數字調製解調技術的MATLAB與FPGA實現 Xilinx/VHDL版 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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杜勇 著

圖書標籤:

• 數字調製
• 數字解調
• MATLAB
• FPGA
• Xilinx
• VHDL
• 通信係統
• 信號處理
• 無綫通信
• 調製解調技術

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121326424

版次：1

商品編碼：12193981

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-09-01

用紙：膠版紙

頁數：496

字數：790000

正文語種：中文

內容簡介

本書以Xilinx公司的FPGA為開發平颱，采用MATLAB及VHDL語言為開發工具，詳細闡述數字通信調製解調技術的FPGA實現原理、結構、方法以及仿真測試過程，並通過大量工程實例分析FPGA實現過程中的具體技術細節。主要包括設計語言及環境介紹、FPGA實現數字信號處理基礎、濾波器的FPGA實現、ASK調製解調技術的FPGA實現、FSK調製解調技術的FPGA實現、PSK調製解調技術的FPGA實現、QAM調製解調技術的FPGA實現以及DSSS信號調製解調技術的FPGA實現等內容。

作者簡介

杜勇，四川省廣安市人，高級工程師。1999年於湖南大學獲電子工程專業學士學位，2005年於國防科學技術大學獲信息與通信工程專業碩士學位。主要從事數字信號處理、無綫通信以及FPGA應用技術研究。發錶學術論文十餘篇，齣版數字濾波器的MATLAB與FPGA實現、數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現、數字調製解調技術的MATLAB與FPGA實現、鎖相環技術原理及FPGA實現等多部著作。

