基于FPGA的软件无线电调制器的设计与实现(EDA工具)(新品)

摘    要
软件无线电是一种用软件来实现物理层连接的无线通信设计。软件无线电的主要优点是它的灵活性。在软件无线电中，诸如信道带宽、调制以及编码等可以动态调整，以适应不同的标准和环境、网络通信负荷以及用户需求的变化。而随着中国大唐电信代表我国向国际电信联盟提出第三代移动通信标准协议—TD-SCDMA以来，软件无线电技术做为其中的一种关键技术备受人们关注，成为当前学科的一个亮点。
现代大容量、高速度的FPGA一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，而且其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的系统非常易于修改、易于测试及硬件升级。
DSP Builder作为MATLAB的一个Simulink工具箱(ToolBox)出现的，使得用FPGA设计DSP系统完全可以通过Simulink的图形化界面进行，只要简单地进行DSP Builder工具箱中的模块调用即可。而且Quartus II与MATLAB 和 DSP Builder结合可以进行基于FPGA的DSP系统开发，是实现此次设计的关键EDA工具。
本文采用了Altera公司推出的FPGA的DSP开发工具DSP Builder、Quartus II等软件，基于AM调制和DDS(直接数字频率合成)技术原理，来完成软件无线电调制器的设计与实现。

关键词：软件无线电；  MATLAB；  DSP Builder； AM调制； FPGA

Software Radio Modulator Design and Implementation
Abstract
Software Radio is a software used to achieve physical layer of wireless communication link design. The main advantage of software radio is its flexibility. In software radio, such as the channel bandwidth, modulation and coding, can be dynamically adjusted to adapt to different standards and the environment, communications network load and user needs change. With China's Datang Telecom and China's representative to the International Telecommunication Union by the third generation mobile communication standard protocols - TD-SCDMA, the software radio technology as a key technology which has people's attention and become the subject of a bright spot.
Modern large-capacity, high speed of the FPGA are generally embedded in it can be configured high-speed RAM, PLL, LVDS, LVTTL and hardware, such as multiplication accumulator DSP module. FPGA to achieve with digital signal processing can solve problems and speed of parallel, and its flexible features can be configured, makes a FPGA system is very easy to modify, easy to test and hardware upgrades.
DSP Builder as a Simulink MATLAB toolbox (ToolBox) appears, making DSP with FPGA design system is entirely possible through the Simulink graphical interface, as long as simply a tool box in the DSP Builder module can be called. And Quartus II and MATLAB DSP Builder and can be combined FPGA-based DSP system development, is the key to achieving the EDA design tools.
In this paper, the company introduced the Altera FPGA's DSP development tools DSP Builder, Quartus II software, based on the AM modulation and DDS (Direct Digital Synthesis) technology principle, to complete software radio modulator Design and Implementation.

Key Words：software radio ；MATLAB；DSP Builder； AM modulation；FPGA

设计内容及要求   
1、    AM调制的工作原理。
2、    DDS的工作原理。
3、    基于MATLAB和DSP Builder的设计。
4、    FPGA器件的结构和特点。
5、    软件无线电调制器的FPGA实现。

本文从AM调制原理以及DDS原理出发，基于  Matlab/Simulink/Altera DSP Builder的环境下实现了软件无线电调制器模块设计及其仿真，并通过Quartus II完成对FPGA器件配置下载过程，达到了预先要求。
该设计避免了编写繁琐的硬件描述程序，同时避免了向ROM中填写大量的波形数据。充分利用了Matlab中Simulink的DSP Builder 工具箱的图形化界面建模、系统仿真功能，同时又区别于完全图形化的方法。并且在整个设计过程中，我对AM调制原理有了更深的认识，同时对DDS的结构、原理等有了一定的了解，对当前的一些前沿学科和电子
 

