本書以Altera公司的FPGA為開發(fā)平臺，以MATLAB及Verilog HDL為開發(fā)工具，詳細(xì)闡述數(shù)字通信同步技術(shù)的FPGA實現(xiàn)原理、結(jié)構(gòu)、方法和仿真測試過程，并通過大量的工程實例分析FPGA實現(xiàn)過程中的具體技術(shù)細(xì)節(jié)。本書主要內(nèi)容包括FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理基礎(chǔ)、鎖相環(huán)、載波同步、自動頻率控制、位同步、幀同步等。本書思路清晰、語言流暢、分析透徹，在簡明闡述設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，注重對工程實踐的指導(dǎo)性，力求使讀者在較短的時間內(nèi)掌握數(shù)字通信同步技術(shù)的FPGA設(shè)計知識和技能。作者精心設(shè)計了與本書配套的FPGA開發(fā)板，詳細(xì)介紹了工程實例的實驗步驟及方法，形成了從理論到實踐的完整學(xué)習(xí)過程，可以有效地加深讀者對數(shù)字通信同步技術(shù)的理解。本書的配套資料收錄了完整的MATLAB及Verilog HDL代碼，有利于工程技術(shù)人員參考，讀者可登錄華信教育資源網(wǎng)（www.hxedu.com.cn）免費注冊后下載。

杜勇，四川省廣安市人，高級工程師。1999年于湖南大學(xué)獲電子工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位，2005年于國防科技大學(xué)獲信息與通信工程專業(yè)碩士學(xué)位。主要從事數(shù)字信號處理、無線通信以及FPGA應(yīng)用技術(shù)研究。發(fā)表學(xué)術(shù)論文十余篇，出版《數(shù)字濾波器的MATLAB與FPGA實現(xiàn)（第2版）》、《數(shù)字通信同步技術(shù)的MATLAB與FPGA實現(xiàn)》、《數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的MATLAB與FPGA實現(xiàn)》等多部著作。

第1章　同步技術(shù)的概念及FPGA基礎(chǔ) （1）
1.1　數(shù)字通信中的同步技術(shù) （1）
1.2　同步技術(shù)的實現(xiàn)方法 （3）
1.2.1　兩種不同的實現(xiàn)原理 （3）
1.2.2　常用的工程實現(xiàn)途徑 （4）
1.3　FPGA概念及其在信號處理中的應(yīng)用 （5）
1.3.1　基本概念及發(fā)展歷程 （5）
1.3.2　FPGA的結(jié)構(gòu)和工作原理 （7）
1.3.3　FPGA在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用 （14）
1.4　Altera器件簡介 （15）
1.5　Verilog HDL語言簡介 （17）
1.5.1　HDL語言簡介 （17）
1.5.2　Verilog HDL的特點 （18）
1.5.3　Verilog HDL的程序結(jié)構(gòu) （19）
1.6　FPGA開發(fā)工具及設(shè)計流程 （20）
1.6.1　Quartus II開發(fā)套件 （20）
1.6.2　ModelSim仿真軟件 （23）
1.6.3　FPGA的設(shè)計流程 （25）
1.7　MATLAB軟件 （28）
1.7.1　MATLAB簡介 （28）
1.7.2　MATLAB工作界面 （28）
1.7.3　MATLAB的特點及優(yōu)勢 （29）
1.7.4　MATLAB與Quartus II的數(shù)據(jù)交互 （30）
1.8　FPGA開發(fā)板CRD500 （31）
1.8.1　CRD500簡介 （31）
1.8.2　CRD500典型應(yīng)用 （33）
1.9　小結(jié) （33）
第2章　FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理基礎(chǔ) （35）
2.1　FPGA中數(shù)的表示 （35）
2.1.1　萊布尼茲與二進(jìn)制 （35）
2.1.2　定點數(shù)表示 （36）
2.1.3　浮點數(shù)表示 （37）
2.2　FPGA中數(shù)的運算 （40）
2.2.1　加/減法運算 （40）
2.2.2　乘法運算 （43）
2.2.3　除法運算 （45）
2.2.4　有效數(shù)據(jù)位的計算 （45）
2.3　有限字長效應(yīng) （48）
2.3.1　字長效應(yīng)的產(chǎn)生因素 （48）
2.3.2　A/D轉(zhuǎn)換器的字長效應(yīng) （49）
2.3.3　數(shù)字系統(tǒng)運算中的字長效應(yīng) （50）
2.4　FPGA中的常用運算處理模塊 （52）
2.4.1　加法器模塊 （52）
2.4.2　乘法器模塊 （54）
2.4.3　除法器模塊 （57）
2.4.4　浮點數(shù)運算模塊 （58）
2.4.5　濾波器模塊 （59）