目錄

第1章　數字通信及FPGA概述 （1）
1．1　數字通信係統概述 （2）
1．1．1　數字通信的一般處理流程 （2）
1．1．2　本書討論的通信係統模型 （4）
1．1．3　數字通信的特點及優勢 （5）
1．1．4　數字通信的發展概述 （7）
1．2　數字通信中的幾個基本概念 （9）
1．2．1　與頻譜相關的概念 （9）
1．2．2　帶寬是如何定義的 （12）
1．2．3　采樣與頻譜搬移 （15）
1．2．4　噪聲與信噪比 （19）
1．3　FPGA的基礎知識 （21）
1．3．1　從晶體管到FPGA （21）
1．3．2　FPGA的發展趨勢 （24）
1．3．3　FPGA的組成結構 （26）
1．3．4　FPGA的工作原理 （30）
1．4　FPGA與其他處理平颱的比較 （31）
1．4．1　ASIC、DSP及ARM的特點 （32）
1．4．2　FPGA的特點及優勢 （33）
1．5　Xilinx器件簡介 （34）
1．5．1　Xilinx器件概況 （34）
1．5．2　Spartan係列器件 （36）
1．5．3　Virtex係列器件 （37）
1．6　FPGA信號處理闆CXD301 （39）
1．7　小結 （40）
參考文獻 （40）
第2章　設計語言及環境介紹 （43）
2．1　HDL語言簡介 （44）
2．1．1　HDL語言的特點及優勢 （44）
2．1．2　選擇VHDL還是Verilog （45）
2．2　VHDL語言基礎 （46）
2．2．1　程序結構 （47）
2．2．2　數據類型 （49）
2．2．3　數據對象 （52）
2．2．4　運算符 （52）
2．2．5　VHDL語句 （57）
2．3　FPGA開發工具及設計流程 （63）
2．3．1　ISE開發套件 （63）
2．3．2　ModelSim仿真軟件 （67）
2．3．3　Synplicity綜閤軟件 （69）
2．3．4　FPGA設計流程 （70）
2．4　MATLAB軟件 （72）
2．4．1　MATLAB軟件簡介 （72）
2．4．2　常用的信號處理函數 （75）
2．5　MATLAB與ISE的數據交換 （81）
2．6　小結 （82）
參考文獻 （82）
第3章　FPGA實現數字信號處理基礎 （83）
3．1　FPGA中數的錶示 （84）
3．1．1　萊布尼茲與二進製 （84）
3．1．2　定點數錶示 （85）
3．1．3　浮點數錶示 （86）
3．2　FPGA中數的運算 （89）
3．2．1　加/減法運算 （89）
3．2．2　乘法運算 （92）
3．2．3　除法運算 （94）
3．2．4　有效數據位的計算 （95）
3．3　有限字長效應 （97）
3．3．1　字長效應的産生因素 （97）
3．3．2　A/D轉換的字長效應 （98）
3．3．3　係統運算中的字長效應 （99）
3．4　FPGA中的常用處理模塊 （101）
3．4．1　乘法器模塊 （101）
3．4．2　除法器模塊 （106）
3．4．3　浮點運算模塊 （109）
3．4．4　濾波器模塊 （111）
3．4．5　數字頻率器模塊 （113）
3．5　小結 （115）
參考文獻 （116）
第4章　濾波器的MATLAB與FPGA實現 （117）
4．1　濾波器概述 （118）
4．1．1　濾波器的分類 （118）
4．1．2　濾波器的特徵參數 （120）
4．2　FIR與IIR濾波器的原理 （120）
4．2．1　FIR濾波器原理 （120）
4．2．2　IIR濾波器原理 （122）
4．2．3　IIR與FIR濾波器的比較 （122）
4．3　FIR濾波器的MATLAB設計 （123）
4．3．1　采用fir1函數設計 （123）
4．3．2　采用kaiserord函數設計 （126）
4．3．3　采用fir2函數設計 （126）
4．3．4　采用firpm函數設計 （128）
4．4　IIR濾波器的MATLAB設計 （130）
4．4．1　采用butter函數設計 （130）
4．4．2　采用cheby1函數設計 （131）
4．4．3　采用cheby2函數設計 （132）
4．4．4　采用ellip函數設計 （132）
4．4．5　采用yulewalk函數設計 （133）
4．4．6　幾種設計函數的比較 （133）
4．5　濾波器設計分析工具 （135）
4．6　FIR濾波器的FPGA實現 （136）
4．6．1　量化濾波器係數 （136）
4．6．2　FIR濾波器的實現結構 （138）
4．6．3　采用IP核實現FIR濾波器 （142）
4．6．4　MATLAB仿真測試數據 （148）
4．6．5　測試激勵的VHDL設計 （149）
4．6．6　FPGA實現後的仿真測試 （151）
4．7　IIR濾波器的FPGA實現 （152）
4．7．1　IIR濾波器的結構形式 （152）
4．7．2　量化級聯型結構的係數 （155）
4．7．3　級聯型結構的FPGA實現 （158）
4．7．4　FPGA實現後的測試仿真 （162）
4．8　濾波器的闆載測試 （162）
4．8．1　硬件接口電路 （162）
4．8．2　闆載測試程序 （163）
4．8．3　闆載測試驗證 （169）
4．9　小結 （170）
參考文獻 （170）
第5章　ASK調製解調技術的實現 （171）
5．1　ASK信號的調製解調原理 （172）
5．1．1　二進製振幅調製信號的産生 （172）
5．1．2　二進製振幅調製信號的解調 （173）
5．1．3　二進製振幅調製係統的性能 （175）
5．1．4　多進製振幅調製 （175）
5．2　ASK調製信號的MATLAB仿真 （176）
5．3　ASK調製信號的FPGA實現 （179）
5．3．1　FPGA實現模型及參數說明 （179）
5．3．2　ASK調製信號的VHDL設計 （181）
5．3．3　FPGA實現後的仿真測試 （182）
5．4　ASK解調技術的MATLAB仿真 （184）
5．5　ASK解調技術的FPGA實現 （186）
5．5．1　FPGA實現模型及參數說明 （186）
5．5．2　ASK信號解調的VHDL設計 （186）
5．5．3　FPGA實現後的仿真測試 （188）
5．6　符號判決門限的FPGA實現 （190）
5．6．1　確定ASK解調後的判決門限 （190）
5．6．2　判決門限模塊的VHDL設計 （191）
5．6．3　FPGA實現後的仿真測試 （193）
5．7　鎖相環位同步技術的FPGA實現 （194）
5．7．1　位同步技術的工作原理 （194）
5．7．2　位同步頂層模塊的VHDL設計 （196）
5．7．3　雙相時鍾信號的VHDL設計 （198）
5．7．4　鑒相模塊的VHDL設計 （199）
5．7．5　控製模塊的VHDL設計 （201）
5．7．6　分頻模塊的VHDL設計 （203）
5．7．7　FPGA實現後的仿真測試 （204）
5．8　ASK解調係統的FPGA實現及仿真 （204）
5．8．1　完整解調係統的VHDL設計 （204）
5．8．2　完整係統的仿真測試 （207）
5．9　ASK調製解調的闆載測試 （209）
5．9．1　硬件接口電路 （209）
5．9．2　闆載測試程序 （209）
5．9．3　闆載測試驗證 （214）
5．10　小結 （215）
參考文獻 （215）
第6章　FSK調製解調技術的實現 （217）
6．1　FSK信號的調製解調原理 （218）
6．1．1　FSK信號的時域錶示 （218）
6．1．2　相關係數與頻譜特性 （219）
6．1．3　非相乾解調原理 （221）
6．1．4　相乾解調原理 （222）
6．1．5　解調方法的應用條件分析 （224）
6．2　FSK調製解調的MATLAB仿真 （225）
6．2．1　不同調製度的FSK信號仿真 （225）
6．2．2　非相乾解調FSK仿真 （226）
6．2．3　相乾解調FSK仿真 （231）
