【正文】 量調(diào)制 ， 與幅度調(diào)制（ AM）相比，其頻譜利用率提高 1 倍。與其 它 調(diào)制技術(shù)相比， QAM 調(diào)制技術(shù)具有充分利用帶寬、抗噪聲強(qiáng)等特點(diǎn)。 在數(shù)字化時(shí)代，電腦通信在數(shù)據(jù)線路（電話線、網(wǎng)絡(luò)電纜、光纖或者無線媒介）上進(jìn)行傳輸，就是用 FSK 調(diào)制信號(hào)進(jìn)行的，即把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 FSK 信號(hào)傳輸，反過來又將接收到的 FSK 信號(hào)解調(diào)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為用高低電平所表示的二進(jìn)制語言，這是計(jì)算機(jī)能夠直接識(shí)別的 語言。多頻制的主要缺點(diǎn)是信號(hào)頻帶寬，頻帶利用率低。 理論上，不同相位差的載波越多，可以表征的數(shù)字輸入信息越多，頻帶的壓縮能力越強(qiáng)， 更 可以減小由于信道特性引起的碼間串?dāng)_的影響，從而提高數(shù)字通信的有效性。 在現(xiàn)代電話系統(tǒng)所使用的數(shù)字傳輸方式中， TDM(時(shí)分多路復(fù)用 ,TimeDivision Multiplexing)代替了 FDM 技術(shù)。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬 ,因此每個(gè)子信道可以看成是平坦性衰落 ,這大大消除了符號(hào)間干擾。另外， OFDM技術(shù)可動(dòng)態(tài)分配在子信道中的數(shù)據(jù)，為獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量，多載波調(diào)制器可以智能地分配更多的數(shù)據(jù)到噪聲小的子信道上。 MATLAB 介紹 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB（ Matrix Laboratory）是 MathWorks 公司開發(fā)的，目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)和工程計(jì)算軟件，他廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)分析、圖像信號(hào)處理、財(cái)務(wù)分析、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理和雷達(dá)工程等各行各業(yè)，也是國(guó)內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。 MATLAB 開始應(yīng)用于數(shù)學(xué)界。 (1)功能強(qiáng)大。由于 MATLAB 的命令表達(dá)方式與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式非常相似，因此，易寫易讀并易于在科技人員之間交流。 MATLAB 可以方便的將工程計(jì)算的結(jié)果可視化，使原始數(shù)據(jù)的關(guān)系更加清晰明了，并揭示了數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系。 MATLAB 的函數(shù)大多為 ASCII 文件，可以直接編程、修改， MATLAB 的工具箱可以任意增減。尤其是在對(duì)基帶信號(hào)的處理和整個(gè)系統(tǒng)的控制中， F P G A 不但能大大縮減電路的體積，提高電路的穩(wěn)定性，而且先進(jìn)的開發(fā)工具使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)調(diào)試周期大大縮短。 20 世紀(jì) 80 年代中期， Altera和 Xilinx分別推出了類似于 PAL 結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展型 CPLD（ Complex Programmable Logic Dvice）和與標(biāo)準(zhǔn)門陣列類似 FPGA，它們都具有體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點(diǎn)。 FPGA 的基本特點(diǎn) FPGA 采用了邏輯單元陣列（ LOA， Logic Cell Arry）這樣一個(gè)新概念，內(nèi)部包括可配 置邏輯模塊（ CLB， Configurable Logic Block）、輸入 輸出模塊 （ IOB， Input Output Block）和內(nèi)部連線（ Interconnect）三個(gè)部分。 (1)隨著超大規(guī)模集成電路（ VLSI， Very Large Scale IC）工藝的不斷提高，單一芯片內(nèi)部可以容納上百萬個(gè)晶體管， FPGA/CPLD 芯片的規(guī)模也越來越大，其單片邏輯門數(shù)已達(dá)到上百萬門，它所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來越強(qiáng)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。