基于FPGA的PPM調制解調系統設計
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目前，大氣激光通信、無(wú)線(xiàn)紅外通信以及新興的紫外光通信技術(shù)發(fā)展迅猛，是現代通信技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。尤其是新興的紫外光通信技術(shù)，它工作在通常所說(shuō)的紫外光“日盲區”，利用該波段的紫外光進(jìn)行通信其背景噪聲可視為零，也使得紫外光通信具有低竊聽(tīng)率、低位辨率、全方位、高抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)。光通信系統大多采用設計為強度調制／直接檢測(IM／DD)的系統，應用于強度調制／直接檢測光通信系統中的調制方式有很多種，脈沖位置調制(PPM)是一種正交調制方式，相比于傳統的開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)調制，它具有更高的光功率利用率和頻帶利用率，并能進(jìn)一步提高傳輸信道的抗干擾能力。此外，PPM降低了光輻射平均功率的要求，小輻射功率對延長(cháng)發(fā)射光源工作壽命特別重要，能有效提高整機系統的使用壽命。
本文從工程應用出發(fā)，根據PPM的基本原理和數學(xué)模型，對PPM調制解調系統進(jìn)行了設計，并用Verilog HDL語(yǔ)言在Quartus上完成了系統仿真。
1 PPM的基本原理與數學(xué)模型
根據脈沖形式，脈沖位置調制可分為三種：?jiǎn)蚊}沖位置調制(L-PPM)，差分脈沖位置調制(L-DPPM)以及多脈沖位置調制(Multi-PPM)。從帶寬利用率、傳輸速率以及工程實(shí)際應用上綜合考慮，選擇L-PPM作為PPM實(shí)現的具體方式。
L-PPM是將一個(gè)n位二進(jìn)制數據組映射為由2n個(gè)時(shí)隙組成的時(shí)間段上的某一個(gè)時(shí)隙處的單個(gè)脈沖信號。易知，一個(gè)L位的PPM調制信號傳送的信息比特為log2L。如果將n位數據組寫(xiě)成m=(m1，m2，…，mn)，而將時(shí)隙位置記為l，則此單脈沖位置調制的編碼映射關(guān)系可以寫(xiě)成如下數學(xué)關(guān)系：l=m1+2m2+…+2n-1mn，n∈{0，1，…，n-1)。根據此關(guān)系式，得出16-PPM的示意圖，如圖1所示。
2 PPM調制系統設計
由上述討論，不難發(fā)現PPM的調制過(guò)程本質(zhì)上是一個(gè)計數過(guò)程。程序需計算并行數據中的數值，并在相應的時(shí)隙位置輸出一個(gè)高脈沖，其他位置不輸出脈沖，從而保證信號的一一映射。
本文基于Verilog HDL語(yǔ)言設計，以16-PPM為例，其設計思路為：由圖1所示PPM調制原理，PPM調制是將并行輸入數據進(jìn)行計數，故在調制之前應將串行輸入的數據進(jìn)行串／并轉換，由于是16-PPM，一幀時(shí)間內時(shí)隙個(gè)數應為16個(gè)，每次對4位數據進(jìn)行串／并轉換，故觸發(fā)串／并變換的時(shí)鐘信號是時(shí)隙時(shí)鐘的四分頻。轉換后的4位并行數據需與16進(jìn)制計數器進(jìn)行比較從而確定高脈沖在這一幀中的時(shí)隙位置，這要求并行數據能維持一幀時(shí)間使之與計數器產(chǎn)生的計數值進(jìn)行比較，故由鎖存器控制輸出并行數據。當并行數據與計數器的輸出值相等時(shí)，就輸出高電平“1”，否則輸出低電平“0”，這樣就產(chǎn)生了所需的PPM信號。具體流程如圖2所示。
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