基于VHDL的QPSK调制解调系统设计与仿真

摘要：文中详细介绍了QPSK技术的工作原理和QPSK调制、解调的系统设计方案，并通过VHDL语言编写调制解调程序和QuaitusII软件建模对程序进行仿真，通过引脚锁定，下载程序到FPGA芯片EP1K30TC144-3中验证。软件仿真和硬件验证结果表明了该设计的正确性和可行性，由于采用FPGA芯片，减小了硬件设计的复杂性，该设计具有便于移植维护和升级的特点。
关键词：VHDL；QPSK；FPGA；QuartusII

QPSK调制技术在数字通信调制技术中占有非常重要的地位，将通信技术与FPGA结合是现代通信技术发展的一个必然趋势。QPSK技术具有抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点，目前广泛应用于数字通信、数字视频广播、数字卫星广播等领域。文中详细介绍了QPSK技术的工作原理，完成QPSK调制、解调的系统设计方案，并通过VHDL语言编写调制解调程序，通过QuartusⅡ软件对模块和程序进行仿真，并通过引脚锁定，下载到FPGA芯片EP1K30TC144-3中，软件仿真和硬件验证结果表明了该设计的正确性和可行性。

1 基于FPGA的QPSK调制解调系统设计
四进制绝对移相键控(QPSK或4PSK)利用载波的四种不同相位来表示数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可用两个二进制码元的组合来表示(常被称为双比特码元)，一般用格雷码排列。调制解调的实现原理框图如图1所示。由图1可知，电路主要由分频器和四选一开关等组成，分频器对外部时钟信号进行分频和计数，并输出4路频率相同而相位不同的相干数字载波信号；晶振及分频、移相电路分别送出调相所需的4种不同相位的载波，按照串／并变换器输出双比特码元的不同，逻辑选相电路输出相应相位的载波。四选一开关是在基带信号的控制下，对4路载波信号进行选通，输出数字QPSK信号。但这还不是真正的QPSK信号，需要在FPGA器件外部加一个D／
A变换器，将输出转换为模拟信号。

由于QPSK信号可以看作两个载波正交2PSK信号的合成。对QPSK信号的解调可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，一般情况下采用相干解调，得到较好的解调效果。