2.5　小結(jié) （61）
第3章　鎖相環(huán)原理及應(yīng)用 （63）
3.1　鎖相環(huán)的原理 （63）
3.1.1　鎖相環(huán)的模型 （63）
3.1.2　鎖定與跟蹤的概念 （64）
3.1.3　鎖相環(huán)的基本性能要求 （65）
3.2　鎖相環(huán)的組成 （66）
3.2.1　鑒相器 （66）
3.2.2　環(huán)路濾波器 （67）
3.2.3　壓控振蕩器 （68）
3.3　鎖相環(huán)的動態(tài)方程 （68）
3.3.1　非線性相位模型 （68）
3.3.2　線性相位模型 （70）
3.3.3　鎖相環(huán)的傳遞函數(shù) （71）
3.4　鎖相環(huán)的性能分析 （72）
3.4.1　暫態(tài)信號響應(yīng) （72）
3.4.2　鎖相環(huán)的頻率響應(yīng) （74）
3.4.3　鎖相環(huán)的穩(wěn)定性 （77）
3.4.4　非線性跟蹤性能 （78）
3.4.5　鎖相環(huán)的捕獲性能 （80）
3.4.6　鎖相環(huán)的噪聲性能 （81）
3.5　鎖相環(huán)的應(yīng)用 （83）
3.5.1　鎖相環(huán)的兩種跟蹤狀態(tài) （83）
3.5.2　調(diào)頻解調(diào)器 （84）
3.5.3　調(diào)相解調(diào)器 （84）
3.5.4　調(diào)幅信號的相干解調(diào) （85）
3.5.5　鎖相調(diào)頻器 （85）
3.5.6　鎖相調(diào)相器 （86）
3.6　小結(jié) （86）
第4章　載波同步的FPGA實現(xiàn) （88）
4.1　載波同步的原理 （88）
4.1.1　載波同步的概念及實現(xiàn)方法 （88）
4.1.2　鎖相環(huán)的工作方式 （89）
4.2　鎖相環(huán)的數(shù)字化模型 （90）
4.2.1　數(shù)字鑒相器 （90）
4.2.2　數(shù)字環(huán)路濾波器 （91）
4.2.3　數(shù)字控制振蕩器 （92）
4.2.4　數(shù)字鎖相環(huán)動態(tài)方程 （93）
4.3　輸入信號建模與仿真 （94）
4.3.1　工程實例需求 （94）
4.3.2　輸入信號模型 （95）
4.3.3　輸入信號的MATLAB仿真 （96）
4.4　載波同步環(huán)的參數(shù)設(shè)計 （99）
4.4.1　總體性能參數(shù)設(shè)計 （100）
4.4.2　數(shù)字鑒相器設(shè)計 （101）
4.4.3　環(huán)路濾波器及數(shù)控振蕩器設(shè)計 （104）
4.5　載波同步環(huán)的FPGA實現(xiàn) （106）
4.5.1　頂層模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （106）
4.5.2　IIR濾波器的Verilog HDL實現(xiàn) （108）
4.5.3　環(huán)路濾波器的Verilog HDL實現(xiàn) （112）
4.5.4　載波同步環(huán)的FPGA實現(xiàn) （114）
4.6　載波同步環(huán)的仿真測試 （115）
4.6.1　測試激勵的Verilog HDL設(shè)計 （115）
4.6.2　單載波輸入信號的仿真測試 （117）
4.6.3　調(diào)幅輸入信號的仿真測試 （121）
4.6.4　關(guān)于載波同步環(huán)參數(shù)的討論 （123）
4.7　載波同步環(huán)的板載測試 （125）
4.7.1　硬件接口電路 （125）
4.7.2　板載測試程序 （126）
4.7.3　板載測試驗證 （129）
4.8　小結(jié) （130）
第5章　抑制載波同步的FPGA實現(xiàn) （131）
5.1　抑制載波同步的原理 （131）
5.1.1　平方環(huán)的工作原理 （131）
5.1.2　同相正交環(huán)的工作原理 （132）
5.1.3　判決反饋環(huán)的工作原理 （134）
5.2　輸入信號建模與仿真 （135）
5.2.1　工程實例需求 （135）
5.2.2　DPSK信號的調(diào)制原理及特征 （135）
5.2.3　DPSK信號傳輸模型及仿真 （137）
5.3　平方環(huán)的FPGA實現(xiàn) （139）
5.3.1　改進(jìn)的平方環(huán)原理 （139）
5.3.2　改進(jìn)的平方環(huán)性能參數(shù)設(shè)計 （139）
5.3.3　帶通濾波器設(shè)計 （140）
5.3.4　頂層模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （142）
5.3.5　帶通濾波器的Verilog HDL實現(xiàn) （145）
5.3.6　低通濾波器的Verilog HDL實現(xiàn) （149）
5.3.7　FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 （151）
5.4　同相正交環(huán)的FPGA實現(xiàn) （153）