所以，用 FPGA/CPLD 試制樣片，能以最快的速度占領(lǐng)市場(chǎng)。 FPGA 的配置方式 目前 FPGA 的品種很多，有 XILINX的 xc 系列、 TI 公司的 TPC 系列、 ALTERA公司的 FIEX 系列等。 加電時(shí)， FPGA 芯片將 EPROM 中的數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程 RAM 中，配置完成后，F(xiàn)PGA 進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)需要修改 FPGA 功能時(shí)，只需換一片 EPROM 即可。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 如何實(shí)現(xiàn)快速的時(shí)序收斂、降低功耗和成本、優(yōu)化時(shí)鐘管理并降低 FPG 與PCB 并行設(shè)計(jì)的復(fù)雜性等問題，一直是采用 FPGA 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師需要考慮的關(guān)鍵問題。此外，針對(duì)不同應(yīng)用而集成的更多數(shù)量的邏輯功能、 DSP、嵌入式處理和接口模塊，也讓時(shí)鐘管理和電壓分配問題變得更加困難。 FPGA 主要生產(chǎn)廠商有 Altera 、 Xilinx、 Actel、 Lattice。 2ASK 調(diào)制解調(diào)方法 2ASK 調(diào)制 /解調(diào)的實(shí)現(xiàn) 2ASK 又稱為二進(jìn)制啟閉鍵控（ OOK,OnOff Keying），它是以單極性不歸零碼來控制載波的開啟和關(guān)閉的，其調(diào)制方式出現(xiàn)的比模擬調(diào)制方式還早。 通過求 y（ t）的自相關(guān)函數(shù)，再對(duì)其進(jìn)行傅里葉變 換，即可得到其平均功率譜密度，如式 ()所示 )]()([4)( 2cbcbs ffPffPAfP ???? () 發(fā)端成型濾波器 ｛ bn｝ tc?cos )(ty 圖 2ASK 信號(hào)產(chǎn)生的原理框圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 這表明，經(jīng) 2ASK 調(diào)制后將數(shù)字基帶信號(hào)的平均功率譜密度線性的搬移到了載頻上，圖 給出了其雙邊功率譜密度，其中 Rb 為比特速率。其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 （ 2）非相干解調(diào)器 非相干解調(diào)主要利用包絡(luò)檢波，原理簡(jiǎn)單，圖 給出了其結(jié)構(gòu)框圖。 接收濾波器 載波提取電路 低通濾波器 時(shí)鐘同步電路 判決 相干解調(diào) 采樣 定時(shí) 包絡(luò)檢波器 判決 r（ t） 采樣 輸出 y（ t） 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 在以上兩種解調(diào)方案中，相干解調(diào)器的性能相對(duì)要好。 主程序 clear all global dt t f df N T %全局變量 close all N=2^20。 %截短時(shí)間 Bs=N*df/2 %系統(tǒng)帶寬 t=linspace(T/2,T/2,N)。 %正弦載波信號(hào)頻率為 6kHz mt=cos(2*pi*fm*t)。 %正弦載波信號(hào) s=m.*c。 %接收信號(hào) 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 y=r.*c。 yr=yrtmean(yrt)。LineWidth39。t (ms)39。LineWidth39。 axis([1,+1,*min(c),*max(c)]) xlabel(39。) subplot(3,1,3) plot(t,yr,39。]) xlabel(39。) 其中的子程序 T2F 如下： 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 function X=T2F(x) global dt df N t f T %x 為時(shí)域的取樣值矢量， X 為 x 的傅氏變換， X 與 x 長(zhǎng)度相 同并為 2 的整冪 H=fft(x)。 %實(shí)現(xiàn) 低通的頻域形式 global dt df N t f T Bs=N*df/2。 y(x1:x2)=1。 input clk。 //調(diào)制輸出信號(hào) //t 是分頻計(jì)數(shù)器 reg[1:0] t。 carriers=0。 carriers=~carriers end 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 else begin carriers=carriers。 endmodule 上述程序經(jīng)過綜合，就可以得到如圖 所示的 RTL 結(jié)構(gòu)示意圖。 