s(t)：

BPSK：在BPSK调制中，载波相位获取两个离散状态（0°和180°），它们对应于调制信号的一位。 因此，符号周期等于比特周期Ts ＝ Tb。 BPSK调制输出表示为

其中m（t）是调制基带信号±1，fc是载波频率，是初始相位

FSK：在FSK系统中，两个振幅相同的Ac，但频率不同的fc1和fc2的正弦波分别表示二进制符号1和0

QPSK：在QPSK调制中，载波相位获取四个离散状态（±45°和±135°），它们对应于几个调制信号位。 符号周期是比特周期Ts ＝ 2.Tb的两倍。 QPSK是二进制PSK的扩展。 在二进制数据传输中，我们在每个比特间隔Tb内仅传输两个可能信号中的一个。另一方面，在Mary数据传输中，可以在每个信令间隔T中发送M个可能信号中的任何一个。
在大多数情况下，可能的信号是

其中n是整数。
信令间隔为

3 设计方法论

系统设计实质上是系统解决方案的蓝图或计划。 在第一步中，我已使用MATLAB Simulink设计了整个系统。 描述了一个Matlab-Simulink仿真模型，它可以对完整的调制和解调方案进行准确的性能预测。 下一步，使用HDL编码在FPGA中构建基本单元。
i>确定各种通信方案的基本构建块（BBB）.
ii>使用具有适当规格的Matlab Simulink设计BBB.
iii>使用MUX开发有效的路由机制。
iv>将不同的模拟电路转换为其数字等效电路
v>使用“ C”程序通过采样量化和编码来获得模拟信号的数字等效输出。
vi>使用VHDL编码设计FPGA中的所有基本单元。

但是，不同的部分不能完全彼此独立，因为它们一起形成了系统。 不同的部门必须合作并沟通以解决更大的问题。

调制器：这里设计的调制器是一个模拟调制器，基本上使用模拟分量。在第一步中，我考虑了所有调制方案的所有基本部件，并采用了各种相似和不同的部分 调制方案并将其视为基本构件（BBB）。 有了这个基本构件中我已经建立了一些路由器或交换机的模型，以便根据要求我们可以得到不同的调制方案。 因此，为此，我们考虑了一些控制信号，并且改变这些信号可以得到不同的调制方案。

基本构建块：

不同的低通滤波器（不同的截止频率），高通滤波器，逆变器，积分器，加法器，乘法器，脉冲波发生器，正弦波发生器：本地振荡器，带通滤波器，单极性至双极性转换器，具有不同控制的多端口开关 信号：，Butterworth滤波器（LPF。）2阶，传递函数= 1 /（S + 1），移相器，比较器，消息信号：-不同的波发生器，控制开关。这里的控制开关模型如下：- 基本组件：-解复用器，

表1：调制器中的控制逻辑

表2：解调器中的控制逻辑

图2：调制器(使用模拟组件在Matlab Simulink中设计)

图3：解调器（在Matlab Simulink中设计，带有模拟组件）

4 结果与分析：

A 利用率计算：

Analog Modulation:模拟调制：

Utilization Factor：利用率
Number of operational amplifier：运算放大器数量

模拟解调：

B.FPGA结果：-在不同的模式下

表5：设备利用率之间的比较

C.运算放大器利用率的计算

表7：基本单元所需的运算放大器数量因此调制器电路中的运算放大器数量：-22

5. CONCLUSION & FUTURE WORK

1.实现了多种调制方式的调制解调电路，并在FPGA上实现了AM、ASK、BPSK、FSK、QPSK的FPGA实现。

2.设计了调制解调器，给出了不同的调制方案，只需改变控制信号即可得到特定的调制技术。

FPGA实现基于全数字技术，只需数字电路即可实现。

使用的载波也是数字高频方波信号。

因此，总体实现速度远快于其他采用模拟信号和模拟电路的技术。

将来有可能开发出一种完整的基于FPGA的调制解调技术，这是我在MATLAB中完全实现的，在SIMULINK中实现的，在FPGA中实现的部分实现。

最后

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