前言
調(diào)相脈沖信號可以獲得較大的壓縮比,，它作為一種常用的脈沖壓縮信號，在現(xiàn)代雷達(dá)及通信系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用,。隨著近年來軟件無線電技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展,，DDS（直接數(shù)字頻率合成）用于實(shí)現(xiàn)信號產(chǎn)生的應(yīng)用越來越廣。DDS技術(shù)從相位的概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成,，它采用數(shù)字采樣存儲技術(shù),，可以產(chǎn)生點(diǎn)頻,、線性調(diào)頻、ASK,、PSK及FSK等各種形式的信號,，其幅度和相位一致性好，具有電路控制簡單,、相位精確,、頻率分辨率高、頻率切換速度快,、輸出信號相位噪聲低,、易于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化設(shè)計(jì)等突出優(yōu)點(diǎn)。
目前,，DDS的ASIC芯片如AD公司的AD9852,、AD9854等，對于相位調(diào)制信號,，可方便地產(chǎn)生BPSK,，但是，對QPSK或8PSK等則實(shí)現(xiàn)困難,，它們對控制更新脈沖要求極高，一旦偏差超過DDS內(nèi)極高的系統(tǒng)時(shí)鐘,，輸出相位就會錯(cuò)誤,。本文介紹了一種通過FPGA實(shí)現(xiàn)QPSK或更高階PSK信號的方法，可靈活地通過上位機(jī)的PCI總線控制參數(shù),，產(chǎn)生不同載波頻率,、不同脈沖寬度、不同占空比,、不同重復(fù)周期等的QPSK信號,，對雷達(dá)等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者具有很好的借鑒意義。
QPSK信號源的設(shè)計(jì)方案
DDS原理
DDS是一種全數(shù)字化的頻率合成器,，由相位累加器,、正弦波形ROM存儲器、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器構(gòu)成,，其基本原理如圖1,。
輸出信號的頻率為fout=fclk?Δφ/2N，而最小頻率分辨率為Δfo=fomin=fo/2N,，可見改變頻率控制字N即可改變輸出信號的頻率,。當(dāng)參考時(shí)鐘頻率給定后，輸出信號的頻率取決于頻率的控制字,，頻率分辨率取決于累加器的位數(shù),，相位分辨率取決于ROM的地址線位數(shù),，幅度量化取決于ROM的數(shù)據(jù)字長和D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。
為了提高DDS輸出信號的頻譜指標(biāo)和降低正弦的ROM存儲器,，近來發(fā)展了如在相位截?cái)嗪蠹訑?shù)字反sinc濾波,，利用三角函數(shù)對稱性只存取1/4周期查找表，基于CORDIC,、泰勒級數(shù)加權(quán)的頻率合成方法等技術(shù),。
QPSK信號源的設(shè)計(jì)方案
在FPGA中，通過正弦查找表和相位累加器實(shí)現(xiàn)DDS,，通過計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)QPSK信號的起?？刂啤Ｔ谟?jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到零時(shí),，設(shè)置標(biāo)志位,，讀取寄存器中的QPSK控制碼，從而設(shè)置初始相位,。在計(jì)數(shù)到根據(jù)QPSK脈沖寬度設(shè)定的值后,，計(jì)數(shù)器置0并重新開始計(jì)數(shù)。運(yùn)行完設(shè)置碼元的個(gè)數(shù)及次數(shù)后,，使能輸出禁止標(biāo)志位,。
QPSK信號的重復(fù)周期也通過計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。根據(jù)周期的范圍和系統(tǒng)時(shí)鐘,，設(shè)置計(jì)數(shù)器的位數(shù)并使其滿足要求,。在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到設(shè)定值后，清除輸出禁止的標(biāo)志位,。需要注意的是周期計(jì)數(shù)器應(yīng)該與QPSK碼元寬度計(jì)數(shù)器同步,。
QPSK信號參數(shù)控制通過PCI總線實(shí)現(xiàn)，包括QPSK信號的開始,、結(jié)束,、碼元個(gè)數(shù)、次數(shù),、碼字以及QPSK信號重復(fù)周期等,。在FPGA內(nèi)通過寄存器讀取、保存參數(shù),。
硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)
FPGA選用XILINX公司Spartan3系列的XC3S1000,，為100萬門大規(guī)模可編程器件,。它內(nèi)部具有432kbit的Block Ram和120kbit的Distributed Ram,；4個(gè)時(shí)鐘管理單元DCM；24個(gè)乘法器。配置采用XILINX的專用PROM XCF04S,，4M位的串行Flash PROM,。XC3S1000通過XCF04S實(shí)現(xiàn)主串配置，M0,、M1,、M2均置低。系統(tǒng)框圖如圖2,。
