FPGA的8PSK調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言

8PSK調(diào)制由于采用了8相位區(qū)分符號(hào)，且能夠支持較高的數(shù)據(jù)速率，因而使其成為從GPRS到第三代移動(dòng)通信的過渡性技術(shù)方案之一。這種調(diào)制技術(shù)能夠充分利用現(xiàn)有的GSM資源。因?yàn)樗�除了采用現(xiàn)有的GSM頻率外，同時(shí)還利用了大部分現(xiàn)有的GSM設(shè)備，而且只需對(duì)網(wǎng)絡(luò)軟件及硬件做一些較小的改動(dòng)，就能夠使運(yùn)營(yíng)商向移動(dòng)用戶提供(諸如互聯(lián)網(wǎng)瀏覽、視頻電話會(huì)議和高速電子郵件傳輸?shù)?無線多媒體服務(wù)，也就是說，該技術(shù)可在第三代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化之前提前為用戶提供個(gè)人多媒體通信業(yè)務(wù)。

1 基帶數(shù)字8PSK調(diào)制原理

由于8PSK調(diào)制技術(shù)主要采用8種相位來表示3bit碼元的23種狀態(tài)。因此，8PSK調(diào)制信號(hào)可用下式表示：
 

其中，θ是受調(diào)制的相位，它共有8種不同的取值。

在調(diào)制中，首先應(yīng)對(duì)輸入的二進(jìn)制碼流進(jìn)行分組，即每3個(gè)碼元一組。這樣，輸入的碼元共有8中不同的組合，然后用8種不同相位的載波去調(diào)制它們，其調(diào)制星座圖如圖1所示。

2 3π／8-8PSK基帶調(diào)制流程

EDGE目前采用的調(diào)制方式為3π／8-8PSK調(diào)制，調(diào)制符號(hào)速率為270.833 ksymb／s，相應(yīng)調(diào)制比特速率為812.5 kbit／s。根據(jù)GSM05.04(V 8.0.0)協(xié)議對(duì)8PSK調(diào)制方式的規(guī)定，可將基帶調(diào)制過程分為三個(gè)簡(jiǎn)單8相位調(diào)制、符號(hào)旋轉(zhuǎn)、成型濾波器濾波等三個(gè)步驟。經(jīng)步驟1、步驟2作用后所得的調(diào)制矢量，再經(jīng)過脈沖成型濾波器的濾波后，即可得到基帶調(diào)制信號(hào)。

2.1 符號(hào)映射

設(shè){di}為輸入調(diào)制比特序列，用8PSK調(diào)制方式首先將調(diào)制比特di映射成8PSK符號(hào)，應(yīng)遵循如下規(guī)律：

其中，l可由表1給出。

2.2符號(hào)旋轉(zhuǎn)

由于8PSK信號(hào)幅度不是恒定的，因此，被調(diào)制信號(hào)將不再保持恒定幅度，它必須能夠從任何起點(diǎn)到達(dá)任何相位位置。這意味著8-PSK信號(hào)的幅度變化很大，這給RF放大器帶來了較大壓力，而且可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步失真。通過8PSK設(shè)計(jì)的增強(qiáng)功能，即3π／8旋轉(zhuǎn)則能夠降低較大的幅度變化。所以，經(jīng)過符號(hào)映射后的符號(hào)，應(yīng)再按照F式進(jìn)行3π／8弧度的符號(hào)旋轉(zhuǎn)：

2.3脈沖成形

第三步是進(jìn)入脈沖成形濾波器。按照GSM規(guī)范05.04，該濾波器是線性化的GMSK脈沖濾波器，可認(rèn)為是線性化的高斯濾波器。脈沖成形FIR濾波器可利用IP CORE來實(shí)現(xiàn)。

3 8PSK調(diào)制的FPGA設(shè)計(jì)

整個(gè)8psk調(diào)制系統(tǒng)可以分為分頻器(提供不同的時(shí)鐘)、burst數(shù)據(jù)提取、符號(hào)映射、符號(hào)旋轉(zhuǎn)、IQ分離、脈沖成形濾波、DAC變換、以及射頻調(diào)制等幾個(gè)模塊。其中前面的6個(gè)模塊可全部在FPGA里面實(shí)現(xiàn)。圖2所示是8PSK調(diào)制的結(jié)構(gòu)原理圖。

下面是8PSK調(diào)制的核心代碼：

4仿真實(shí)驗(yàn)

首先，可使用全0序列進(jìn)行調(diào)制，生成的iq信號(hào)是相差的正弦波。從signal tap抓取的數(shù)據(jù)波形如圖3所示。圖4所示是發(fā)隨機(jī)序列調(diào)制的基帶波形。

最后，通過DAC后，再經(jīng)過RF7832芯片調(diào)制到950 MHz頻率，即可得到正常的8PSK調(diào)制星座圖。圖5所示是用頻譜分析儀提取的星座圖。

5結(jié)束語

大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷﨔PGA具有靜態(tài)可重復(fù)編程和運(yùn)行速度快等特點(diǎn)，因而在通信中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用Altera公司的stratixⅡ系列芯片EP2S30F672C5，并在QuartusⅡ6.0開發(fā)環(huán)境用verilog語言實(shí)現(xiàn)8PSK調(diào)制。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的8PSK調(diào)制，性能良好，完全符合設(shè)計(jì)要求。

作者：雷紅，陳建春(西安電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710071)