第1章 数字通信及FPGA概述 1
1.1 数字通信系统概述 2
1.1.1 数字通信的一般处理流程 2
1.1.2 本书讨论的通信系统模型 4
1.1.3 数字通信的特点及优势 5
1.1.4 数字通信的发展概述 8
1.2 数字通信中的几个基本概念 10
1.2.1 与频谱相关的概念 10
1.2.2 带宽是如何定义的 13
1.2.3 采样与频谱搬移 16
1.2.4 噪声与信噪比 19
1.3 FPGA的基础知识 21
1.3.1 从晶体管到FPGA 21
1.3.2 FPGA的发展趋势 25
1.3.3 FPGA的组成结构 26
1.3.4 FPGA的工作原理 31
1.4 FPGA与其他处理平台的比较 33
1.4.1 ASIC、DSP及ARM的特点 33
1.4.2 FPGA的特点及优势 34
1.5 Altera器件简介 35
1.6 小结 37
参考文献 37
第2章 设计语言及环境介绍 39
2.1 HDL语言简介 40
2.1.1 HDL语言的特点及优势 40
2.1.2 选择VHDL还是Verilog 41
2.2 Verilog HDL语言基础 42
2.2.1 Verilog HDL语言特点 42
2.2.2 Verilog HDL程序结构 44
2.3 FPGA开发工具及设计流程 45
2.3.1 Quartus II开发套件 45
2.3.2 ModelSim仿真软件 49
2.3.3 FPGA设计流程 50
2.4 MATLAB软件 53
2.4.1 MATLAB软件简介 53
2.4.2 常用的信号处理函数 55
2.5 MATLAB与Quartus的数据交换 62
2.6 小结 63
参考文献 63
第3章 FPGA实现数字信号处理基础 65
3.1 FPGA中数的表示 66
3.1.1 莱布尼兹与二进制 66
3.1.2 定点数表示 67
3.1.3 浮点数表示 68
3.2 FPGA中数的运算 71
3.2.1 加／减法运算 71
3.2.2 乘法运算 74
3.2.3 除法运算 75
3.2.4 有效数据位的计算 75
3.3 有限字长效应 78
3.3.1 字长效应的产生因素 78
3.3.2 A/D转换的字长效应 79
3.3.3 系统运算中的字长效应 80
3.4 FPGA中的常用处理模块 82
3.4.1 加法器模块 82
3.4.2 乘法器模块 84
3.4.3 除法器模块 87
3.4.4 浮点运算模块 88
3.5 小结 89
参考文献 90
第4章 滤波器的MATLAB与FPGA实现 91
4.1 滤波器概述 92
4.1.1 滤波器的分类 92
4.1.2 滤波器的特征参数 94
4.2 FIR与IIR滤波器的原理 94
4.2.1 FIR滤波器原理 94
4.2.2 IIR滤波器原理 96
4.2.3 IIR与FIR滤波器的比较 96
4.3 FIR滤波器的MATLAB设计 97
4.3.1 采用fir1函数设计 97
4.3.2 采用kaiserord函数设计 100
4.3.3 采用fir2函数设计 100
4.3.4 采用firpm函数设计 102
4.4 IIR滤波器的MATLAB设计 104
4.4.1 采用butter函数设计 104
4.4.2 采用cheby1函数设计 105
4.4.3 采用cheby2函数设计 106
4.4.4 采用ellip函数设计 106
4.4.5 采用yulewalk函数设计 107
4.4.6 几种设计函数的比较 107
4.5 FIR滤波器的FPGA实现 109
4.5.1 FIR滤波器的实现结构 109
4.5.2 采用IP核实现FIR滤波器 113
4.5.3 MATLAB仿真测试数据 118
4.5.4 测试激励的Verilog HDL设计 120
4.5.5 FPGA实现后的仿真测试 123
4.6 IIR滤波器的FPGA实现 125
4.6.1 IIR滤波器的结构形式 125
4.6.2 量化级联型结构的系数 127
4.6.3 级联型结构的FPGA实现 130
4.6.4 FPGA实现后的测试仿真 134
4.7 小结 135
参考文献 135
第5章 ASK调制解调技术的实现 137
5.1 ASK信号的调制解调原理 138
5.1.1 二进制振幅调制信号的产生 138
5.1.2 二进制振幅调制信号的解调 139
5.1.3 二进制振幅调制系统的性能 141
5.1.4 多进制振幅调制 142
5.2 ASK调制信号的MATLAB仿真 142
