数字调制解调技术的MATLAB与FPGA实现

出版者:电子工业出版社

作者:杜勇

页数:440

出版时间:2014-7

价格:68.00元

装帧:平装

isbn号码:9787121237133

具体描述

本书以XILINX公司的FPGA为开发平台，采用MATLAB及VHDL语言为开发工具，详细阐述了数字调制解调技术的FPGA实现原理、结构、方法，以及仿真测试过程，并通过大量工程实例分析FPGA实现过程中的具体技术细节。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，追求对工程实践的指导性，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实例工程代码，有利于工程技术人员参考学习。

目录信息

第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FPGA 21
1.3.2 FPGA的发展趋势 24
1.3.3 FPGA的组成结构 26
1.3.4 FPGA的工作原理 30
1.4 FPGA与其他处理平台的比较 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
第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Verilog 43
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 运算符 50
2.2.5 VHDL语句 55
2.3 FPGA开发工具及设计流程 60
2.3.1 ISE开发套件 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
第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 莱布尼兹与二进制 82
3.1.2 定点数表示 83
3.1.3 浮点数表示 84
3.2 FPGA中数的运算 87
3.2.1 加/减法运算 87
3.2.2 乘法运算 90
3.2.3 除法运算 92
3.2.4 有效数据位的计算 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 系统运算中的字长效应 97
3.4 FPGA中的常用处理模块 99
3.4.1 乘法器模块 99
3.4.2 除法器模块 104
3.4.3 浮点运算模块 107
3.4.4 滤波器模块 109
3.4.5 数字频率器模块 111
3.5 小结 113
参考文献 113
第4章 滤波器的MATLAB与FPGA实现 115
4.1 滤波器概述 116
4.1.1 滤波器的分类 116
4.1.2 滤波器的特征参数 118
4.2 FIR与IIR滤波器的原理 118
4.2.1 FIR滤波器原理 118
4.2.2 IIR滤波器原理 120
4.2.3 IIR与FIR滤波器的比较 120
4.3 FIR滤波器的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滤波器的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 滤波器设计分析工具 133
4.6 FIR滤波器的FPGA实现 134
4.6.1 量化滤波器系数 134
4.6.2 FIR滤波器的实现结构 136
4.6.3 采用IP核实现FIR滤波器 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滤波器的FPGA实现 150
4.7.1 IIR滤波器的结构形式 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
第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 二进制振幅调制信号的产生 164
5.1.2 二进制振幅调制信号的解调 165
5.1.3 二进制振幅调制系统的性能 167
5.1.4 多进制振幅调制 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 位同步技术的工作原理 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
第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 解调方法的应用条件分析 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信号的产生方法 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信号的产生方法 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 延迟差分解调 237
6.7.2 平方环相干解调 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 平方环解调MSK的MATLAB仿真 240
6.9 平方环的FPGA实现 242
6.9.1 锁相环的工作原理 243
6.9.2 平方环的工作原理 246
6.9.3 平方环路性能参数设计 247
6.9.4 平方环的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
第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 极性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 匹配滤波器与成形滤波器 308
7.6.3 /4 QPSK信号的差分解调原理 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 差分解调的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
第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载波同步的FPGA实现 341
8.3.1 QAM载波同步原理 341
8.3.2 载波同步顶层模块的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 插值算法位同步技术原理 354
8.4.1 位同步技术分类及组成 354
8.4.2 内插滤波器原理及结构 356
8.4.3 Gardner误差检测算法 358
8.4.4 环路滤波器与数控振荡器 359
8.5 插值算法位同步技术的MATLAB仿真 360
8.5.1 设计环路滤波器系数 361
8.5.2 分析位定时算法MATLAB仿真程序 361
8.5.3 完整的QAM位定时算法仿真 366
8.6 插值算法位同步技术的FPGA实现 368
8.6.1 顶层模块的VHDL设计 368
8.6.2 插值滤波模块的VHDL设计 370
8.6.3 误差检测及环路滤波器模块的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
第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 直扩系统工作原理 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 伪码同步算法设计及仿真 399
9.5.1 同步算法设计 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载波环的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
· · · · · · (收起)

用户评价

对于这本书的读者定位，我有一些自己的猜想。它显然是为对数字通信领域感兴趣的在校学生、研究生，以及初涉此行业的工程师量身打造的。但我也在思考，这本书是否也能够对已经具备一定通信基础，但对MATLAB或FPGA实现不够熟悉的开发者有所帮助？比如说，如果我熟悉通信原理，但缺乏MATLAB的仿真经验，这本书的MATLAB部分能否快速引导我入门？反之，如果我熟悉FPGA开发，但对数字调制解调的理论理解不够深入，那么这本书的理论讲解是否足够清晰，能让我快速掌握核心概念？我希望书中能够提供一些学习路径的建议，或者根据读者的背景推荐阅读的章节。另外，这本书的语言风格也是我关注的重点。我期待它能用清晰、准确、易于理解的语言来阐述复杂的概念，避免过多的专业术语堆砌。如果书中能辅以大量的示意图、流程图和代码注释，那就再好不过了，能够大大降低读者的理解门槛。一个优秀的教材，不仅要传递知识，更要激发读者的学习兴趣和探索欲。