目    录   25000字
摘    要    I
Abstract    II
引    言    1
1    软件无线电的简介    3
1.1  软件无线电的概念    3
1.2  软件无线电技术    3
1.2.1  软件无线电的关键技术    3
1.3软件无线电的优势    5
1.4  软件无线电技术的应用    6
1.4.1  软件无线电在无线通信领域的应用    6
1.5  软件无线电技术的发展概况    7
2  AM调制原理    8
2.1  调制的原因    8
2.2  幅度调制    8
2.2.1  调幅(AM)    9
3  直接数字频率合成（DDS）技术    12
3.1   DDS的基本原理    12
3.2   DDS的基本结构    13
3.3   DDS结构原理及其优点    15
3.3.1  DDS 的结构原理    15
3.3.2  DDS的优点    16
4  EDA开发工具介绍    17
4.1  MATLAB简介    17
4.2  Quartus II软件介绍    18
4.3  DSP Builder软件介绍    19
5  AM调制器系统方案的选择和论证    23
5.1  设计要求    23
5.2  系统方案    23
5.2.1  设计思路    23
5.2.2  方案的选择和论证    23
5.2.3  最终方案的选择    24
6  基于DSP builder的AM调制器的设计与实现    26
6.1  建立调幅电路模型    26
6.2  模型设计的具体步骤及其模块参数设置    28
6.2.1  建立一个新的模型 (Model)    28
6.2.2  模拟仿真    36
6.2.3  SignalCompiler的使用    37
6.3  软件无线电调制器的FPGA实现    41
6.3.1  FPGA的结构和特点    41
6.3.2   FPGA芯片的选择    42
6.3.3  在Quartus II中指定器件管脚、进行编译、下载    44
6.4  D/A转换器的选择    45
结论    47
参考文献    48
附录A  EP1K30TC144-3的管脚原理图    49
附录B  EP1K30TC144-3的引脚功能表    50
致    谢    52

参 考 文 献
[1]崔雁松.移动通信技术.西安：西安电子科技大学出版社，2005.
[2]曾兴雯.高频电子线路.北京：高等教育出版社，2004.
[3]申功迈，钮文良. 通信电子电路.北京：机械工业出版社，2003.
[4]樊昌信，曹丽娜. 通信原理第6版.北京：国防工业出版社，2007.
[5](美)泽德曼著. 基于FPGA&CPLD的数字IC设计方法.赵宏图译.北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[6] 陈怀琛，吴大正，高西全. matlab及在电子信息课程中的应用.北京：机械工业出版社，2003.
[7]潘松. ALTERA FPGA在计算机组成原理教学实验中的应用.杭州电子科技大学，2006.
[8] 潘松. 现代DSP技术.北京：西安电子科技大学出版社，2006.
[9]王志军.专用集成电路和集成系统自动化设计方法.北京：国防工业出版社，1997.
[10]王志军.数字集成系统的结构化设计和高层次综合。北京：清华大学出版社，2000.
[11]王杰、马玲、刘苇娜等. 基于DSP Builder 的DDS设计及其FPGA实现.现代电子技术，2006（14）：11—12，15
[12]赖绍胜,管立新.基于DSP Builder的DDS实现及其应用.微计算机信息，2006（22）
[13]李雪梅.用Quartus II4.0设计数字电路过程的介绍.现代电子技术，2005（6）：35-38
[14] 马涛、陈娟、单洪.基于DSP Builder的数字下变频器的FPGA设计.电子技术应用，2006（7）：93-96
[15]美托兹 等著.林涛 等译.数字系统原理与应用（第九版）.电子工业出版社，2005.
[16]Digitai Integrated Circuits A Design Perspective (second Edition), Jan M.Rabaey ,Anantha chandraksan ,Borivoje Nikolic , 清华出版社
[17] Software radio application prospect , Vance G.Bose,电子工业出版社
[18] ACEX 1K Programmable Logic Device Family.ALTRA,May,2003 ver3.4
[19] Altera Corporation.Quartus II Version 6.0 Handbook.Altera Corporation,2004.
[20]Ber JM.VHDL Designer’s Reference, Kluwer Academic Pulishers,1992
[21]Lipsett R.vhdl:Harware Description and Design. Kluwer Academiv Publshers,1989