5.4.1　同相正交環(huán)性能參數(shù)設(shè)計 （153）
5.4.2　低通濾波器的Verilog HDL實現(xiàn) （154）
5.4.3　其他模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （155）
5.4.4　頂層模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （156）
5.4.5　FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 （159）
5.4.6　同相支路的判決及碼型變換 （161）
5.5　判決反饋環(huán)的FPGA實現(xiàn) （163）
5.5.1　判決反饋環(huán)的性能參數(shù)設(shè)計 （163）
5.5.2　頂層模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （164）
5.5.3　積分判決模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （167）
5.5.4　FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 （169）
5.6　平方環(huán)的板載測試 （171）
5.6.1　硬件接口電路 （171）
5.6.2　板載測試程序 （171）
5.6.3　板載測試驗證 （172）
5.7　小結(jié) （173）
第6章　自動頻率控制的FPGA實現(xiàn) （174）
6.1　自動頻率控制的概念 （174）
6.2　最大似然頻差估計的FPGA實現(xiàn) （175）
6.2.1　最大似然頻差估計的原理 （175）
6.2.2　最大似然頻差估計的MATLAB仿真 （177）
6.2.3　最大似然頻差估計的FPGA實現(xiàn)方法 （179）
6.3　基于FFT載波頻率估計的FPGA實現(xiàn) （181）
6.3.1　離散傅里葉變換 （181）
6.3.2　FFT算法原理及MATLAB仿真 （183）
6.3.3　FFT核的使用 （186）
6.3.4　輸入信號建模與MATLAB仿真 （188）
6.3.5　基于FFT頻差估計的Verilog HDL實現(xiàn) （189）
6.3.6　FPGA實現(xiàn)及仿真測試 （193）
6.4　FSK信號調(diào)制/解調(diào)原理 （194）
6.4.1　數(shù)字頻率調(diào)制 （195）
6.4.2　FSK信號的MATLAB仿真 （196）
6.4.3　FSK信號的相干解調(diào)原理 （199）
6.4.4　AFC環(huán)解調(diào)FSK信號的原理 （200）
6.5　AFC環(huán)的FPGA實現(xiàn) （202）
6.5.1　AFC環(huán)參數(shù)設(shè)計 （202）
6.5.2　頂層模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （204）
6.5.3　鑒頻器模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （207）
6.5.4　FPGA實現(xiàn)及仿真測試 （208）
6.6　AFC環(huán)的板載測試 （209）
6.6.1　硬件接口電路 （209）
6.6.2　板載測試程序 （210）
6.6.3　板載測試驗證 （212）
6.7　小結(jié) （213）
第7章　數(shù)字鎖相法位同步技術(shù)的FPGA實現(xiàn) （214）
7.1　位同步的概念及實現(xiàn)方法 （214）
7.1.1　位同步的概念 （214）
7.1.2　利用濾波法提取位同步信號 （215）
7.1.3　利用數(shù)字鎖相法提取位同步信號 （216）
7.2　微分型位同步環(huán)的FPGA實現(xiàn) （218）
7.2.1　微分型位同步環(huán)的原理 （218）
7.2.2　頂層模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （219）
7.2.3　雙相時鐘模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （221）
7.2.4　微分鑒相模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （223）
7.2.5　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （225）
7.2.6　控制及分頻模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （226）
7.2.7　位同步信號形成及移相模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （228）
7.2.8　FPGA實現(xiàn)及仿真測試 （230）
7.3　積分型位同步環(huán)的FPGA實現(xiàn) （232）
7.3.1　積分型位同步環(huán)的原理 （232）