6．3　FSK調製信號的FPGA實現 （234）
6．3．1　FSK信號的産生方法 （234）
6．3．2　FSK調製信號的VHDL設計 （235）
6．3．3　FPGA實現後的仿真測試 （237）
6．4　FSK解調的FPGA實現 （238）
6．4．1　解調模型及參數設計 （238）
6．4．2　解調FSK信號的VHDL設計 （239）
6．4．3　FPGA實現後的仿真測試 （243）
6．5　MSK信號産生原理 （246）
6．5．1　MSK信號時域特徵 （246）
6．5．2　MSK信號頻譜特性 （246）
6．5．3　MSK信號的産生方法 （248）
6．6　MSK調製信號的FPGA實現 （249）
6．6．1　實例參數及模型設計 （249）
6．6．2　MSK調製信號的VHDL設計及仿真 （250）
6．7　MSK解調原理 （255）
6．7．1　延遲差分解調 （255）
6．7．2　平方環相乾解調 （257）
6．8　MSK解調的MATLAB仿真 （258）
6．8．1　仿真模型及參數說明 （258）
6．8．2　平方環解調MSK的MATLAB仿真 （258）
6．9　平方環的FPGA實現 （261）
6．9．1　鎖相環的工作原理 （261）
6．9．2　平方環的工作原理 （264）
6．9．3　平方環路性能參數設計 （265）
6．9．4　平方環的VHDL設計 （268）
6．9．5　FPGA實現後的仿真測試 （272）
6．10　MSK解調的FPGA實現 （273）
6．10．1　MSK解調環路參數設計 （273）
6．10．2　頂層模塊的VHDL設計 （275）
6．10．3　脈衝成形及解調模塊的VHDL設計 （279）
6．10．4　FPGA實現後的仿真測試 （281）
6．11　MSK調製解調的闆載測試 （283）
6．11．1　硬件接口電路 （283）
6．11．2　闆載測試程序 （283）
6．11．3　闆載測試驗證 （287）
6．12　小結 （288）
參考文獻 （289）
第7章　PSK調製解調技術的實現 （291）
7．1　DPSK信號的調製解調原理 （292）
7．1．1　DPSK信號的調製原理 （292）
7．1．2　Costas環解調DPSK信號 （293）
7．1．3　DPSK調製解調的MATLAB仿真 （295）
7．2　DPSK解調的FPGA實現 （298）
7．2．1　環路性能參數設計 （298）
7．2．2　Costas環的VHDL設計 （300）
7．2．3　FPGA實現後的仿真測試 （303）
7．3　DQPSK信號的調製解調原理 （303）
7．3．1　QPSK信號的調製原理 （303）
7．3．2　雙比特碼元差分編解碼原理 （305）
7．3．3　DQPSK信號解調原理 （306）
7．3．4　DQPSK調製解調的MATLAB仿真 （309）
7．4　DQPSK調製信號的FPGA實現 （313）
7．4．1　差分編/解碼的VHDL設計 （313）
7．4．2　DQPSK調製信號的VHDL設計 （316）
7．5　DQPSK解調的FPGA實現 （321）
7．5．1　極性Costas環的VHDL設計 （321）
7．5．2　FPGA實現後的仿真測試 （326）
7．5．3　調整跟蹤策略獲取良好的跟蹤性能 （327）
7．5．4　完整的DQPSK解調係統設計 （328）
7．5．5　DQPSK解調係統的仿真測試 （331）
7．6　?/4 QPSK調製解調原理 （332）
7．6．1　?/4 QPSK信號的調製原理 （332）
7．6．2　匹配濾波器與成形濾波器 （334）
7．6．3　?/4 QPSK信號的差分解調原理 （339）
7．6．4　?/4 QPSK調製解調的MATLAB仿真 （340）
7．7　?/4 QPSK調製解調的FPGA實現 （344）
7．7．1　基帶編碼的VHDL設計 （344）
7．7．2　差分解調的VHDL設計 （346）
7．7．3　FPGA實現後的仿真測試 （351）
7．8　PSK調製解調電路的闆載測試 （352）
7．8．1　Costas環電路的闆載測試 （352）
7．8．2　DQPSK電路的闆載測試 （359）
7．8　小結 （360）
參考文獻 （361）
第8章　QAM調製解調技術的FPGA實現 （363）
8．1　QAM信號的調製解調原理 （364）
8．1．1　QAM調製解調係統組成 （364）
8．1．2　差分編碼與星座映射 （365）
8．1．3　QAM調製解調的MATLAB仿真 （367）
8．2　QAM編/解碼的FPGA實現 （371）
8．2．1　編碼映射的VHDL設計 （371）
8．2．2　解碼模塊的VHDL設計 （373）
8．2．3　FPGA實現後的仿真測試 （375）
8．3　QAM載波同步的FPGA實現 （375）
8．3．1　QAM載波同步原理 （375）
8．3．2　極性判決法載波同步的FPGA實現 （378）
8．3．3　DD算法載波同步的FPGA實現 （383）
8．4　插值算法位同步技術原理 （390）
8．4．1　位同步技術分類及組成 （390）
8．4．2　內插濾波器原理及結構 （392）
8．4．3　Gardner誤差檢測算法 （394）
8．4．4　環路濾波器與數控振蕩器 （395）
8．5　插值算法位同步技術的MATLAB仿真 （396）
8．5．1　設計環路濾波器係數 （397）
8．5．2　分析位定時算法MATLAB仿真程序 （397）
8．5．3　完整的QAM位定時算法仿真 （402）
8．6　插值算法位同步技術的FPGA實現 （403）
8．6．1　頂層模塊的VHDL設計 （403）
8．6．2　插值濾波模塊的VHDL設計 （406）
8．6．3　誤差檢測及環路濾波器模塊的VHDL設計 （408）
8．6．4　數控振蕩器模塊的VHDL設計 （411）
8．6．5　FPGA實現後的仿真測試 （412）
8．7　插值算法位同步電路的闆載測試 （417）
8．7．1　硬件接口電路 （417）
8．7．2　闆載測試程序 （418）
8．7．3　闆載測試驗證 （421）
8．8　小結 （422）
參考文獻 （423）
第9章　擴頻調製解調技術的FPGA實現 （425）
9．1　擴頻通信的基本原理 （426）
9．1．1　擴頻通信的概念 （426）
9．1．2　擴頻通信的種類 （427）
9．1．3　直擴係統工作原理 （429）
9．2　直擴調製信號MATLAB仿真 （431）
9．2．1　僞碼序列的産生原理 （431）
9．2．2　MATLAB仿真直擴調製信號 （432）
9．3　直擴信號調製的FPGA實現 （436）
9．3．1　僞碼模塊的VHDL設計 （436）
9．3．2　擴頻調製模塊的VHDL設計 （437）
9．4　僞碼同步的一般原理 （440）
9．4．1　滑動相關捕獲原理 （441）
9．4．2　延遲鎖相環跟蹤原理 （442）
9．5　僞碼同步算法設計及仿真 （443）
9．5．1　同步算法設計 （443）
9．5．2　捕獲及跟蹤門限的MATLAB仿真 （445）
9．6　僞碼同步的FPGA實現 （447）
9．6．1　頂層模塊的VHDL設計 （447）
9．6．2　僞碼産生模塊的VHDL設計 （451）
9．6．3　相關積分模塊的VHDL設計 （453）
9．6．4　僞碼相位調整模塊的VHDL設計 （454）
9．6．5　FPGA實現後的仿真測試 （456）
9．7　直擴解調係統的FPGA實現 （458）
9．7．1　Costas載波環的VHDL設計 （458）
9．7．2　FPGA實現後的仿真測試 （463）
9．８　直擴調製解調的闆載測試 （465）
9．8．1　硬件接口電路 （465）
9．8．2　闆載測試程序 （466）
9．8．3　闆載測試驗證 （472）
9．9　小結 （473）
參考文獻 （473）

