【正文】 3） QAM 抗噪聲性能 M 進制方型 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。 QAM 調制 /解調的基本原理 （ 1） MQAM 調制原理 )c os ()()( ncsn nM Q A M twnTtgAtS ???? ? () 濟南大學畢業(yè)設計 23 式中， An 是攜帶信息的離散振幅值，進制數 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。 end end endmodule 上述程序經過綜合，可以得到如圖 所示的 RTL 結構示意圖。b110) begin if(m=339。 end else if(t==339。 input reset。 carriers=~carriers end 濟南大學畢業(yè)設計 20 else begin carriers=carriers。 //調制輸出信號 //t 是分頻計數器 reg[1:0] t。 y(x1:x2)=1。) 其中的子程序 T2F 如下： 濟南大學畢業(yè)設計 18 function X=T2F(x) global dt df N t f T %x 為時域的取樣值矢量， X 為 x 的傅氏變換， X 與 x 長度相 同并為 2 的整冪 H=fft(x)。) subplot(3,1,3) plot(t,yr,39。LineWidth39。LineWidth39。 %接收信號 濟南大學畢業(yè)設計 17 y=r.*c。 %正弦載波信號頻率為 6kHz mt=cos(2*pi*fm*t)。 主程序 clear all global dt t f df N T %全局變量 close all N=2^20。 （ 2）非相干解調器 非相干解調主要利用包絡檢波，原理簡單，圖 給出了其結構框圖。 通過求 y（ t）的自相關函數，再對其進行傅里葉變 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 信號產生的原理框圖 濟南大學畢業(yè)設計 14 這表明，經 2ASK 調制后將數字基帶信號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。 FPGA 主要生產廠商有 Altera 、 Xilinx、 Actel、 Lattice。 濟南大學畢業(yè)設計 12 如何實現快速的時序收斂、降低功耗和成本、優(yōu)化時鐘管理并降低 FPG 與PCB 并行設計的復雜性等問題，一直是采用 FPGA 的系統(tǒng)設計工程師需要考慮的關鍵問題。 加電時， FPGA 芯片將 EPROM 中的數據讀入片內編程 RAM 中，配置完成后，FPGA 進入工作狀態(tài)。所以，用 FPGA/CPLD 試制樣片，能以最快的速度占領市場。 FPGA 的基本特點 FPGA 采用了邏輯單元陣列（ LOA， Logic Cell Arry）這樣一個新概念，內部包括可配 置邏輯模塊（ CLB， Configurable Logic Block）、輸入 輸出模塊 （ IOB， Input Output Block）和內部連線（ Interconnect）三個部分。尤其是在對基帶信號的處理和整個系統(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，而且先進的開發(fā)工具使整個系統(tǒng)的設計調試周期大大縮短。 MATLAB 可以方便的將工程計算的結果可視化，使原始數據的關系更加清晰明了，并揭示了數據間的內在聯系。 (1)功能強大。 MATLAB 介紹 MATLAB 簡介 MATLAB（ Matrix Laboratory）是 MathWorks 公司開發(fā)的，目前國際上最流行、應用最廣泛的科學和工程計算軟件，他廣泛應用于自動控制、數學運算、信號分析、圖像信號處理、財務分析、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學工程、語音處理和雷達工程等各行各業(yè)，也是國內外高校和研究部門進行許多科學研究的重要工具。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關帶寬 ,因此每個子信道可以看成是平坦性衰落 ,這大大消除了符號間干擾。 理論上，不同相位差的載波越多，可以表征的數字輸入信息越多，頻帶的壓縮能力越強， 更 可以減小由于信道特性引起的碼間串擾的影響，從而提高數字通信的有效性。 在數字化時代，電腦通信在數據線路（電話線、網絡電纜、光纖或者無線媒介）上進行傳輸，就是用 FSK 調制信號進行的，即把二進制數據轉換成 FSK 信號傳輸，反過來又將接收到的 FSK 信號解調成二進制數據，并將其轉換為用高低電平所表示的二進制語言，這是計算機能夠直接識別的 語言。 正交幅度調制（ QAM）是一種矢量調制 ， 與幅度調制（ AM）相比，其頻譜利用率提高 1 倍。為減少碼間干擾和時延擴展的影響，把將要傳輸的數據流劃分成若干個子數據流（每個子數據流具有低得多的傳輸速率），并且用這些子數據流去調制若干個載波，從而形成多載波 QAM(MCQAM)或 OFDM 等。這類調制技術的優(yōu)點是已調信號具有相對窄的功率譜和對放大設備沒有線性要求，不足之處是其頻譜利用率通常低于線性調制技術。 