通常来讲，一名电子通信专业的技术人员，在从业之初都会遇到类似的困惑：如何将教材中所学的理论与实际中的工程设计结合起来？如何能够将这些教材中的理论转换成实际的电路？绝大多数数字通信类教材对通信的原理讲解十分透彻，但理论与实践之间显然需要有一些可以顺利通过的桥梁。一个常用的方法是通过采用MATLAB等工具进行软件仿真来加深对理论的理解，但更好的方法显然是直接参与工程的设计与实现。FPGA技术因其快速的并行运算能力，以及独特的组成结构，在电子通信领域已成为必不可少的实现平台之一。杜勇编著的《数字通信同步技术的MATLAB与FPGA实现(附光盘)》的目的正是架起这样一座桥梁，通过具体的设计实例，详细讲解从理论到工程实现的方法、步骤和过程，以便于工程技术人员尽快掌握和利用FPGA平台实现通信同步技术的方法。

杜勇编著的《数字通信同步技术的MATLAB与FPGA实现(附光盘)》以Xilinx公司的FPGA为开发平台，采用MATLAB及VHDL语言为开发工具，详细阐述数字通信同步技术的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、锁相环技术原理、载波同步、自动频率控制、位同步、帧同步技术的设计与实现等内容。

《数字通信同步技术的MATLAB与FPGA实现(附光盘)》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通信同步技术的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学习参考。

