基于FPGA的BPSK调制与解调器设计★

高磊，陈志强，吴黎慧，胡洋，蒲南江

（中北大学信息探测与处理技术研究所，山西 太原 030051）

0 引言

BPSK(二进制相移键控)是利用载波的相位变化来传递数字信息，具有抗噪声性能好、易于产生、误码率低等优点。但传统的用硬件实现BPSK的方法，设备相对比较复杂，成本高。本文针对BPSK信号的特点，提出了基于FPGA的BPSK调制解调器的一种实现方法，这种方法利用数字基带信号去控制输出载波相位，产生一种相位发生跳变的BPSK信号，而且原理通俗易懂，电路结构简单，容易实现。在解调器的设计中，已调信号有两个不同的相位，

通过VHDL语言编程实现将已调信号解调出基带信号。

1 基本理论

图1 BPSK原理图

2 设计思想

2.1 基带信号的产生

伪码最重要的特性是具有近似于随即信号的性能。因为噪声具有完全的随即性，也可以说具有近似噪声的特性。二元m序列是一种伪随机序列。构造一个产生m序列的线形移位寄存器，首先要确定本原多项式，本电路设计中，构造的M序列n=4，周期P=15，PN码为111101011001000，本原多项式为f (x )= x4+ x3+1，通过Altera公司的集成开发环境对软件进行仿真验证，如图2所示。其中clk为时钟信号，clr为复位信号，PRN为初值，output为输出信号。

图2 伪码仿真图

2.2 BPSK调制

BPSK调制在扩频载波调制中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰性及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控。因此，PSK技术在高速数据传输中得到了十分广泛的应用，本文中采用BPSK调制技术，利用VHDL语言编程实现BPSK调制。BPSK调制结构图如图3所示。计数器对外部时钟信号进行分频与计数，并输出两路相位不同的数字载波信号；2选1开关在基带信号的控制下，对两路载波信号进行选通，输出的信号即为BPSK信号。

图3 BPSK调制结构图

通过Altera公司的集成开发环境对软件进行验证，如图4所示。其中clk为时钟信号，clr为复位信号，PRN为初值，output为输出信号，start为开始信号，t1为m序列信号即输入信号。可以看到，每当输入信号发生0、1变化的时候，输出信号均会发生信号跳变。

图4 BPSK调制仿真图

2.3 BPSK解调

BPSK解调器的结构图如图5所示。图中，计数器输出与发射端同步的0相数字载波；将计数器输出的0相载波与数字BPSK信号中的载波进行与运算，当两比较信号在判决时刻都为1时，输出为1，否则输出为0，从而实现解调。

图5 BPSK解调结构图

通过Altera公司的集成开发环境对软件进行验证，如图6所示。其中clk为时钟信号，clr为复位信号，PRN为初值，output为输出信号，start为开始信号，t1为m序列信号即输入信号。可以看到，每当输入信号发生0、

1变化的时候，t3信号均会发生信号跳变，表明调制成功，而output与m序列输入信号一致，表明解调成功。

图6 BPSK解调仿真图

3 结束语

本文论述的基于FPGA的BPSK调制与解调系统简单易行，具有很强的实用性，通过VHDL语言编写程序完成BPSK信号的调制与解调，为相关领域提供了较好的模型和方法，具有很强的实际使用价值。但本系统在提高码速率方面亟待进一步提高。

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