前言/序言

為什麼要寫這本書

為什麼要寫這本書？或者說，為什麼要寫數字通信的MATLAB與FPGA實現技術相關內容的書？記得幾年前電子工業齣版社首次齣版《數字濾波器的MATLAB與FPGA實現》一書時，我在前言中提到寫作的原因主要有三條：其一，是FPGA技術在電子通信領域得到瞭越來越廣泛的應用，並已逐漸成為電子産品實現的首選方案；其二，是國內市場上專門討論如何采用FPGA實現數字通信技術的書籍相對欠缺；其三，是數字通信技術本身十分復雜，關鍵技術較多，在一本書中全麵介紹數字通信技術的FPGA實現難免有所遺漏，且內容難以翔實。因此，根據作者的從業經驗，將數字通信技術的關鍵技術大緻分為濾波器技術、同步技術和解調技術三種，並嘗試著先寫濾波器技術，再逐漸完成其他兩項關鍵技術的寫作。在廣大讀者的支持和鼓勵下，總算完成瞭《數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現》、《數字調製解調技術的MATLAB與FPGA實現》兩本書。後來又根據讀者的反饋要求，先後齣版瞭數字濾波器、數字通信同步技術、數字調製解調技術幾本書的Altera/Verilog版，以及專門討論鎖相環技術的《鎖相環技術原理及FPGA實現》。

數字通信的MATLAB與FPGA實現的係列著作齣版後，陸續通過郵件或博客的方式收到廣大讀者的反饋意見。一些讀者直接通過郵件告知書中的內容對工作中提供的直接或間接的幫助；一些讀者提齣瞭很多中肯的有建設性的意見和建議；更多的讀者通過郵件交流書中的相關設計問題；還有一些讀者直接指齣瞭書中一些描述不準確的地方，以及部分文字上的錯誤（這些勘誤都已在我的技術博客中發布）。

由於最初用Xilinx /VHDL平颱（相對於Altera/Verilog，我更早熟悉Xilinx /VHDL平颱）寫數字通信的MATLAB與FPGA實現的係列著作時，並沒有規劃要寫這個係列的Altera/Verilog版本，因此並沒有在書名上增加“Xilinx/VHDL版”的字樣，後來寫Altera/Verilog版本時，為以示區彆，在書名上增加瞭“Altera/Verilog版”的字樣。時間過得很快，五年多的時間過去瞭，應讀者需求，為進一步提高廣大讀者學習的效率，作者精心設計瞭與Xilinx/VHDL版本係列圖書配套使用的FPGA信號處理闆CXD301，並利用這次改版的時機增加瞭書中實例的闆載測試內容，同時將書名增加瞭“Xilinx/VHDL版”的字樣。

與《數字調製解調技術的ＭATLAB與FPGA實現》前一版相比，此次改版主要涉及以下幾個方麵：

（1）對有FPGA工程實例的章節，增加瞭主要工程實例的CXD301闆載測試內容。

（2）FPGA工具更換為ISE 14.7，仿真工具更換為ModelsimSE 10.1，MATLAB軟件更換為Matlab_R2014a版本。

（3）為便於在CXD301處理闆上進行闆載測試驗證，對部分工程實例參數進行瞭適當調整。

（4）在編寫闆載測試內容時，發現原書中的部分程序還有需要完善的地方，改版過程中對配套開發資源包中的程序文件進行瞭補充及優化。

（5）改寫瞭第6章MSK調製信號的FPGA實現方法。

（6）更正瞭書中一些敘述不當的地方，大多是讀者反饋迴來的問題。

（7）對讀者提問較多的地方敘述得更加詳細。

通常來講，一名電子通信專業的技術人員，在從業之初都會遇到類似的睏惑：如何將從教材中學到的理論與實際中的工程設計結閤起來？如何能夠將這些教材中的理論轉換成實際的電路？絕大多數數字通信類教材對通信的原理講解十分透徹，但理論與實踐之間顯然需要有一座可以順利通過的橋梁。一個常用的方法是通過采用MATLAB等工具進行軟件仿真的方法來加深對理論的理解，但更好的方法顯然是直接參與工程的設計與實現。

然而，剛畢業的工科院校學生極少有機會參加實際工程設計，工作中往往感到學校所學的理論知識很難與實際工程産品的實現聯係起來。教科書上多是講解通信原理性的內容，即使可以很好地解答教材後麵的習題，或者說能夠熟練地對書中的基本公式進行推導，在實際進行産品設計時，如何將這些理論及公式用具體的電路或硬件平颱實現齣來，仍然是擺在廣大工程師麵前的一道難關。尤其對於數字通信專業來講，由於涉及的理論知識比較復雜，真正進行工程設計時纔發現根本無從下手。采用MATLAB、System View等軟件對通信理論進行仿真，雖然可以直觀地驗證算法的正確性，並查看仿真結果，但這類軟件的仿真畢竟隻停留在算法或模型的仿真上，與真正的工程設計及實現完全是兩個不同的概念。FPGA技術很好地解決瞭這一問題。FPGA技術本來就是基於工程應用的技術，其仿真技術可以很好地仿真産品實際的工作情況，尤其是時序仿真技術，在計算機上通過瞭時序仿真的程序設計，幾乎不再需要修改就可以直接應用到工程中。這種設計、驗證、仿真的一體化方式可以極好地將理論與工程應用結閤起來，從而提高學習的興趣。

FPGA技術因其快速的並行運算能力，以及獨特的組成結構，在電子通信領域已成為必不可少的實現平颱之一。本書的目的正是架起一座教科書理論與工程設計實踐之間的橋梁，通過具體的設計實例，詳細講解從理論到工程實現的方法、步驟和過程，以便於工程技術人員盡快掌握利用FPGA平颱實現數字通信技術的方法。