本书适合于从事数字通信和数字信号处理领域的设计工程师、科研人员，以及相关专业的研究生、高年级本科生使用。

第1章 同步技术的概念及FPGA基础/1

 1.1 数字通信中的同步技术/2

 1.2 同步技术的实现方法/4

1.2.1 两种不同的实现原理/4

1.2.2 常用的工程实现途径/5

 1.3 FPGA概念及其在信号处理中的应用/6

1.3.1 基本概念及发展历程/6

1.3.2 FPGA的结构和工作原理/8

1.3.3 FPGA在数字信号处理中的应用/14

 1.4 Xilinx器件简介/15

1.4.1 Xilinx器件概况/15

1.4.2 Spartan系列器件/17

1.4.3 Virtex系列器件/18

 1.5 设计语言及环境简介/19

1.5.1 VHDL语言/19

1.5.2 ISE环境及综合仿真工具/22

1.5.3 FPGA设计流程/28

1.5.4 MATLAB软件/31

1.5.5 MATLAB与ISE的数据交互/34

 1.6 小结/35

第2章 FPGA实现数字信号处理基础/37

 2.1 FPGA中数的表示/38

2.1.1 莱布尼兹与二进制/38

2.1.2 定点数表示/39

2.1.3 浮点数表示/40

 2.2 FPGA中数的运算/43

2.2.1 加/减法运算/43

2.2.2 乘法运算/46

2.2.3 除法运算/48

2.2.4 有效数据位的计算/49

 2.3 有限字长效应/51

2.3.1 字长效应的产生因素/51

2.3.2 A/D变换的字长效应/52

2.3.3 系统运算中的字长效应/53

 2.4 FPGA中的常用处理模块/55

2.4.1 乘法器模块/55

2.4.2 除法器模块/60

2.4.3 浮点运算模块/62

2.4.4 滤波器模块/64

2.4.5 数字频率器模块/67

 2.5 小结/68

第3章 锁相技术原理及应用/71

 3.1 锁相环的工作原理/72

3.1.1 锁相环路的模型/72

3.1.2 锁定与跟踪的概念/73

3.1.3 环路的基本性能要求/74

 3.2 锁相环的组成/75

3.2.1 鉴相器/75

3.2.2 环路滤波器/76

3.2.3 压控振荡器/77

 3.3 锁相环路的动态方程/77

3.3.1 非线性相位模型/77

3.3.2 线性相位模型/79

3.3.3 环路的传递函数/80

 3.4 锁相环路的性能分析/82

3.4.1 暂态信号响应/82

3.4.2 环路的频率响应/84

3.4.3 环路的稳定性/86

3.4.4 非线性跟踪性能/87

3.4.5 环路的捕获性能/89

3.4.6 环路的噪声性能/90

 3.5 锁相环路的应用/92

3.5.1 环路的两种跟踪状态/92

3.5.2 调频解调器/93

3.5.3 调相解调器/94

3.5.4 调幅信号的相干解调/94

3.5.5 锁相调频器/95

3.5.6 锁相调相器/95

 3.6 小结/96

第4章 载波同步的FPGA实现/97

 4.1 载波同步的原理/98

4.1.1 载波同步的概念及实现方法/98

4.1.2 锁相环的工作方式/99

 4.2 锁相环路的数字化模型/100

4.2.1 数字鉴相器/100

4.2.2 数字环路滤波器/101

4.2.3 数字控制振荡器/102

4.2.4 数字环路的动态方程/103

 4.3 输入信号建模与仿真/104

4.3.1 工程实例需求/104

4.3.2 输入信号模型/105

4.3.3 输入信号的MATLAB仿真/107

 4.4 载波同步环的参数设计/109

4.4.1 总体性能参数设计/110

4.4.2 数字鉴相器设计/111

4.4.3 环路滤波器及数控振荡器设计/114

 4.5 载波同步环的FPGA实现/116

4.5.1 顶层模块的VHDL实现/116

4.5.2 IIR低通滤波器的VHDL实现/119

4.5.3 环路滤波器的VHDL实现/123

4.5.4 同步环路的FPGA实现/125

 4.6 载波同步环的仿真测试/126

4.6.1 测试激励的VHDL设计/126

4.6.2 单载波输入信号的仿真测试/129

4.6.3 调幅波输入信号的仿真测试/133

4.6.4 关于载波环路参数的讨论/136

 4.7 小结/138

第5章 抑制载波同步的FPGA实现/139

 5.1 抑制载波同步的原理/140

5.1.1 平方环工作原理/140

5.1.2 同相正交环工作原理/141

5.1.3 判决反馈环工作原理/142

 5.2 输入信号建模与仿真/144

5.2.1 工程实例需求/144

5.2.2 DPSK调制原理及信号特征/144

5.2.3 DPSK信号传输模型及仿真/145

 5.3 平方环的FPGA实现/147

5.3.1 改进的平方环原理/147

5.3.2 环路性能参数设计/148

5.3.3 带通滤波器设计/149

5.3.4 顶层模块的VHDL实现/151

5.3.5 带通滤波器的VHDL实现/155

5.3.6 其他模块的VHDL实现/159

5.3.7 FPGA实现后的仿真测试/160

 5.4 同相正交环的FPGA实现/162

5.4.1 环路性能参数设计/162

5.4.2 低通滤波器VHDL实现/163

5.4.3 其他模块的VHDL实现/165

5.4.4 顶层模块的VHDL实现/165

5.4.5 FPGA实现后的仿真测试/168

5.4.6 同相支路的判决及码型变换/169

 5.5 判决反馈环的FPGA实现/171

5.5.1 环路性能参数设计/171

5.5.2 顶层模块的VHDL实现/172

5.5.3 积分判决模块的VHDL实现/176

5.5.4 FPGA实现后的仿真测试/178

 5.6 小结/179

第6章 自动频率控制的FPGA实现/181

 6.1 自动频率控制的概念/182

 6.2 最大似然频偏估计的FPGA实现/183

6.2.1 最大似然频偏估计的原理/183

6.2.2 最大似然频偏估计的MATLAB仿真/185

6.2.3 频偏估计的FPGA实现方法/187

6.2.4 CORDIC核的使用/189

6.2.5 顶层文件的VHDL实现/192

6.2.6 频偏估计模块的VHDL实现/195

6.2.7 FPGA实现及仿真测试/198

 6.3 基于FFT载频估计的FPGA实现/200

6.3.1 离散傅里叶变换/200

6.3.2 FFT算法原理及MATLAB仿真/202

6.3.3 FFT核的使用/204

6.3.4 输入信号建模与MATLAB仿真/207

6.3.5 基于FFT载频估计的VHDL实现/208

6.3.6 FPGA实现及仿真测试/211

 6.4 FSK信号调制解调原理/212

6.4.1 数字频率调制/213

6.4.2 FSK信号的MATLAB仿真/214

6.4.3 FSK相干解调原理/217

6.4.4 AFC环解调FSK信号的原理/218

 6.5 AFC环的FPGA实现/220

6.5.1 环路参数设计/220

6.5.2 顶层模块的VHDL实现/222

6.5.3 鉴频器模块的VHDL实现/225

6.5.4 FPGA实现及仿真测试/226

 6.6 小结/227

第7章 位同步技术的FPGA实现/229

 7.1 位同步的概念及实现方法/230

7.1.1 位同步的概念/230

7.1.2 滤波法提取位同步/231

7.1.3 数字锁相环位同步法/232

 7.2 微分型位同步的FPGA实现/234

7.2.1 微分型位同步的原理/234

7.2.2 顶层模块的VHDL实现/235

7.2.3 双相时钟信号的VHDL实现/238

7.2.4 微分鉴相模块的VHDL实现/240

7.2.5 单稳触发器的VHDL实现/241

7.2.6 控制及分频模块的VHDL实现/243

7.2.7 位同步形成及移相模块的VHDL实现/244

7.2.8 FPGA实现及仿真测试/246

 7.3 积分型位同步的FPGA实现/248

7.3.1 积分型位同步的原理/248

7.3.2 顶层模块的VHDL实现/250

7.3.3 积分模块的VHDL实现/254

7.3.4 鉴相模块的VHDL实现/255

7.3.5 FPGA实现及仿真测试/256

 7.4 改进位同步技术的FPGA实现/258

7.4.1 正交支路积分输出门限判决法/258

7.4.2 数字式滤波器法的工作原理/260

7.4.3 随机徘徊滤波器的VHDL实现/260

7.4.4 随机徘徊滤波器的仿真测试/262

7.4.5 改进的数字滤波器工作原理/263

7.4.6 改进滤波器的VHDL实现/264

 7.5 小结/266

第8章 帧同步技术的FPGA实现/267

 8.1 异步传输与同步传输的概念/268

8.1.1 异步传输的概念/268

8.1.2 同步传输的概念/269

8.1.3 异步传输与同步传输的区别/269

 8.2 起止式同步的FPGA实现/270

8.2.1 RS-232串口通信协议/270

8.2.2 顶层模块的VHDL实现/272

8.2.3 时钟模块的VHDL实现/274

8.2.4 数据接收模块的VHDL实现/276

8.2.5 数据发送模块的VHDL实现/278

8.2.6 FPGA实现及仿真测试/280

 8.3 帧同步码组及其检测原理/283

8.3.1 帧同步码组的选择/283

8.3.2 间隔式插入法的检测原理/284

8.3.3 连贯式插入法的检测原理/285

8.3.4 帧同步的几种状态/286

 8.4 连贯式插入法帧同步的FPGA实现/287

8.4.1 实例要求及总体模块设计/287

8.4.2 搜索模块的VHDL实现及仿真/290

8.4.3 校核模块的VHDL实现及仿真/293

8.4.4 同步模块的VHDL实现及仿真/298

8.4.5 帧同步系统的FPGA实现及仿真/303

 8.5 小结/304

参考文献/305