基于QPSK调制的扩频通信技术及其FPGA实现
发布时间：2021-02-23 10:03
扩展频谱通信是现代通信技术研究中的一个重要方向,也是应用极广的一种通信手段,在卫星通信、军事通信、移动通信占据了举足轻重的地位。扩频通信优良的抗干扰能力以及防窃听能力,能够满足现代通信对于保密性和抗干扰的要求。而数字调制解调技术是现代通信中的核心技术之一,其中QPSK调制由于其频带利用率高和抗干扰能力强的优势得到了广泛应用。软件无线电技术飞速发展,使用可编程的FPGA替代传统的硬件设备,大大降低了成本,提高了系统的通用性,因此本文研究直接序列扩频通信系统设计方法及其FPGA实现具有重要意义。本文首先研究扩频解扩方法和DQPSK调制解调方法的基本理论,主要包括伪码同步中捕获与跟踪的原理,以及QPSK调制解调的原理。本文设计的直扩系统发射端由码变换模块、差分编码模块、成形滤波以及载波调制等组成;接收端包括数字下变频、载波同步、伪码同步以及位定时同步环路等环路。以此为基础,本文详细介绍了各个模块设计原理和FPGA实现方案,重点研究直扩系统中伪码同步环路和QPSK解调算法的设计方案。本文采用了序列相位搜索法和延迟锁定环组成伪码同步环路;解调部分采用了基于Costas环的相干解调算法。对直扩信号...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多频段多模式电台在易通话获得成功的基础上，以多频段多模式（MBMMR）为核心，美国为了
倌曛校?尴咄ㄐ偶绦?欧伤俚姆⒄梗?欢贤黄破烤保???碌募际酢Ｄ壳埃??字通信因为具有更强抗干扰能力、更优良的传输差错控制性能，已经取代模拟通信成为现代信息传输的首要选择[17]。与模拟调制相同，按照数字信号对载波幅值、频率、相位三个参量的控制，数字调制中分为振幅键控、频移键控以及相移键控三种基本调制方式，它们都被广泛应用于数字通信系统当中[18]，如图1-2为QPSK调制技术载波相位对应关系，QPSK即正交相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying,QPSK），是在传统的PSK调制方式上衍生出的四进制调制技术。图1-2QPSK调制载波相位对应关系目前，随着现代数字通信中通信容量和通信距离不断提升，出现了一些诸如信道的带宽受限，非线性影响等等。原有的数字调制技术很难满足通信要求。学者们围绕节约频谱资源和提高频率带宽的利用率，研究出一系列新的调制技术，比如高斯滤波最小移相键控（GMSK），GMSK调制主要用于欧洲和北美地区的TDMA传输系统中[18]。而发展到3G时代，CDMA技术作为第二代商业竞争的胜利者被普及开来，GMSK调制被逐渐取代，QPSK调制技术及其改进技术再次称为主流基础调制方式，CDMA系统利用了扩频技术作为提高数据传输速率的方法，并得到广大推广。为减小非线性对输出信号的影响，同时充分利用频率资源，提高频谱利用率，出现了了一些具有优良特性的新型调制技术，正交幅度调制（QAM）就是其中的典型代表，它是一种载波振幅与相位同时发生变化的调整方式，利用相互正交的载波对两路信后分辨惊醒双边带抑制载波调幅而形成的合成信号，通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（16QAM）、八进制QAM（64QAM）等技术，这种调制技术被广泛应用于无线数字微波、数字视频广播（DVB）和高速调制解调器中[19]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-15-图2-5解扩后信号频谱对于由于多径效应所带来的有用信号的衍生信号而言，同样由于其和伪随机序列不具有相关性的关系，其信号频率带宽同样无法被压缩提取，从而恢复为窄带信号。当解扩完成后，接收机系统只需要对信号进行滤波，就可以得到有用信号，从解扩后频谱图可，解扩后的有用信号速率为数据原始速率Rb，则其带宽为Bb=2Rb，其信号主要能量集中在此频带范围内，因此只需要根据此带宽设置滤波器的截止频率和带宽范围，只输出频率落在此通频带内的信号，实现滤除噪声和干扰信号的目的，如图2-6所示，可以看到滤波器输出的信号中，干扰信号和噪声能量已经很低，通信系统信噪比大大提高。图2-6滤波器输出信号频谱从功率谱密度的角度可以更好的看出扩频系统的抗干扰能力，功率谱密度即