7.3.2　頂層模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （234）
7.3.3　積分器模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （236）
7.3.4　鑒相模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （238）
7.3.5　FPGA實現(xiàn)及仿真測試 （239）
7.4　改進(jìn)型位同步環(huán)的FPGA實現(xiàn) （240）
7.4.1　正交支路積分輸出門限判決法 （240）
7.4.2　數(shù)字濾波器法的工作原理 （242）
7.4.3　隨機(jī)徘徊濾波器的Verilog HDL實現(xiàn) （243）
7.4.4　隨機(jī)徘徊濾波器的仿真測試 （244）
7.4.5　改進(jìn)型數(shù)字濾波器的工作原理 （245）
7.4.6　改進(jìn)型數(shù)字濾波器的Verilog HDL實現(xiàn) （246）
7.5　微分型位同步環(huán)的板載測試 （249）
7.5.1　硬件接口電路 （249）
7.5.2　板載測試程序 （249）
7.5.3　板載測試驗證 （250）
7.6　小結(jié) （251）
第8章　插值算法位同步技術(shù)的FPGA實現(xiàn) （252）
8.1　插值算法位同步技術(shù)的原理 （252）
8.1.1　插值算法的總體結(jié)構(gòu) （252）
8.1.2　內(nèi)插濾波器的原理及結(jié)構(gòu) （252）
8.1.3　Gardner定時誤差檢測算法 （254）
8.1.4　環(huán)路濾波器與數(shù)控振蕩器 （256）
8.2　插值算法位同步技術(shù)的MATLAB仿真 （257）
8.2.1　環(huán)路濾波器系數(shù)的設(shè)計 （257）
8.2.2　定時誤差檢測算法的MATLAB仿真程序 （258）
8.2.3　簡化后插值算法位同步技術(shù)的仿真 （263）
8.3　插值算法位同步技術(shù)的FPGA實現(xiàn) （266）
8.3.1　頂層模塊的Verilog HDL設(shè)計 （266）
8.3.2　內(nèi)插濾波器模塊的Verilog HDL設(shè)計 （267）
8.3.3　定時誤差檢測及環(huán)路濾波器模塊的Verilog HDL設(shè)計 （270）
8.3.4　數(shù)控振蕩器的Verilog HDL設(shè)計 （272）
8.3.5　FPGA實現(xiàn)后的仿真測試 （273）
8.4　插值算法位同步環(huán)的板載測試 （274）
8.4.1　硬件接口電路 （274）
8.4.2　板載測試程序 （275）
8.4.3　板載測試驗證 （276）
8.5　小結(jié) （277）
第9章　幀同步技術(shù)的FPGA實現(xiàn) （278）
9.1　異步傳輸與同步傳輸?shù)母拍?（278）
9.1.1　異步傳輸?shù)母拍?（278）
9.1.2　同步傳輸?shù)母拍?（279）
9.1.3　異步傳輸與同步傳輸?shù)膮^(qū)別 （279）
9.2　起止式同步的FPGA實現(xiàn) （280）
9.2.1　RS-232串口通信協(xié)議 （280）
9.2.2　頂層模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （282）
9.2.3　時鐘模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （283）
9.2.4　串口接收模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （285）
9.2.5　串口發(fā)送模塊的Verilog HDL實現(xiàn) （287）
9.2.6　FPGA實現(xiàn)及仿真測試 （289）
9.3　幀同步碼組及其檢測原理 （291）
9.3.1　幀同步碼組的選擇 （291）
9.3.2　間隔式插入法的檢測原理 （293）
9.3.3　連貫式插入法的檢測原理 （294）
9.3.4　幀同步過程的幾種狀態(tài) （295）
9.4　連貫式插入法幀同步的FPGA實現(xiàn) （296）
9.4.1　實例要求及總體模塊設(shè)計 （296）
9.4.2　搜索態(tài)模塊的Verilog HDL實現(xiàn)及仿真 （298）
9.4.3　校核態(tài)模塊的Verilog HDL實現(xiàn)及仿真 （302）
9.4.4　同步態(tài)模塊的Verilog HDL實現(xiàn)及仿真 （306）
9.4.5　幀同步的FPGA實現(xiàn)及仿真 （311）
9.5　串口通信的板載測試 （312）
9.5.1　硬件接口電路 （312）
9.5.2　板載測試驗證 （313）
9.6　幀同步電路的板載測試 （314）
9.6.1　硬件接口電路 （314）
9.6.2　板載測試程序 （315）
9.6.3　板載測試驗證 （317）
9.7　小結(jié) （318）
參考文獻(xiàn) （319）