目前，市場上已有很多介紹ISE、QuartusⅡ等FPGA開發環境，以及VHDL、Verilog HDL等硬件編程語言的書籍。當然，我們僅僅使用FPGA來實現一些數字邏輯電路，或者理論性不強的控製電路設計，掌握FPGA開發工具及VHDL語法就可以開始工作瞭。但是數字通信技術的理論性要強得多，采用FPGA平颱實現數字通信技術的前提條件是對理論知識首先要有深刻的理解。在理解理論知識的基礎上，關鍵的問題是根據這些通信理論或公式，利用FPGA的特點，找到閤適的算法實現結構，理清工程實現的思路，並采用VHDL等硬件編程語言對其進行正確的實現。因此，要順利地讀懂本書，掌握用FPGA實現數字通信技術的知識和技能，讀者還需要對FPGA的開發環境和設計語言有一定的瞭解。

作者在寫作本書的過程中，兼顧數字通信技術的基礎理論，以及工程設計過程的完整性，重點突齣FPGA設計方法、結構、實現細節和仿真測試方法。在講解理論知識的時候，重點從工程應用的角度進行介紹，主要介紹工程設計時必須掌握和理解的知識點，並且結閤FPGA的特點進行討論，便於讀者盡快地找到理論與工程實現之間的結閤點。在講解實例的FPGA實現時，不僅絕大多數實例給齣瞭完整的VHDL程序代碼，並且從思路和結構上對每段代碼均進行瞭詳細的分析和說明。根據作者的理解，針對一些似是而非的概念，結閤工程實例的仿真測試加以闡述，希望能夠對讀者提供更多有用的參考。相信讀者按照書中講解的步驟完成一個個工程實例時，會逐步感覺到理論與工程實現之間完美結閤的暢快。隨著讀者掌握的工程實現技能的提高，對數字通信技術理論知識的理解也必將越來越深刻，重新閱讀以前學過的數字通信原理時，頭腦裏就更容易構建起理論與工程實現之間的橋梁。

本書的內容安排

第1章首先對數字通信技術的概念及FPGA基礎知識進行瞭簡要介紹。本章耗費一些筆墨來講述一些最基本的概念，一則是為瞭使全書所講述的內容更成體係，二則想重申一個老掉牙的理由—基本的概念永遠是最重要的。在介紹這些基本概念時，盡量避免使用一些復雜的公式及理論推導，更多地從直觀角度來討論。根據作者自身的經曆和對數字通信的理解，對頻譜、帶寬、采樣、信噪比等最基本的定義做瞭較為全麵的闡述，希望能夠對讀者加深數字通信係統原理的理解有所幫助。大概是由於職業的原因，長期以來都對那些偉大的技術創新者備感敬意，因此在寫FPGA發展曆程時，更多地從人物的角度去描述那些科技創新的故事，這些故事確實非常有趣，那些偉大的科學傢和技術創新者從來都不缺乏鮮明的個性。

采用MATLAB及FPGA來實現數字通信的相關技術，設計工程師首先需要熟練掌握一整套設計工具。設計語言及開發環境就是工程師手中的裝備，要設計齣完美的産品需要很多因素之間的相互配閤，而掌握好手中的開發工具無疑是最基本的因素之一。第2章主要對本書所使用的設計語言和開發環境進行簡要介紹。之所以說是簡要介紹，因為這一整套的開發工具本身的功能十分強大，每一種工具都有種類繁多的專門著述進行詳細闡述。隨著工程師設計經驗的積纍，設計水平的提高，越能更全麵地掌握設計工具的特點，從而更好地發揮設計工具的性能，以最小的代價設計齣理想的産品。好比一把寶劍，隻有握在高手的手中纔能發揮齣最大的威力。

第3章介紹FPGA中數的錶示方法、數的運算、有限字長效應及常用的數字信號處理模塊。數字信號在FPGA等硬件係統中實現時，因受寄存器長度的限製，不可避免地産生瞭有效字長效應。設計工程師必須瞭解字長效應對數字係統可能帶來的影響，並在實際設計中通過仿真來確定最終的量化位數、寄存器長度等內容。本章最後對幾種常用的運算模塊IP核進行介紹，詳細闡述瞭各IP核控製參數的設置方法，並給齣瞭幾個簡單的模塊應用實例。IP核的應用在FPGA設計中十分普遍，尤其在數字信號處理領域，采用設計工具提供的IP核進行設計，不僅可以提高設計效率，而且可以保證設計的性能。在進行FPGA工程設計時，工程師可以先瀏覽一下選定目標器件所能提供的IP核，便於通過使用IP核來減少設計工作量並提高係統性能。當然，工程師也可以根據設計需要，根據是否具有相應的IP核來選擇目標器件。這一章討論的都是一些非常基礎的知識，但正因為是基礎，所以顯得尤其重要。其中討論的有效數據位運算，以及字長效應等內容在後續的工程實例講解中都會多次涉及，因此建議讀者不要急於閱讀後續章節的工程實例講解，先切實練好基本功，纔可以達到事半功倍的效果。

對於從事電子通信行業的技術人員來說，濾波器是一個再普通不過的概念瞭。數字濾波器本身已成為一個專業性很強的研究方嚮，第4章所要講述的僅僅是最常用的FIR（Finite Impu

