数字调制解调技术的MATLAB与FPGA实现

图书标准信息

• 作者 杜勇 著
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2014-07
• 版次 1
• ISBN 9787121237133
• 定价 68.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 440页
• 字数 700千字
• 正文语种 简体中文
• 丛书 FPGA应用技术丛书

【内容简介】

本书以XILINX公司的FPGA为开发平台，采用MATLAB及VHDL语言为开发工具，详细阐述了数字调制解调技术的FPGA实现原理、结构、方法，以及仿真测试过程，并通过大量工程实例分析FPGA实现过程中的具体技术细节。主要包括FPGA实现数字信号处理基础、ASK调制解调、PSK调制解调、FSK调制解调、QAM调制解调，以及扩频通信的设计与实现等内容。本书思路清晰、语言流畅、分析透彻，在简明阐述设计原理的基础上，追求对工程实践的指导性，力求使读者在较短的时间内掌握数字调制解调技术的FPGA设计知识和技能。本书的配套光盘收录了完整的MATLAB及VHDL实例工程代码，有利于工程技术人员参考学习。

【作者简介】

杜勇，男，高级工程师，1976年生，硕士学位，毕业于国防科技大学，现工作于酒泉卫星发射中心。承担的项目共计4项，主要方向为无线通信技术的设计与实现，均为项目负责人，主要承担项目总体方案设计、核心算法设计及FPGA实现、硬件电路板的设计等工作。