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩频通信技术在通信中的研究[J]. 薛天. 电子制作. 2019(16)
[2]直接序列扩频通信抗干扰能力研究[J]. 白春惠. 舰船电子工程. 2019(04)
[3]直接系列扩频通信在煤矿井下移动通信中的应用[J]. 洪军. 信息与电脑(理论版). 2018(13)
[4]基于PXI总线的小卫星扩频应答机模拟器的设计与实现[J]. 高茹,曹丽君,曾鸿,户若虚. 计算机测量与控制. 2016(10)
[5]卫星链路QPSK解调优化设计与实现[J]. 彭勃,白园,耿亮. 通信技术. 2016(05)
[6]软件无线电技术在航天测控应答机中的应用[J]. 金骏,孙晨,王文伟,江勇. 中国新通信. 2016(06)
[7]基于FPGA的扩频同步捕捉跟踪设计[J]. 李翔,魏幼平,李忠敏,张衎,韩国梁. 微型机与应用. 2013(16)
[8]基于FPGA的m序列发生器的设计[J]. 高磊,陈志强,吴黎慧,蒲南江. 电子测试. 2011(08)
[9]直扩信号数字载波环的FPGA设计与实现[J]. 杜勇,刘帝英. 微处理机. 2008(04)
[10]数字延迟锁定环设计技术研究[J]. 任敏华,张伟,徐国强. 计算机工程. 2007(17)
硕士论文
[1]多径环境下的扩频通信接收技术研究与实现[D]. 程丹.电子科技大学 2019
[2]基于FPGA的QPSK调制解调系统设计与实现[D]. 刘凡.南京邮电大学 2017
[3]无人机测控混沌扩频系统的设计与实现[D]. 高伟.电子科技大学 2017
[4]高阶QAM解调中的同步算法研究[D]. 吴凤辉.哈尔滨工业大学 2016
[5]基于FPGA的载波同步与位同步系统的设计[D]. 张嘉良.大连海事大学 2016
[6]基于FPGA的高分辨率线阵CCD图像检测系统的设计与实现[D]. 吴维起.国防科学技术大学 2014
[7]TDD通信系统的关键技术研究[D]. 梁星魂.电子科技大学 2012
[8]超宽带脉冲波形设计及调制技术研究[D]. 李海涨.电子科技大学 2010
[9]MBOK扩频方式性能研究[D]. 于澔.哈尔滨工业大学 2009
[10]基于QPSK调制的扩频系统的FPGA实现[D]. 何秀慧.南京理工大学 2007
本文编号：3047410
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多频段多模式电台在易通话获得成功的基础上，以多频段多模式（MBMMR）为核心，美国为了
倌曛校?尴咄ㄐ偶绦?欧伤俚姆⒄梗?欢贤黄破烤保???碌募际酢Ｄ壳埃??字通信因为具有更强抗干扰能力、更优良的传输差错控制性能，已经取代模拟通信成为现代信息传输的首要选择[17]。与模拟调制相同，按照数字信号对载波幅值、频率、相位三个参量的控制，数字调制中分为振幅键控、频移键控以及相移键控三种基本调制方式，它们都被广泛应用于数字通信系统当中[18]，如图1-2为QPSK调制技术载波相位对应关系，QPSK即正交相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying,QPSK），是在传统的PSK调制方式上衍生出的四进制调制技术。图1-2QPSK调制载波相位对应关系目前，随着现代数字通信中通信容量和通信距离不断提升，出现了一些诸如信道的带宽受限，非线性影响等等。原有的数字调制技术很难满足通信要求。学者们围绕节约频谱资源和提高频率带宽的利用率，研究出一系列新的调制技术，比如高斯滤波最小移相键控（GMSK），GMSK调制主要用于欧洲和北美地区的TDMA传输系统中[18]。而发展到3G时代，CDMA技术作为第二代商业竞争的胜利者被普及开来，GMSK调制被逐渐取代，QPSK调制技术及其改进技术再次称为主流基础调制方式，CDMA系统利用了扩频技术作为提高数据传输速率的方法，并得到广大推广。