數字調製解調技術的MATLAB與FPGA實現（Xilinx/VHDL版） 內容簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵且深入的數字調製解調技術理論與實踐的學習平颱，重點關注如何利用MATLAB進行算法仿真與設計，並通過FPGA（以Xilinx器件為代錶）結閤VHDL語言進行高效硬件實現。本書將數字通信係統中至關重要的調製解調環節，從概念、理論推導，到實際工程應用，進行層層剖析，使讀者能夠深刻理解其工作原理，並掌握從算法設計到硬件部署的全流程。 核心內容概述： 本書的內容圍繞數字調製解調技術的關鍵方麵展開，既有紮實的理論基礎，又不乏前沿的工程實踐。我們將從基礎概念齣發，逐步深入到各種主流的調製解調方案，並通過實際案例展示如何在MATLAB中實現算法，以及如何在Xilinx FPGA平颱上利用VHDL進行高效的硬件邏輯設計與驗證。 第一部分：數字調製解調基礎理論與MATLAB仿真 1. 數字調製解調基礎概念迴顧： 信號的錶示與量化： 介紹模擬信號如何被離散化和數字化，包括采樣定理、量化誤差及其對信號質量的影響。 信道模型： 闡述各種通信信道的特性，如加性高斯白噪聲（AWGN）信道、衰落信道（如瑞利衰落、萊斯衰落）等，以及它們對數字信號傳輸的影響。 噪聲與乾擾： 深入分析各種噪聲（熱噪聲、散彈噪聲等）和乾擾（互調乾擾、串擾等）的來源、特性及其對係統性能的降解作用。 性能指標： 詳細介紹評價數字調製解調係統性能的關鍵指標，如誤碼率（BER）、信噪比（SNR）、星座圖、功率譜密度（PSD）等，並闡述它們之間的關係。 信息論基礎： 簡要迴顧香農定理等基本信息論概念，為理解信道容量和理論極限奠定基礎。 2. 常見數字調製技術詳解與MATLAB實現： 幅度鍵控（ASK）： 原理：基於載波幅度的變化來錶示數字信息。 類型：2-ASK (OOK), M-ASK。 MATLAB實現：演示如何生成ASK信號，模擬加性噪聲，並進行解調，計算BER。 頻率鍵控（FSK）： 原理：基於載波頻率的變化來錶示數字信息。 類型：2-FSK, M-FSK。 MATLAB實現：演示如何生成FSK信號，模擬不同類型的信道，並實現相乾解調和非相乾解調，分析BER性能。 相位鍵控（PSK）： 原理：基於載波相位的變化來錶示數字信息。 類型：BPSK, QPSK, 8-PSK, M-PSK。 MATLAB實現：詳細講解BPSK和QPSK的原理，以及如何利用MATLAB生成星座圖，模擬星座圖的鏇轉和衰落，實現相乾解調，並進行BER仿真。 正交振幅調製（QAM）： 原理：同時利用載波幅度和相位來錶示數字信息，是ASK和PSK的結閤。 類型：4-QAM, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM。 MATLAB實現：重點介紹QAM的星座圖設計，星座點映射，以及如何在MATLAB中實現QAM信號的生成、傳輸和解調。深入分析高階QAM的BER性能與SNR的關係。 3. 先進調製技術簡介與MATLAB仿真： 差分編碼與解碼： 介紹差分編碼在相位模糊情況下的作用，以及如何在MATLAB中實現差分編碼和解碼。 最小頻移鍵控（MSK）與高斯最小頻移鍵控（GMSK）： 講解這些連續相位調製（CPM）技術的特點，以及它們在移動通信中的優勢。 OFDM（正交頻分復用）基礎： 原理：將高速數據流分割成多個低速子數據流，在多個正交的子載波上並行傳輸，以抵抗頻率選擇性衰落。 MATLAB實現：演示OFDM信號的産生（IFFT），循環前綴的添加，以及接收端的FFT和循環前綴去除。 4. 數字解調技術與MATLAB實現： 相乾解調： 詳細闡述相乾解調的原理，包括載波同步（頻率同步和相位同步）的重要性，以及如何利用MATLAB模擬載波同步過程。 非相乾解調： 介紹非相乾解調的優勢（無需載波同步），以及不同調製方式下的非相乾解調方法（如包絡檢波、鑒頻器等）。 最大似然（ML）/最大後驗（MAP）判決： 講解在AWGN信道下的最優判決準則，以及如何在MATLAB中實現貝葉斯判決。 噪聲抑製技術： 介紹簡單的降噪濾波器（如匹配濾波器）在MATLAB中的實現。 5. MATLAB通信係統工具箱的應用： 本書將廣泛利用MATLAB的通信係統工具箱（Communication System Toolbox），如`commmod.PSKModulator`、`comm.PSKDemodulator`、`comm.QAMModulator`、`comm.QAMDemodulator`、`comm.AWGNChannel`、`comm.ErrorRate`等函數，演示如何快速構建和仿真數字調製解調係統。 通過不同場景下的仿真，對比分析不同調製方案的BER性能，以及在不同SNR條件下的錶現。 第二部分：FPGA硬件實現與Xilinx/VHDL實踐 1. FPGA與數字信號處理基礎： FPGA架構概述： 介紹FPGA的基本組成單元（LUT, Flip-flops, DSP Slices, BRAMs等）及其工作原理。 Verilog/VHDL語言基礎： 對VHDL語言進行必要的復習和講解，重點關注數據類型、信號、進程、組件實例化、狀態機等在FPGA設計中的應用。 硬件描述語言（HDL）設計流程： 講解從需求分析、RTL設計、仿真驗證、綜閤、布局布綫到下載配置的完整FPGA開發流程。 定點數與浮點數在FPGA中的處理： 闡述在FPGA資源受限的情況下，如何有效地進行定點數運算，以及何時需要使用浮點數運算單元。 2. 數字調製器硬件實現（Xilinx FPGA + VHDL）： ASK/FSK調製器的FPGA實現： 講解如何利用查找錶（LUT）或數控振蕩器（DCO）在FPGA中生成不同幅度的載波（ASK）或不同頻率的載波（FSK）。 設計並實現ASK/FSK調製邏輯，將輸入比特流轉換為相應的調製信號。 涉及狀態機設計，用於控製載波的生成和調製過程。 PSK調製器的FPGA實現： 利用CORDIC算法或查找錶生成正交的載波信號（cos(wt), sin(wt)）。 基於輸入比特流，通過多路選擇器（MUX）或查找錶直接生成不同相位的載波。 以BPSK和QPSK為例，詳細講解其FPGA實現細節，包括相位偏移的産生與切換。 QAM調製器的FPGA實現： 介紹QAM信號的生成原理，即兩個正交載波的幅度和相位的組閤。 利用FPGA的DSP Slices和BRAMs實現數字乘法器和查找錶，用於生成IQ（In-phase and Quadrature）信號。 講解如何將輸入比特流映射到相應的I、Q分量，並通過DAC（數字到模擬轉換器）輸齣。 3. 數字解調器硬件實現（Xilinx FPGA + VHDL）： ASK/FSK解調器的FPGA實現： 講解如何設計匹配濾波器或能量檢測器來接收ASK信號。 對於FSK，演示如何設計鑒頻器或頻率檢測邏輯。 實現比特提取邏輯，將接收到的模擬信號（通過ADC後）恢復為數字比特流。 PSK解調器的FPGA實現： 載波恢復： 重點講解在FPGA中實現載波同步的挑戰，包括頻率同步和相位同步。介紹Gardner定時等同步算法的基本思想，並探討其在FPGA上的實現方法。 相乾解調邏輯： 實現與調製端正交的載波相乘，並進行低通濾波（LPF）以提取基帶信號。 最佳判決器： 設計比較器，根據提取齣的基帶信號幅度或相位信息進行最佳判決。 QAM解調器的FPGA實現： 實現與調製端同步的IQ載波相乘和低通濾波。 設計決策器，根據IQ信號的值在QAM星座圖中找到最接近的點，從而恢復原始比特流。 需要仔細處理定點數運算帶來的精度問題。 4. FPGA設計與驗證： Xilinx Vivado/ISE設計流程： 詳細介紹如何使用Xilinx的集成開發環境（IDE），如Vivado，進行工程的創建、HDL代碼的編寫、綜閤、實現（布局布綫）、生成比特流以及下載到FPGA開發闆。 VHDL仿真與波形分析： 強調仿真在FPGA設計中的重要性。演示如何編寫測試平颱（Testbench）來驗證VHDL模塊的正確性，並利用仿真工具（如Vivado Simulator）進行波形分析，找齣設計中的錯誤。 IP核的應用： 介紹Xilinx提供的各種IP核（如FIR濾波器、FFT、CORDIC等），以及如何將這些IP核集成到VHDL設計中，以加速開發過程並提高性能。 係統集成與硬件調試： 講解如何將不同模塊組閤成完整的調製解調係統，以及在實際FPGA開發闆上進行硬件調試的方法（如ILA - Integrated Logic Analyzer）。 第三部分：實例分析與綜閤應用 1. 不同調製方案的FPGA性能比較： 通過實際的FPGA實現，對比不同調製方案（如BPSK, QPSK, 16-QAM）在資源占用、時序性能（最高工作頻率）和功耗方麵的差異。 分析FPGA實現中可能遇到的瓶頸，以及優化設計的方法。 2. 實際通信係統中的應用場景： 軟件無綫電（SDR）平颱： 探討如何將MATLAB設計的算法與FPGA實現相結閤，構建一個靈活的SDR係統。 通信鏈路設計： 以一個簡單的點對點通信鏈路為例，展示如何設計端到端的數字調製解調係統，包括信源編碼、信道編碼（可選）、調製、信道傳輸（模擬）和解調、信源譯碼。 嵌入式通信係統： 介紹如何將FPGA實現的調製解調模塊集成到嵌入式係統中，用於特定的通信應用，如物聯網（IoT）設備、工業自動化等。 3. 前沿技術展望： 簡要介紹一些更高級的調製技術和算法，如LDPC碼、Turbo碼與調製技術的結閤，以及在FPGA上實現這些復雜算法的挑戰與機遇。 探討智能信號處理在通信係統中的應用。 本書特色： 理論與實踐緊密結閤： 既講解清晰的數學原理，又提供可執行的MATLAB代碼和VHDL設計。 循序漸進的學習路徑： 從基礎概念到高級應用，結構清晰，易於讀者理解和掌握。 豐富的實例分析： 大量使用實際的MATLAB仿真和FPGA設計案例，幫助讀者將理論知識轉化為實踐技能。 Xilinx FPGA與VHDL為重點： 專注於行業主流的FPGA平颱和硬件描述語言，使讀者的學習成果更具應用價值。 注重工程實現細節： 深入探討FPGA設計中的資源約束、時序優化、定點數處理等實際工程問題。 內容全麵： 涵蓋瞭數字調製解調技術中的多種主流方案，為讀者構建完整的技術圖譜。 本書適閤於通信工程、電子工程、計算機科學等相關專業的本科生、研究生，以及從事數字通信、軟件無綫電、FPGA設計等工作的工程師閱讀。通過本書的學習，讀者將能夠深刻理解數字調製解調技術的原理，熟練掌握利用MATLAB進行算法設計和仿真，並具備使用Xilinx FPGA和VHDL進行高效硬件實現的能力。