【目录】

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7
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FPGA21
1．3．2  FPGA的发展趋势24
1．3．3  FPGA的组成结构26
1．3．4  FPGA的工作原理30
1．4  FPGA与其他处理平台的比较31
1．4．1  ASIC、DSP及ARM的特点32
1．4．2  FPGA的特点及优势33
1．5  XILINX器件简介34
1．5．1  XILINX器件概况34
1．5．2  Spartan系列器件36
1．5．3  Virtex系列器件37
1．6  小结39
参考文献39
第2章  设计语言及环境介绍41
2．1  HDL语言简介42
2．1．1  HDL语言的特点及优势42
2．1．2  选择VHDL还是Verilog43
2．2  VHDL语言基础44
2．2．1  程序结构45
2．2．2  数据类型47
2．2．3  数据对象50
2．2．4  运算符50
2．2．5  VHDL语句55
2．3  FPGA开发工具及设计流程60
2．3．1  ISE开发套件60
2．3．2  Modelsim仿真软件64
2．3．3  Synplicity综合软件66
2．3．4  FPGA设计流程68
2．4  MATLAB软件70
2．4．1  MATLAB软件简介70
2．4．2  常用的信号处理函数73
2．5  MATLAB与ISE的数据交换79
2．6  小结80
参考文献80
第3章  FPGA实现数字信号处理基础81
3．1  FPGA中数的表示82
3．1．1  莱布尼兹与二进制82
3．1．2  定点数表示83
3．1．3  浮点数表示84
3．2  FPGA中数的运算87
3．2．1  加/减法运算87
3．2．2  乘法运算90
3．2．3  除法运算92
3．2．4  有效数据位的计算93
3．3  有限字长效应95
3．3．1  字长效应的产生因素95
3．3．2  A/D变换的字长效应96
3．3．3  系统运算中的字长效应97
3．4  FPGA中的常用处理模块99
3．4．1  乘法器模块99
3．4．2  除法器模块104
3．4．3  浮点运算模块107
3．4．4  滤波器模块109
3．4．5  数字频率器模块111
3．5  小结113
参考文献113
第4章  滤波器的MATLAB与FPGA实现115
4．1  滤波器概述116
4．1．1  滤波器的分类116
4．1．2  滤波器的特征参数118
4．2  FIR与IIR滤波器的原理118
4．2．1  FIR滤波器原理118
4．2．2  IIR滤波器原理120
4．2．3  IIR与FIR滤波器的比较120
4．3  FIR滤波器的MATLAB设计121
4．3．1  采用fir1函数设计121
4．3．2  采用kaiserord函数设计124
4．3．3  采用fir2函数设计124
4．3．4  采用firpm函数设计126
4．4  IIR滤波器的MATLAB设计128
4．4．1  采用butter函数设计128
4．4．2  采用cheby1函数设计129
4．4．3  采用cheby2函数设计130
4．4．4  采用ellip函数设计130
4．4．5  采用yulewalk函数设计131
4．4．6  几种设计函数的比较131
4．5  滤波器设计分析工具133
4．6  FIR滤波器的FPGA实现134
4．6．1  量化滤波器系数134
4．6．2  FIR滤波器的实现结构136
4．6．3  采用IP核实现FIR滤波器140
4．6．4  MATLAB仿真测试数据146
4．6．5  测试激励的VHDL设计147
4．6．6  FPGA实现后的仿真测试149
4．7  IIR滤波器的FPGA实现150
4．7．1  IIR滤波器的结构形式150
4．7．2  量化级联型结构的系数153
4．7．3  级联型结构的FPGA实现156
4．7．4  FPGA实现后的测试仿真160
4．8  小结161
参考文献161
第5章  ASK调制解调技术的实现163
5．1  ASK信号的调制解调原理164
5．1．1  二进制振幅调制信号的产生164
5．1．2  二进制振幅调制信号的解调165
5．1．3  二进制振幅调制系统的性能167
5．1．4  多进制振幅调制168
5．2  ASK调制信号的MATLAB仿真168
5．3  ASK调制信号的FPGA实现171
5．3．1  FPGA实现模型及参数说明171
5．3．2  ASK调制信号的VHDL设计173
5．3．3  FPGA实现后的仿真测试174
5．4  ASK解调技术的MATLAB仿真176
5．5  ASK解调技术的FPGA实现178
5．5．1  FPGA实现模型及参数说明178
5．5．2  ASK信号解调的VHDL设计178
5．5．3  FPGA实现后的仿真测试180
5．6  符号判决门限的FPGA实现182
5．6．1  确定ASK解调后的判决门限182
5．6．2  判决门限模块的VHDL设计183
5．6．3  FPGA实现后的仿真测试185
5．7  锁相环位同步技术的FPGA实现185
5．7．1  位同步技术的工作原理185
5．7．2  位同步顶层模块的VHDL设计188
5．7．3  双相时钟信号的VHDL设计190
5．7．4  鉴相模块的VHDL设计191
5．7．5  控制模块的VHDL设计193
5．7．6  分频模块的VHDL设计195
5．7．7  FPGA实现后的仿真测试195
5．8  ASK解调系统的FPGA实现及仿真196
5．8．1  完整解调系统的VHDL设计196
5．8．2  完整系统的仿真测试198
5．9  小结200
参考文献201
第6章  FSK调制解调技术的实现203
6．1  FSK信号的调制解调原理204
6．1．1  FSK信号的时域表示204
6．1．2  相关系数与频谱特性205
6．1．3  非相干解调原理207
6．1．4  相干解调原理208
6．1．5  解调方法的应用条件分析210
6．2  FSK调制解调的MATLAB仿真211
6．2．1  不同调制度的FSK信号仿真211
6．2．2  非相干解调FSK仿真212
6．2．3  相干解调FSK仿真217