为减小非线性对输出信号的影响，同时充分利用频率资源，提高频谱利用率，出现了了一些具有优良特性的新型调制技术，正交幅度调制（QAM）就是其中的典型代表，它是一种载波振幅与相位同时发生变化的调整方式，利用相互正交的载波对两路信后分辨惊醒双边带抑制载波调幅而形成的合成信号，通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（16QAM）、八进制QAM（64QAM）等技术，这种调制技术被广泛应用于无线数字微波、数字视频广播（DVB）和高速调制解调器中[19]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-15-图2-5解扩后信号频谱对于由于多径效应所带来的有用信号的衍生信号而言，同样由于其和伪随机序列不具有相关性的关系，其信号频率带宽同样无法被压缩提取，从而恢复为窄带信号。当解扩完成后，接收机系统只需要对信号进行滤波，就可以得到有用信号，从解扩后频谱图可，解扩后的有用信号速率为数据原始速率Rb，则其带宽为Bb=2Rb，其信号主要能量集中在此频带范围内，因此只需要根据此带宽设置滤波器的截止频率和带宽范围，只输出频率落在此通频带内的信号，实现滤除噪声和干扰信号的目的，如图2-6所示，可以看到滤波器输出的信号中，干扰信号和噪声能量已经很低，通信系统信噪比大大提高。图2-6滤波器输出信号频谱从功率谱密度的角度可以更好的看出扩频系统的抗干扰能力，功率谱密度即
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩频通信技术在通信中的研究[J]. 薛天. 电子制作. 2019(16)
[2]直接序列扩频通信抗干扰能力研究[J]. 白春惠. 舰船电子工程. 2019(04)
[3]直接系列扩频通信在煤矿井下移动通信中的应用[J]. 洪军. 信息与电脑(理论版). 2018(13)
[4]基于PXI总线的小卫星扩频应答机模拟器的设计与实现[J]. 高茹,曹丽君,曾鸿,户若虚. 计算机测量与控制. 2016(10)
[5]卫星链路QPSK解调优化设计与实现[J]. 彭勃,白园,耿亮. 通信技术. 2016(05)
[6]软件无线电技术在航天测控应答机中的应用[J]. 金骏,孙晨,王文伟,江勇. 中国新通信. 2016(06)
[7]基于FPGA的扩频同步捕捉跟踪设计[J]. 李翔,魏幼平,李忠敏,张衎,韩国梁. 微型机与应用. 2013(16)
[8]基于FPGA的m序列发生器的设计[J]. 高磊,陈志强,吴黎慧,蒲南江. 电子测试. 2011(08)
[9]直扩信号数字载波环的FPGA设计与实现[J]. 杜勇,刘帝英. 微处理机. 2008(04)
[10]数字延迟锁定环设计技术研究[J]. 任敏华,张伟,徐国强. 计算机工程. 2007(17)
硕士论文
[1]多径环境下的扩频通信接收技术研究与实现[D]. 程丹.电子科技大学 2019
[2]基于FPGA的QPSK调制解调系统设计与实现[D]. 刘凡.南京邮电大学 2017
[3]无人机测控混沌扩频系统的设计与实现[D]. 高伟.电子科技大学 2017
[4]高阶QAM解调中的同步算法研究[D]. 吴凤辉.哈尔滨工业大学 2016
[5]基于FPGA的载波同步与位同步系统的设计[D]. 张嘉良.大连海事大学 2016
[6]基于FPGA的高分辨率线阵CCD图像检测系统的设计与实现[D]. 吴维起.国防科学技术大学 2014
[7]TDD通信系统的关键技术研究[D]. 梁星魂.电子科技大学 2012
[8]超宽带脉冲波形设计及调制技术研究[D]. 李海涨.电子科技大学 2010
[9]MBOK扩频方式性能研究[D]. 于澔.哈尔滨工业大学 2009
[10]基于QPSK调制的扩频系统的FPGA实现[D]. 何秀慧.南京理工大学 2007
本文编号：3047410
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