評分☆☆☆☆☆

評價一 這本書的封麵設計撲麵而來的是一種嚴謹而專業的學術氣息，那深邃的藍色背景襯托著清晰的標題和技術性極強的插圖，立刻勾起瞭我對數字通信領域深入探索的興趣。我一直在尋找一本能夠將理論知識與實際工程應用緊密結閤的書籍，尤其是在數字調製解調這個核心技術上。許多市麵上的教材往往側重於數學推導，雖然嚴謹，但對於實際動手操作的指導卻略顯不足，而另外一些則過於偏重代碼實現，對背後的原理講解不夠透徹。我期望這本書能夠提供一個完美的平衡點，既有清晰易懂的理論講解，又能在MATLAB和FPGA這兩個強大的平颱上提供詳實的實踐指導。特彆是FPGA部分，我希望它能深入介紹如何將復雜的數字信號處理算法轉化為高效的硬件描述語言（VHDL），並能在Xilinx器件上進行驗證和實現。這種理論與實踐的結閤，對於我這樣希望將所學知識轉化為實際産品研發能力的讀者來說，至關重要。我非常期待書中能夠涵蓋諸如QPSK、QAM等經典調製方案的MATLAB仿真和FPGA硬核實現，甚至是更前沿的OFDM技術。此外，書中對於FPGA開發流程的詳細介紹，包括邏輯設計、綜閤、布局布綫以及時序約束等關鍵步驟，也將是我重點關注的內容。我希望這本書能夠成為我學習數字調製解調技術，並將其應用於通信係統設計和優化的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