5.3 ASK调制信号的FPGA实现 145
5.3.1 FPGA实现模型及参数说明 145
5.3.2 ASK调制信号的Verilog HDL设计 147
5.3.3 FPGA实现后的仿真测试 149
5.4 ASK解调技术的MATLAB仿真 150
5.5 ASK解调技术的FPGA实现 152
5.5.1 FPGA实现模型及参数说明 152
5.5.2 ASK信号解调的Verilog HDL设计 153
5.5.3 FPGA实现后的仿真测试 154
5.6 符号判决门限的FPGA实现 156
5.6.1 确定ASK解调后的判决门限 156
5.6.2 判决门限模块的Verilog HDL设计 157
5.6.3 FPGA实现后的仿真测试 158
5.7 锁相环位同步技术的FPGA实现 159
5.7.1 位同步技术的工作原理 159
5.7.2 位同步顶层模块的Verilog HDL设计 162
5.7.3 双相时钟信号的Verilog HDL实现 164
5.7.4 微分鉴相模块的Veilog HDL实现 166
5.7.5 单稳触发器的Verilog HDL实现 168
5.7.6 控制及分频模块的Verilog HDL实现 169
5.7.7 FPGA实现及仿真测试 171
5.8 ASK解调系统的FPGA实现及仿真 173
5.8.1 完整解调系统的Verilog HDL设计 173
5.8.2 完整系统的仿真测试 175
5.9 小结 177
参考文献 177
第6章 FSK调制解调技术的实现 179
6.1 FSK信号的调制解调原理 180
6.1.1 FSK信号的时域表示 180
6.1.2 相关系数与频谱特性 181
6.1.3 非相干解调原理 183
6.1.4 相干解调原理 184
6.1.5 解调方法的应用条件分析 186
6.2 FSK调制解调的MATLAB仿真 186
6.2.1 不同调制度的FSK信号仿真 186
6.2.2 非相干解调FSK仿真 188
6.2.3 相干解调FSK仿真 193
6.3 FSK调制信号的FPGA实现 196
6.3.1 FSK信号的产生方法 196
6.3.2 FSK调制信号的Verilog HDL设计 197
6.3.3 FPGA实现后的仿真测试 198
6.4 FSK解调的FPGA实现 199
6.4.1 解调模型及参数设计 199
6.4.2 解调FSK信号的Verilog HDL设计 200
6.4.3 FPGA实现后的仿真测试 206
6.5 MSK信号产生原理 208
6.5.1 MSK信号时域特征 208
6.5.2 MSK信号频谱特性 209
6.5.3 MSK信号的产生方法 210
6.6 MSK调制信号的FPGA实现 212
6.6.1 实例参数及模型设计 212
6.6.2 MSK调制信号的Verilog HDL设计及仿真 213
6.7 MSK解调原理 214
6.7.1 延迟差分解调 214
6.7.2 平方环相干解调 216
6.8 MSK解调的MATLAB仿真 217
6.8.1 仿真模型及参数说明 217
6.8.2 平方环解调MSK的MATLAB仿真 217
6.9 平方环的FPGA实现 220
6.9.1 锁相环的工作原理 220
6.9.2 平方环的工作原理 223
6.9.3 平方环路性能参数设计 224
6.9.4 平方环的Verilog HDL设计 227
6.9.5 FPGA实现后的仿真测试 231
6.10 MSK解调的FPGA实现 232
6.10.1 MSK解调环路参数设计 232
6.10.2 顶层模块的Verilog HDL设计 234
6.10.3 脉冲成形及解调模块的Verilog HDL设计 239
6.10.4 FPGA实现后的仿真测试 242
6.11 小结 243
参考文献 244
第7章 PSK调制解调技术的实现 245
7.1 DPSK信号的调制解调原理 246
7.1.1 DPSK信号的调制原理 246
7.1.2 Costas环解调DPSK信号 247
7.1.3 DPSK调制解调的MATLAB仿真 249
7.2 DPSK解调的FPGA实现 252
7.2.1 环路性能参数设计 252
7.2.2 Costas环的Verilog HDL设计 254
7.2.3 FPGA实现后的仿真测试 258
7.3 DQPSK信号的调制解调原理 258
7.3.1 QPSK信号的调制原理 258
7.3.2 双比特码元差分编解码原理 260