6．3  FSK调制信号的FPGA实现220
6．3．1  FSK信号的产生方法220
6．3．2  FSK调制信号的VHDL设计221
6．3．3  FPGA实现后的仿真测试223
6．4  FSK解调的FPGA实现224
6．4．1  解调模型及参数设计224
6．4．2  解调FSK信号的VHDL设计225
6．4．3  FPGA实现后的仿真测试229
6．5  MSK信号产生原理231
6．5．1  MSK信号时域特征231
6．5．2  MSK信号频谱特性232
6．5．3  MSK信号的产生方法233
6．6  MSK调制信号的FPGA实现235
6．6．1  实例参数及模型设计235
6．6．2  MSK调制信号的VHDL设计及仿真235
6．7  MSK解调原理237
6．7．1  延迟差分解调237
6．7．2  平方环相干解调238
6．8  MSK解调的MATLAB仿真239
6．8．1  仿真模型及参数说明239
6．8．2  平方环解调MSK的MATLAB仿真240
6．9  平方环的FPGA实现242
6．9．1  锁相环的工作原理243
6．9．2  平方环的工作原理246
6．9．3  平方环路性能参数设计247
6．9．4  平方环的VHDL设计249
6．9．5  FPGA实现后的仿真测试253
6．10  MSK解调的FPGA实现255
6．10．1  MSK解调环路参数设计255
6．10．2  顶层模块的VHDL设计256
6．10．3  脉冲成形及解调模块的VHDL设计260
6．10．4  FPGA实现后的仿真测试262
6．11  小结264
参考文献265
第7章  PSK调制解调技术的实现267
7．1  DPSK信号的调制解调原理268
7．1．1  DPSK信号的调制原理268
7．1．2  Costas环解调DPSK信号269
7．1．3  DPSK调制解调的MATLAB仿真271
7．2  DPSK解调的FPGA实现274
7．2．1  环路性能参数设计274
7．2．2  Costas环的VHDL设计275
7．2．3  FPGA实现后的仿真测试279
7．3  DQPSK信号的调制解调原理279
7．3．1  QPSK信号的调制原理279
7．3．2  双比特码元差分编解码原理281
7．3．3  DQPSK信号解调原理282
7．3．4  DQPSK调制解调的MATLAB仿真285
7．4  DQPSK调制信号的FPGA实现288
7．4．1  差分编/解码的VHDL设计288
7．4．2  DQPSK调制信号的VHDL设计292
7．5  DQPSK解调的FPGA实现296
7．5．1  极性Costas环的VHDL设计296
7．5．2  FPGA实现后的仿真测试300
7．5．3  调整跟踪策略获取良好的跟踪性能301
7．5．4  完整的DQPSK解调系统设计302
7．5．5  DQPSK解调系统的仿真测试306
7．6  /4 QPSK调制解调原理306
7．6．1  /4 QPSK信号的调制原理306
7．6．2  匹配滤波器与成形滤波器308
7．6．3  /4 QPSK信号的差分解调原理313
7．6．4  /4 QPSK调制解调的MATLAB仿真314
7．7  /4 QPSK调制解调的FPGA实现318
7．7．1  基带编码的VHDL设计318
7．7．2  差分解调的VHDL设计321
7．7．3  FPGA实现后的仿真测试326
7．8  小结326
参考文献327
第8章  QAM调制解调技术的实现329
8．1  QAM信号的调制解调原理330
8．1．1  QAM调制解调系统组成330
8．1．2  差分编码与星座映射331
8．1．3  QAM调制解调的MATLAB仿真333
8．2  QAM编/解码的FPGA实现336
8．2．1  编码映射的VHDL设计337
8．2．2  解码模块的VHDL设计339
8．2．3  FPGA实现后的仿真测试341
8．3  QAM载波同步的FPGA实现341
8．3．1  QAM载波同步原理341
8．3．2  载波同步顶层模块的VHDL设计344
8．3．3  鉴相模块的VHDL设计348
8．3．4  FPGA实现后的仿真测试352
8．4  插值算法位同步技术原理354
8．4．1  位同步技术分类及组成354
8．4．2  内插滤波器原理及结构356
8．4．3  Gardner误差检测算法358
8．4．4  环路滤波器与数控振荡器359
8．5  插值算法位同步技术的MATLAB仿真360
8．5．1  设计环路滤波器系数361
8．5．2  分析位定时算法MATLAB仿真程序361
8．5．3  完整的QAM位定时算法仿真366
8．6  插值算法位同步技术的FPGA实现368
8．6．1  顶层模块的VHDL设计368
8．6．2  插值滤波模块的VHDL设计370
8．6．3  误差检测及环路滤波器模块的VHDL设计373
8．6．4  数控振荡器模块的VHDL设计375
8．6．5  FPGA实现后的仿真测试376
小结378
参考文献379
第9章  扩频调制解调技术的FPGA实现381
9．1  扩频通信的基本原理382
9．1．1  扩频通信的概念382
9．1．2  扩频通信的种类383
9．1．3  直扩系统工作原理385
9．2  直扩调制信号MATLAB仿真387
9．2．1  伪码序列的产生原理387
9．2．2  MATLAB仿真直扩调制信号388
9．3  直扩信号调制的FPGA实现391
9．3．1  伪码模块的VHDL设计392
9．3．2  扩频调制模块的VHDL设计393
9．4  伪码同步的一般原理396
9．4．1  滑动相关捕获原理397
9．4．2  延迟锁相环跟踪原理398
9．5  伪码同步算法设计及仿真399
9．5．1  同步算法设计399
9．5．2  捕获及跟踪门限的MATLAB仿真401
9．6  伪码同步的FPGA实现403
9．6．1  顶层模块的VHDL设计403
9．6．2  伪码产生模块的VHDL设计406
9．6．3  相关积分模块的VHDL设计408
9．6．4  伪码相位调整模块的VHDL设计409
9．6．5  FPGA实现后的仿真测试411
9．7  直扩解调系统的FPGA实现413
9．7．1  Costas载波环的VHDL设计413
9．7．2  FPGA实现后的仿真测试418
9．8  小结420
参考文献420