評價三 拿到這本書，一股濃厚的工程實踐氛圍便撲麵而來。我一直對數字調製解調技術在現代通信係統中的核心地位深感著迷，但如何在理論與實踐之間搭建橋梁，尤其是如何有效利用MATLAB和FPGA這兩個強大的工具，一直是我學習中的一個痛點。這本書的標題直接點明瞭其核心價值，讓我看到瞭將抽象的通信原理轉化為具體可實現的解決方案的希望。我特彆期待書中能夠詳細講解如何在MATLAB環境中對各種數字調製方式，例如ASK、FSK、PSK、QAM等，進行深入的仿真和性能分析，包括星座圖、功率譜密度、誤碼率等關鍵指標的計算和可視化。更令我興奮的是，它承諾將這些算法通過VHDL語言在Xilinx FPGA平颱上實現。我希望能夠看到清晰的VHDL代碼示例，以及對每個模塊功能的詳細解釋，從而理解如何將數字信號處理算法映射到硬件邏輯，並實現高效的並行處理。這本書的齣現，就像是為我打開瞭一扇通往實際通信係統設計大門。我迫切希望學習書中關於FPGA資源（如LUTs、FFs、DSPs）的有效利用，以及如何優化設計以滿足實時性和功耗要求。如果書中還能提供一些關於FPGA開發流程的實用技巧，例如如何進行時序分析、如何調試硬件實現等，那將大大提升我的工程實踐能力。

評分☆☆☆☆☆

評價二 收到這本書的那一刻，我就被其厚實的質感和內頁精良的印刷所吸引。封麵上的“MATLAB與FPGA實現”字樣，立即點燃瞭我想要將抽象的數字調製解調理論轉化為可執行代碼和實際硬件的渴望。我之前接觸過一些關於數字信號處理的書籍，但往往在將理論算法映射到硬件實現層麵時感到力不從心。MATLAB強大的仿真能力和FPGA高效的並行處理能力，正是解決這一難題的關鍵。我特彆希望這本書能夠詳細闡述如何利用MATLAB進行係統級建模和仿真，例如生成基帶信號、添加噪聲、進行解調以及性能評估等。更重要的是，我期望它能循序漸進地引導讀者如何使用VHDL語言，將這些MATLAB模型中的算法邏輯轉化為可綜閤的硬件描述代碼，並在Xilinx FPGA平颱上進行實際的部署和調試。我非常感興趣的章節將是如何將諸如星座圖繪製、眼圖分析、誤碼率計算等MATLAB中的常用分析工具，轉化為FPGA上的實時監測和調試功能。另外，書中對於各種數字調製解調器（Modulator/Demodulator）的FPGA架構設計，例如並行處理、流水綫技術以及資源優化等方麵，將是我學習的重點。如果書中還能包含一些實際的應用案例，比如用於無綫通信、軟件無綫電（SDR）等場景下的調製解調模塊實現，那就更加完美瞭。

評分☆☆☆☆☆

評價四 從這本書的封麵上，我感受到瞭一種強烈的技術導嚮和實操性。我一直對數字調製解調技術在現代信息傳輸中的重要性有著深刻的認識，但苦於缺乏將理論知識轉化為動手能力的有效途徑。市麵上很多書籍要麼過於理論化，要麼過於基礎化，難以滿足我從原理到實現的進階需求。這本書的齣現，恰好填補瞭這一空白。我尤其看重它在MATLAB仿真和FPGA實現上的結閤。我期待書中能夠深入解析各種數字調製解調算法的數學原理，並提供詳細的MATLAB代碼實現，以便我能夠通過仿真直觀地理解其工作機製和性能錶現。更重要的是，我希望它能教會我如何利用VHDL語言，將這些算法邏輯有效地移植到Xilinx FPGA平颱上，並最終實現高效、穩定的硬件模塊。我特彆希望書中能夠包含一些關於FPGA設計流程的詳細介紹，包括頂層設計、模塊劃分、IP核的使用、約束文件的編寫以及最終的比特流生成等。例如，對於QPSK調製解調器，我希望看到它如何在FPGA上實現載波同步、定時恢復、相乾解調等關鍵功能。這本書就像是一座橋梁，連接瞭我對通信理論的理解和對硬件實現的掌握。

評分☆☆☆☆☆

評價五 翻開這本書，第一眼就被其專業的排版和清晰的圖示所吸引，仿佛預示著一段深入的技術探索之旅即將開啓。我一直認為，在數字通信領域，理論與實踐的結閤是學習的精髓，而數字調製解調技術正是這種結閤的典型代錶。我曾嘗試過一些相關的學習資料，但總覺得在將MATLAB仿真得到的算法轉化為FPGA硬件實現時，缺乏係統性的指導。這本書正是以“MATLAB與FPGA實現”為切入點，讓我看到瞭解決這一難題的希望。我期待書中能夠詳細闡述各種數字調製解調方案（如BFSK、BPSK、QPSK、8-PSK、16-QAM等）的原理，並輔以詳細的MATLAB仿真代碼，讓我在仿真環境中充分理解其特性。更讓我興奮的是，書中承諾將這些算法轉化為VHDL語言，並在Xilinx FPGA平颱上實現。我希望能夠看到清晰、模塊化的VHDL代碼，以及對設計思路的深入剖析，例如如何進行數據通路設計、控製邏輯設計、如何利用FPGA內部資源（如DRAM、DDR）來加速處理等。這本書的價值在於，它不僅傳授瞭知識，更提供瞭實踐的方法論，幫助我構建完整的數字調製解調工程能力。我非常期待書中能夠包含一些實際應用案例，以及在FPGA設計過程中可能遇到的常見問題和解決方案。