7.3.3 DQPSK信号解调原理 261
7.3.4 DQPSK调制解调的MATLAB仿真 264
7.4 DQPSK调制信号的FPGA实现 268
7.4.1 差分编／解码的Verilog HDL设计 268
7.4.2 DQPSK调制信号的Verilog HDL设计 271
7.5 DQPSK解调的FPGA实现 277
7.5.1 极性Costas环的VerilogHDL设计 277
7.5.2 FPGA实现后的仿真测试 282
7.5.3 调整跟踪策略获取良好的跟踪性能 283
7.5.4 完整的DQPSK解调系统设计 285
7.5.5 DQPSK解调系统的仿真测试 289
7.6 π／4QPSK调制解调原理 289
7.6.1 π／4QPSK信号的调制原理 289
7.6.2 匹配滤波器与成形滤波器 291
7.6.3 π／4QPSK信号的差分解调原理 297
7.6.4 π／4QPSK调制解调的MATLAB仿真 297
7.7 π／4QPSK调制解调的FPGA实现 301
7.7.1 基带编码的Verilog HDL设计 301
7.7.2 差分解调的Verilog HDL设计 305
7.7.3 FPGA实现后的仿真测试 311
7.8 小结 312
参考文献 312
第8章 QAM调制解调技术的FPGA实现 315
8.1 QAM信号的调制解调原理 316
8.1.1 QAM调制解调系统组成 316
8.1.2 差分编码与星座映射 317
8.1.3 QAM调制解调的MATLAB仿真 319
8.2 QAM编／解码的FPGA实现 323
8.2.1 编码映射的Verilog HDL设计 323
8.2.2 解码模块的Verilog HDL设计 326
8.2.3 FPGA实现后的仿真测试 328
8.3 QAM载波同步的FPGA实现 328
8.3.1 QAM载波同步原理 329
8.3.2 极性判决法载波同步的FPGA实现 332
8.3.3 DD算法载波同步的FPGA实现 336
8.4 插值算法位同步技术原理 344
8.4.1 位同步技术分类及组成 344
8.4.2 内插滤波器原理及结构 346
8.4.3 Gardner误差检测算法 348
8.4.4 环路滤波器与数控振荡器 349
8.5 插值算法位同步技术的MATLAB仿真 350
8.5.1 设计环路滤波器系数 351
8.5.2 分析位定时算法MATLAB仿真程序 351
8.5.3 完整的QAM位定时算法仿真 356
8.6 插值算法位同步技术的FPGA实现 358
8.6.1 顶层模块的Verilog HDL设计 358
8.6.2 插值滤波模块的Verilog HDL设计 361
8.6.3 误差检测及环路滤波器模块的Verilog HDL设计 363
8.6.4 数控振荡器模块的Verilog HDL设计 366
8.6.5 FPGA实现后的仿真测试 367
8.7 小结 371
参考文献 372
第9章 扩频调制解调技术的FPGA实现 375
9.1 扩频通信的基本原理 376
9.1.1 扩频通信的概念 376
9.1.2 扩频通信的种类 377
9.1.3 直扩系统工作原理 380
9.2 直扩调制信号MATLAB仿真 381
9.2.1 伪码序列的产生原理 381
9.2.2 MATLAB仿真直扩调制信号 382
9.3 直扩信号调制的FPGA实现 386
9.3.1 伪码模块的Verilog HDL设计 386
9.3.2 扩频调制模块的Verilog HDL设计 388
9.4 伪码同步的一般原理 391
9.4.1 滑动相关捕获原理 392
9.4.2 延迟锁相环跟踪原理 393
9.5 伪码同步算法设计及仿真 394
9.5.1 同步算法设计 394
9.5.2 捕获及跟踪门限的MATLAB仿真 396
9.6 伪码同步的FPGA实现 398
9.6.1 顶层模块的Verilog HDL设计 398
9.6.2 伪码产生模块的Verilog HDL设计 401
9.6.3 相关积分模块的Verilog HDL设计 404
9.6.4 伪码相位调整模块的Verilog HDL设计 405
9.6.5 FPGA实现后的仿真测试 407
9.7 直扩解调系统的FPGA实现 409
9.7.1 Costas载波环的Verilog HDL设计 409
9.7.2 FPGA实现后的仿真测试 415
9.8 小结 416
参考文献 417