FPGA应用设计报告，基于FPGA的MPSK的调制与解调

多进制数字相位调制（MPSK-multiple phase shift keying）又称多相制，是二相制的推广。它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。它是利用载波的多种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。与二进制数字相位调制相同，多进制数字相位调制也有绝对相位调制（MPSK）和相对相位调制（MDPSK）两种，在M进制数字相位调制中，四进制绝对移相键控（4PSK，又称QPSK）和四进制差分相位键控（4DPSK，又称QDPSK）用的最为广泛。 本文主要研究基于Quartus II 17.1仿真软件设计的多进制数字相位调制（MPSK）系统，以4PSK的系统为例。调制方法采用简便的相位选择法，解调方法采用简便的极性比较法，并且调制与解调都略去模拟电路系统部分，仅对数字系统进行设计。 在本篇报告中，我们将深入探讨基于FPGA的多进制数字相位调制（MPSK）系统，特别是4PSK（四进制相位移键控）的调制与解调技术。该报告旨在展示如何使用Altera的Quartus II 17.1仿真软件进行FPGA开发，实现数字信号处理的硬件加速。 让我们理解MPSK的基本概念。MPSK是一种广泛使用的数字调制技术，它通过改变载波的相位来传输信息。与二进制相位调制（BPSK）相比，MPSK可以同时利用更多的相位状态，从而提高数据传输速率。在MPSK中，每个相位状态代表一个特定的比特序列，这使得系统能够在一个符号周期内传输多个比特。 4PSK，又称为QPSK，是MPSK的一种特殊形式，它使用四个不同的相位状态来表示两个二进制比特的组合。这种调制方式在通信系统中被广泛采用，因为它在提供较高数据速率的同时，具有良好的抗噪声性能。 接下来，我们详细分析4PSK的调制过程。调制方法主要包括相位选择法和直接调相法。相位选择法是根据输入的数字比特流，选择对应相位的载波，简单而有效。直接调相法则通过改变载波的幅度和相位，直接生成所需相位的信号。在本设计中，我们采用了相位选择法来实现4PSK的调制。 解调是通信系统中的关键环节，4PSK信号的解调通常采用极性比较法。这种方法基于接收信号的相位变化来恢复原始比特流。在数字信号处理中，我们可以利用比较器和判决逻辑单元来确定最佳的相位估计，从而解码出输入的比特序列。 在第4章中，我们将在Quartus II环境下使用Verilog硬件描述语言编程，构建4PSK调制解调的数字系统模型。Verilog允许我们描述数字逻辑，并在FPGA上实现这些逻辑，以达到高速、低延迟的性能。通过编写和仿真Verilog代码，我们可以验证设计的正确性和性能。 设计流程包括模块定义、逻辑描述、时序分析以及功能仿真。模块化设计能够帮助我们分解复杂问题，每个模块专注于特定的功能，如比特到相位映射、相位调制、相位比较解调等。时序分析确保了系统在实际操作中的同步性，而功能仿真则验证了设计在理想条件下的工作情况。 此外，报告还会涵盖测试平台的建立，包括激励信号的生成、噪声模型的添加以及系统性能指标的评估。这些指标可能包括误码率（BER）、星座图分析等，以评估在不同信噪比条件下的系统性能。 总结来说，本设计报告通过深入研究和实现基于FPGA的4PSK调制解调系统，展示了FPGA在高速数字信号处理中的应用潜力。这种技术在现代无线通信、卫星通信以及雷达系统等领域有着广泛的应用。通过Quartus II工具的使用，我们不仅学习了MPSK的理论知识，还掌握了将这些理论转化为可执行的硬件设计的实践技能。