input reset。 reg[2:0] t。 end else if(t==339。 else t=t+1。b110) begin if(m=339。b1。 end end endmodule 上述程序經(jīng)過綜合，可以得到如圖 所示的 RTL 結(jié)構(gòu)示意圖。因此傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制方式已不能滿足應(yīng)用的需求，需要采用新的調(diào)制方式以減小信道對(duì)所傳信號(hào)的影響，以便在有限的帶寬資源條件下獲得更高的傳輸速率。 QAM 調(diào)制 /解調(diào)的基本原理 （ 1） MQAM 調(diào)制原理 )c os ()()( ncsn nM Q A M twnTtgAtS ???? ? () 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 式中， An 是攜帶信息的離散振幅值，進(jìn)制數(shù) M 不同， An 的取值范圍也不同； g(tnTs)是成型后的基帶波形，要滿足沒有碼間干擾的條件。 （ 2） MQAM 解調(diào)原理 MQAM 信號(hào)可以采用正交相干解調(diào)方法解調(diào)，多電平判決器對(duì)多電平基帶信號(hào)串 /并 轉(zhuǎn)換 預(yù)調(diào)制 LPF 預(yù)調(diào)制 LPF 2 到 L 電平變換 2 到 L 電平變換 cost?wt sinwt Am Bm 已調(diào)信號(hào)輸出 y（ t） 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 進(jìn)行判決和檢測(cè)，分別恢復(fù)出速率等于 Rb/2（ Rb 為信息速率）的二進(jìn)制序列，最后經(jīng)過并 /串轉(zhuǎn)換器將兩路二進(jìn)制序列合成一個(gè)速率為 Rb 的二進(jìn)制信息。 圖 MQAM 信號(hào)相干解調(diào)原理圖 （ 3） QAM 抗噪聲性能 M 進(jìn)制方型 QAM 的誤碼率為 ]1l og3)([)11(2 2??? L LnEe r f cLp obe () 式 ()中， M=L2， Eb 為每比特碼元能量， n0為噪聲單邊功率譜密度。 y=modulate((M),x)。 %加噪聲 scatterplot(y)。 %解調(diào) [num,rt]=symerr(x,z) %計(jì)算誤比特率 運(yùn)行上述程序，就可以得到如圖 所示的星座圖指標(biāo)。在實(shí)現(xiàn)時(shí)由 DD。甚至 BPSK信號(hào)來保證傳輸?shù)恼_性 [5]。 scatterplot(ynoise)。measured39。程序名為 . M=16。同步模塊也是所有想干解調(diào)器的關(guān)鍵模塊。將兩路的離散振幅分開寫如下 : AdAY AcAX nnnn nnnn ?? ?? ??sinc o s () 則 MQAM 已調(diào)信號(hào)的正交表示式可以寫成： ttYttXtnTtgYtnTtgXS cccSn ncSn nM Q A M ???? s i n)(c os)(s i n)]([c os)]([ ?????? ?? () ? 圖 QAM 信號(hào)調(diào)制原理圖 根據(jù)式 ()可以得到 MQAM 信號(hào)調(diào)制原理圖，如圖 所示。多進(jìn)制調(diào)制是提高頻譜利用率的有效方法，恒包絡(luò)技術(shù)能適應(yīng)信道的非線性，并且保持較小的頻譜利用率。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 two_ASK 模塊綜合后得到的 RTL 結(jié)構(gòu)示意圖 圖 two_ASK 模塊仿真結(jié)果局部示意圖 MQAM調(diào)制 /解調(diào)的實(shí)現(xiàn) 在現(xiàn)代通 信中，頻譜和功率都是珍貴的資源，如何有效提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。b000。b0。b000。 t=339。 //記錄 x 的脈沖數(shù) always (posedge clk) begin //完成 t 的循環(huán)計(jì)數(shù) if(!reset) begin t=339。 output y。 圖 two_ASK 模塊仿真結(jié)果局部示意圖 (2)使用 Verilog 實(shí)現(xiàn) 2ASK 解調(diào) module ASK_two(clk,reset,x,y)。 end end end //對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 assign y =x amp。b11) begin t=239。 always(posedge clk).begin if(!reset)begin t=239。 //模塊控制信號(hào) input x?？梢钥闯觯?2ASK 調(diào)制 /解調(diào)后正確恢復(fù)了原來的信號(hào)。 x2=(Bs+fc/2)*N/(2Bs)。 x=ifft(X)/dt。) ylabel(39。,) axis([1,+1,*max(yr)]) titl