fpga0032 基于FPGA的单边带调制系统

摘 要

随着无线电技术的发展和各种通信设备不断地投放市场，通信频道拥挤的问题日渐突出，因此占用较窄频带或能在同一频段内容纳更多用户的通信技术普遍地收到人们的重视。单边带通信就是一种目前应用比较广泛并具有占用较窄频带特点的通信方法。

本文重点研究了幅度调制中单边带调制技术的基本原理及方法，包括滤波器法和相移法，并对其进行了比较说明，重点阐述了基于相移法(即希尔伯特变换)的单边带调制技术的方案；然后系统地介绍了基于软件无线电思想实现了单边带调制技术的相关理论，主要包括内插技术，DDS技术，FIR型希尔伯特变换滤波器的设计，同时也设计了其FPGA中的实现方法

运用matlab中m文件和simulink进行了仿真，最后在ISE13.2环境下，采用硬件描述语言verilog实现了SSB调制。在ISIM中通过testbench的仿真，验证了各个部分设计的正确性。

关键词：单边带调制，FPGA，软件无线电，希尔伯特变换

时域法产生的解析信号的实部和虚部分别是实数信号及其希尔伯特变换。正弦函数的希尔伯特变换就是负的余弦函数，结果是将输入信号移相了- j；同理，输入信号是余弦函数，则其希尔伯特变换为正弦函数，结果也移相了- j。因此，希尔伯特变换可以提供90°的相位变化而不影响频谱分量的幅度大小。

传统的单边带信号的产生方法主要是利用频域法。也叫做滤波器方法。它用一个带通滤波器把其中的一个边带虑除掉，只传送一个边带，这样就减少了频带的浪费，功率的浪费，同时也提高了提高频谱利用率。对于数字信号也可以用数字滤波器进行处理。滤波器方法是最简单、最经典的算法，在模拟单边带系统中也是使用最多的一种。但在模拟电路中实现起来比较困难，这种做法对滤波器的要求很高，要求模拟滤波器的传输函数具有非常快的衰落, 在载频比较高时, 滤波器的带宽和中心频率之比将很小, 以致于滤波器很难达到良好特性, 甚至无法实现。

随着通信技术的发展，信号的数字化处理成为通信技术的主要处理方式。模拟信号经过采样变成数字信号后再对其进行调制、滤波、放大等处理。相对于模拟信号而言，数字信号处理容易实现，性能也比模拟信号好，一些模拟域不能处理的问题在数字域里也容易实现。数字滤波器处理方法可以从模拟法直接变换过来，即载波的产生和相乘、带通滤波等都用数字方式来完成。整个系统既可以在单一采样率下完成，也可以利用内插－抽取算法。调制部分的工作主要包括前置带通滤波，载波相乘，边带抑制即带通滤波。滤波器方法是最经典最传统的 SSB 调制解调方法，目前被广泛地应用在各种系统中。

1.1      本文的主要工作

鉴于单边带调制在模拟域实现的难点，本课题提出了基于 FPGA 的数字单边带调制的实现方法。信号经过采样量化后变成数字信号，数字信号分成两路，其中一路进行希尔伯特变换作为 Q 信号，另一路经过群延迟作为 I 信号，对 I、Q 信号进行QAM 调制得到单边带信号。采用希尔伯特变换后的 QAM 调制输出只有一个边带，提高了频带的利用率。同时在接收端也容易解调，降低了接收机的复杂度。本文的主要内容安排：

第二章 单边带调制系统的介绍以及调制的几种方法。

第三章 直接数字频率合成，介绍了频率合成的历史，各种频率合成的方法，直接数字频率合成的基本原理和基本结构。

第四章 希尔伯特变换 介绍了希尔伯特变换的数学原理，希尔伯特滤波器以及希尔伯特滤波器的应用。

第五章基于matlab的m文件和simulink的仿真； 基于 FPGA 的 SSB 的实现结构 讲述了在 FPGA 上实现 DDS 的设计，希尔伯特变换的设计，正交调制 QAM 的设计单边带调制信号 SSB 的实现。

第六章 全文总结与展望，对全文进行了总结，结合当前的发展进行展望。