开题报告

基于DDS技术的数字相位调制源设计

学 生：童江 指导教师：彭文标 （三峡大学 电气信息学院）

1课题来源

现代雷达、通信、电子对抗等系统中频率源有着广泛的应用，是众多应用电子系统实现高性能的关键因素之一，很多现代电子设备和系统的功能都直接依赖于所使用的频率源的性能。目前广泛采用的频率合成（FS）技术主要有直接合成、锁相频率合成和直接数字合成三种方式。随着数字技术的飞速发展，高精度大动态范围DAC 的出现和广泛应用，用数字控制方法从一个参考频率源产生多种频率的技术，即直接数字频率合成(DDS) 技术异军突起。

现在广泛使用的数字调制技术，如幅度键控（ASK）、移相键控（PSK）和移频键控（FSK）等，因传输效率低而无法满足数字电视和移动通信等高要求的现代通信系统。抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高的多进制数字相位调制技术的研究广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移动通信及有线电视的上行传输。

2 研究的目的和意义

2.1 DDS优点使其在频率合成技术中脱颖而出

DDS优于其他频率合成技术的优点：

1. 频率分辨率高，输出频点多，可达N个频点(N为相位累加器位数)； 2. 频率切换速度快，可达us量级； 3. 频率切换时相位连续； 4. 可以输出宽带正交信号；

5. 输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用； 6. 可以产生任意波形；

7. 全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。

2.2 DDS技术信号源在各行业测试中起着重要的作用

在各行各业的测试应用中，信号源扮演着极为重要的作用。但信号源具有许多不同的类型，不同类型的信号源在功能和特性上各不相同，分别适用于许多不

同的应用。目前，最常见的信号源类型包括任意波形发生器，函数发生器，RF信号源，以及基本的模拟输出模块。信号源中采用DDS技术在当前的测试测量行业已经逐渐称为一种主流的做法。

2.3 数字相位调制在视频通信技术中的发展迅速

数字信号的载波调制是信道编码的一部分，我们之所以在信源编码和传输通道之间插入信道编码是因为通道及相应的设备对所要传输的数字信号有一定的限制，未经处理的数字信号源不能适应这些限制。由于传输信道的频带资源总是有限的，因此提高传输效率是通信系统所追求的最重要的指标之一。模拟通信很难控制传输效率，我们最常见到的单边带调幅（SSB）或残留边带调幅（VSB）可以节省近一半的传输频带。由于数字信号只有‘0’和‘1’两种状态，所以数字调制完全可以理解为像报务员用开关电键控制载波的过程，因此数字信号的调制方式就显得较为单纯。在对传输信道的各个元素进行最充分的利用时可以组合成各种不同的调制方式，并且可以清晰的描述与表达其数学模型。所以常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、8ASK、BPSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从1bit/s/Hz～3bit/s/Hz,但因传输效率低而无法满足数字电视和移动通信等高要求的现代通信系统。

QPSK等数字相位调制器采用了先进的数字信号处理技术，完全符合DVB-S标准，接收端可直接用数字卫星接收机进行接收。它不但能取得较高的频谱利用率，具有很强的抗干扰性和较高的性能价格比，而且和模拟FM微波设备也能很好的兼容。数字相位调制器在对数据流的处理上采用能量扩散的随机化处理、RS编码、卷积交织、收缩卷积编码、调制前的基带成形处理等，保证了数据的传输性能

3 国内外的研究现状和发展趋势

3.1 DDS发展历程

直接数字频率合成技术，即DDS (Direct Digital Synthesis)，是由美国学者J.Tierney,C.M.Rader和B.Gold等人于1971年撰写的\Digital Frequency Synthesizer\一文首次提出的以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。但限于当时的技术及器件水平，它的性能指标尚不能与己有的技术相比，故未受到重视。在本世纪80年代末90年代初，由于DDS在合成频率信号方面的优越性，学术界掀起了对DDS技术研究的热潮。

目前，DDS主要产品有Qualcomm公司的Q2334、Q2368；AD公司的AD985X系列等。

我国由于IC芯片产业尚不发达，目前着重DDS理论与其在FPGA设计方面的

研究，有不少论文与专利发表。

3.2 DDS瓶颈的研究发展

DDS的全数字结构使得它有较大的输出杂散，这一缺点限制了其进一步的应用和发展，当前，杂散分析是DDS研究的一个重点。DDS的杂散有幅度量化、相位舍位、DAC的非理想特性等三个来源。由于幅度量化杂散（也称作背景噪声）信号的幅度通常远小于由相位舍位和DAC误差引起的杂散信号幅度。Nicholas建立了杂散信号模型，对DDS相位截断引起的杂散进行了深入的分析，并以数论为基础得出一些非常重要的结论。随后，Garvey和Babitch从波形角度、Kroupa从傅立叶变换的角度进行了类似的研究。在深入认识了DDS杂散成因及其分布规律后，对DDS杂散抑制的研究成果便不断出现，其中包括对DDS相位累加器的改进ROM数据压缩，抖动注入技术的应用以及对DDS工艺结构和系统结构的改进等等。

4 研究的主要内容及设计成果的应用价值

4.1 研究的主要内容与步骤

1．DDS工作原理及编程时序（阅读Analog公司AD985X系列Datasheet） 2．单片机编程DDS产生正弦波实现

3．数字相位调制（2PSK，4PSK）原理（阅读通信原理方面书籍） 4．单片机编程产生数字相位调制波形系统方案设计 5．单片机编程产生数字相位调制波形软件方案设计

4.2 应用价值

该研究对理解现代通信系统，数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入与移动通信及有线电视有着重要的作用。

5工作的主要阶段、进度

（1）2007年秋季学期第7周

接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。 （2）2007年秋季学期第8-18周

阅读指定的参考资料及文献（包括10万个印刷符号外文资料），基本完成开题报告、外文翻译等任务。 （3）2007年秋季学期19-20周

进一步修订完善开题报告、外文翻译，使其在内容及格式上符合毕业

设计（论文）规范要求。 （3）2007年秋季学期第21周

上交开题报告、外文翻译，指导老师批阅。 （4）2008年春季学期第1-2周

与指导老师讨论课题总体设计思想。制定课题设计的总体框架。 （5）2008年春季学期第3-4周

制定课题各功能模块实现的详细设计流程图。 （6）2008年春季学期第5-10周

设计实现课题各项指标要求；给出设计结果，写出设计报告。并将毕业设计初稿交指导教师审阅。 （7）2008年春季学期第11-12周

修改毕业设计论文，并写出小论文；最终完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。

（8）2008年春季学期第13-14周 毕业答辩。

6最终目标及完成时间

完成该基于DDS的数字相位调制信号源的设计，达到下列目标：

1． 2． 可调。

3． 4． 5．

通过按键实现输出信号2psk，4psk可选。 加入滤波器，消除DDS产生的部分杂散频率。 整个系统工作正常，达到一般信号源要求。 载波频率10MHz，码源速率10kbps。

在码源速率不变的情况下改变输出载波频率，10MHz－20MHz

完成时间：2008年春季学期第14周。

7现有条件及必须采取的措施

现有软件：

1. CodeVision(AVR单片机开发环境) 2. ISPlay（软件下载器）