本书以XILINX公司的FPGA为发台，采用MATLAB及VHDL语言为发，详细阐述了数字调制解调技术的FPGA实现原理、结构、方，以及仿真测试过程，并量程实例分析FPGA实现过程中的体技术细节。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实例程码，有利于程技术人员参考学。

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的作原理30
1．4  FPGA与其他处理台的比较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
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  运符50
2．2．5  VHDL语句55
2．3  FPGA发及设计流程60
2．3．1  ISE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
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87
3．2．1  加/减运87
3．2．2  乘运90
3．2．3  除运92
3．2．4  有效数据位的计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  系统运中的字长效应97
3．4  FPGA中的常用处理模块99
3．4．1  乘器模块99
3．4．2  除器模块104
3．4．3  浮点运模块107
3．4．4  滤器模块109
3．4．5  数字频率器模块111
3．5  小结113
参考文献113
4章  滤器的MATLAB与FPGA实现115
4．1  滤器概述116
4．1．1  滤器的分类116
4．1．2  滤器的特征参数118
4．2  FIR与IIR滤器的原理118
4．2．1  FIR滤器原理118
4．2．2  IIR滤器原理120
4．2．3  IIR与FIR滤器的比较120
4．3  FIR滤器的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  滤器设计分析133
4．6  FIR滤器的FPGA实现134
4．6．1  量化滤器系数134
4．6．2  FIR滤器的实现结构136
4．6．3  采用IP实现FIR滤器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滤器的FPGA实现150
4．7．1  IIR滤器的结构形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
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  二制振幅调制信号的产生164
5．1．2  二制振幅调制信号的解调165
5．1．3  二制振幅调制系统的性能167
5．1．4  多制振幅调制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
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  延迟差调237
6．7．2  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  方环解调MSK的MATLAB仿真240
6．9  方环的FPGA实现242
6．9．1  锁相环的作原理243
6．9．2  方环的作原理246
6．9．3  方环路性能参数设计247
6．9．4  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
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  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  匹配滤器与成形滤器308
7．6．3  /4 QPSK信号的差调原理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
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载同步的FPGA实现341
8．3．1  QAM载同步原理341
8．3．2  载同步顶层模块的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  值位同步技术原理354
8．4．1  位同步技术分类及组成354
8．4．2  内滤器原理及结构356
8．4．3  Gardner误差检测358
8．4．4  环路滤器与数控振荡器359
8．5  值位同步技术的MATLAB仿真360
8．5．1  设计环路滤器系数361
8．5．2  分析位定时MATLAB仿真程序361
8．5．3  完整的QAM位定时仿真366
8．6  值位同步技术的FPGA实现368
8．6．1  顶层模块的VHDL设计368
8．6．2  值滤模块的VHDL设计370
8．6．3  误差检测及环路滤器模块的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
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  伪码同步设计及仿真399
9．5．1  同步设计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

杜勇，，级程师，1976年生，硕士学位，毕业于国科技学，现作于酒泉发射中心。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，主要承担项目体方案设计、心设计及FPGA实现、硬件路板的设计等作。