从内容编排的角度来看，我非常好奇这本书是如何将理论知识与实践操作巧妙结合的。很多技术书籍往往要么过于偏重理论，导致读者觉得枯燥乏味，难以落地；要么过于注重代码实现，但缺乏对底层原理的深入剖析，让读者知其然不知其所以然。我希望这本书能够在这方面找到一个很好的平衡点。例如，在讲解某个调制解调算法时，书中是否会先从数学模型出发，详细推导其原理，然后逐步过渡到MATLAB的仿真实现，最后再引导读者如何将其转化为FPGA的硬件描述语言（HDL）代码？我尤其关心书中的MATLAB部分，它是否会提供一些现成的M文件，让读者可以直接运行和修改，以此来验证算法的有效性？而对于FPGA部分，我希望它能清晰地讲解如何在Xilinx或Altera（Intel FPGA）等主流FPGA平台上进行开发，包括设计流程、IP核的使用、时序约束等等。此外，鉴于数字调制解调技术的复杂性，书中是否会对一些关键的性能指标，如误码率（BER）、星座图、频谱效率等，进行详细的分析和讨论，并指导读者如何通过仿真和硬件实现来优化这些指标？一个好的章节结构，应该能够循序渐进，让读者在掌握基础知识后，能够逐步挑战更高级的课题。

除了具体的调制解调算法实现，我对书中关于FPGA开发流程的介绍也充满了期待。使用FPGA进行信号处理，往往涉及到前端的IP核选择、后端的综合、布局布线以及时序分析等一系列复杂的过程。我希望这本书能够对这些步骤进行详细的讲解。例如，书中是否会推荐一些常用的FPGA开发工具链，如Vivado、Quartus等？在进行信号处理算法的FPGA移植时，如何从MATLAB的算法描述转化为HDL代码？是否会有一些通用的设计模式或框架？在FPGA实现过程中，如何进行调试？如何利用ILA（Integrated Logic Analyzer）等工具来抓取内部信号，进行验证？我特别关心书中关于资源利用率、功耗和时序性能的优化技巧。毕竟，在实际的通信系统中，这些因素都至关重要。如果书中能给出一些实际的性能测试结果，并与仿真结果进行对比，那就更能体现其价值。总而言之，我期待这本书能够成为一本既有深度又有广度的技术参考书，帮助我更好地理解和掌握数字调制解调技术的MATLAB与FPGA实现。

书中在讲解具体的数字调制解调技术时，我特别希望能够看到一些深入的案例分析。比如，对于PSK（相移键控）系列，它是否会详细对比BPSK、QPSK、8PSK等不同阶数下的调制特点，包括星座图、带宽需求、抗噪声能力等？在MATLAB中，如何高效地生成这些调制信号？在FPGA中，又该如何用Verilog或VHDL来实现这些调制器的逻辑？同样，对于ASK（幅度键控）和FSK（频率键控），以及更复杂的QAM（正交幅度调制），我希望书中能给出具体的实现细节。我尤其对QAM的实现感兴趣，因为它是现代通信系统中应用最广泛的一种调制方式。书中是否会讲解如何实现64-QAM、256-QAM，甚至更高阶的QAM？在FPGA中，如何处理高精度的数据，以及如何保证信号的线性度和相位精度，这些都是我比较好奇的地方。如果书中还能提及一些实际应用中会遇到的挑战，比如载波同步、定时恢复、信道估计等问题，并给出相应的解决方案，那就更加完善了。

这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象。深邃的蓝色背景，搭配上流线型的信号波形图案，以及清晰有力的书名字体，都散发着一种科技感和专业性。我刚拿到手时，就迫不及待地翻开了它。虽然我本人并非直接从事信号处理或FPGA开发的一线工程师，但对数字通信领域一直抱有浓厚的兴趣，尤其是对于信号如何在数字世界中被编码、传输和还原的过程。这本书的标题，尤其是“MATLAB与FPGA实现”这几个字，直接点燃了我深入了解的欲望。我一直在思考，那些我们日常使用的各种无线通信设备，比如手机、Wi-Fi路由器，它们内部究竟是如何工作的？数据是如何在空中“飞舞”的？而MATLAB作为强大的仿真工具，FPGA作为高性能硬件平台，它们在其中扮演着怎样的关键角色？这本书是否能够清晰地解释这些背后的原理，并给出直观的实现方式？我尤其期待书中能够通过大量的图示和实际代码示例，将抽象的数学模型具象化，让我能够更直观地理解QPSK、PSK、QAM等各种调制方式的工作流程，以及如何用FPGA的逻辑电路来实现这些复杂的信号处理算法。如果书中能穿插一些实际的应用案例，比如简化的软件定义无线电（SDR）系统，那就更好了，能让我体会到理论联系实际的乐趣。