目前我們廣泛應用的第二代移動通信系統(tǒng)是數字移動通信系統(tǒng)，其中關鍵技術之一是數字調制技術。 無線通信系統(tǒng)設計的一個目標是實現系統(tǒng)全數字化，其中調制、解 調的數字化是最基本的功能之一 。模擬信號在傳輸過程中和疊加的噪聲很難分離，噪聲會隨著信號被傳輸、放大、嚴重影響通 信質量。這些新的調制解調體制，各有所長，分別在不同方面有其優(yōu)勢。這種用基帶數字信號控制高頻載波，把基帶數字信號變換為頻帶數字信號的過程稱為數字調制。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內特性的原因，基帶信號是無法在無線信道或光纖信道上進行長距離傳輸的。接收機用通用處理器上的軟件完成信號的提取、下變頻和解調。由于它所具有的靈活性、開放性等特點，不僅在軍、民無線通信中獲得了應用，而且還被推廣到其它領域。這與全數字接收機專用的硬件芯片結構完全不同，是電子技術領域繼模擬與數字技術之后的第三次重大的飛躍，必將在未來對電子技術的發(fā)展及設計思想的變革產生深遠的影響，并且在軍用與民用兩個方面都將有著廣泛的應用 [1]。許多傳統(tǒng)的模擬設計方法已被淘汰，而基于專用集成芯片（ ASIC）的開發(fā)模式又總是落后于無線通信技術前進的步伐。 并通過對各種數字調制方法的比較得出：在進行數字調制系統(tǒng)設計時，必須綜合考慮若干因素，如誤碼率，傳輸帶寬，頻帶利用率，信噪比，頻譜溢出等，才能設計出一個合理的數字調制系統(tǒng)。最 后我會努力找出出現這些結果的真正原因，并想出合理方法來避免和解決其中不利于無線通信的情況，從而加深對低中頻數字調制方法的認識 ,為自己今后從事無線通信系統(tǒng)的開發(fā)奠定重要的基礎。數字化、寬帶化是當今無線通信的重點主流方向，并且發(fā)展極為迅猛，新技術層出不窮。這種技術采用了通用的 DSP 硬件平臺，具有完全的可編程性。這一新概念一經提出，就得到了全世界無線電領域的廣泛關注。類似的，接收機使用寬帶的模 /數轉換器獲得該軟件無線電臺節(jié)點所有波段的信號。再者，通信的最終目的是遠距離傳遞信息。在通信過程中， 對于大多數的數字傳輸系統(tǒng)來說，數字基帶信號往往具有豐富的低頻成分，而實際的通信信道又具有帶通特性，因此，必須用數字信號來調制某一高頻率的正弦或脈沖載波，使已調信號能通過帶限信道傳輸。 基本的二進制和多進制數字調制方法的研究已經比較成熟，但為了提高通信系統(tǒng)的數字傳輸性能，研究人員對這些數字調制方法不斷的加以改進，提出了許多新的調制解調方法 。數字通信與模擬通信相比具有明顯的優(yōu)點：首先是抗干擾能力強。因此，作為通信主要環(huán)節(jié)的數字調制方法日益受到歡迎。通常，我們把數字調制與解調合起來稱為數字調制。 (2)恒定包絡（連續(xù)相位）調制技術，主要包括 MSK、 GMSK、 GFSK 和 TFM 等。例如，根據移動信道特性的好壞可自適應的改變 QAM 的電平數，即改變信道傳輸速率，從而構成變速率 QAM(VRQAM)。相比較而言， 多電平 MASK 調制方式是一種比較高效的傳輸方式，但由于它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強，因而一般只適宜在恒參信道下采用。所以 在中低速數據傳輸中得到了廣泛的應用 ， 最常見的是用兩個頻率承載二進制 1 和 0 的雙頻 FSK 系統(tǒng) .。 當不同相位的載波數為 16…… 時 ,分別稱為 8PSK（八進制 PSK）、 16PSK（十六進制 PSK） …… 。正交信號在接收端采用相關技術被分開 ,以減少子信道間的相互干擾。 濟南大學畢業(yè)設計 9 3 中低頻數字調制方法仿真所需技術和軟件簡介 本文將使用 MATLAB 和 FPGA，利用 Verilog HDL 語言在 Quartus 軟件開發(fā)平臺對中低頻數字調制方法進行研究。 MATLAB 的基本特點 MATLAB 集科學與工程計算、圖形可視化、圖像處理、多媒體處理于一體，并提供了 Windows 圖形界面設計方法。 濟南大學畢業(yè)設計 10 (3)強大而智能化的作圖功能。 FPGA 介紹 在現代數字通信系統(tǒng)中， FPGA 的應用相當廣泛。幾乎所有應用門陣列、 PLD 和中小規(guī)模通用數字集成電路的場合均可應用 FPGA 和 CPLD 器件。 (3)用戶可以反復地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動的情況下用不同的軟件實現不同的功能。用戶可以根據不同的配置模式采用不同的編程方式。 FPGA 有下面 4種配置模式： (1)并行主模式為一片 FPGA 加一片 EPROM 的方式； (2)主從模式可以支持一片 PROM 編程多片 FPGA； (3)串行模式可以采用串行 PROM 編程 FPGA； (4)外設模式可以將 FPGA 作為 微處理器的外設，由微處理器對其編程。設計軟件供應商 Magma 推出的綜合工具 Blast FPGA能幫助建立優(yōu)化的布局，加快時序的收斂。 2ASK 信號的產生原理框圖如圖 所示 假設二進制信源｛ nb ｝的序列取值為 1 或 0，發(fā)送濾波器的沖激響應為 g（ t），則二進制序列經過發(fā)端成行濾波器后的基帶信號與載波相乘，即可得到 2ASK 信號 tnTtgbtycbn ?c os])([)( ????? ?? () 其波形如圖 所示。因此判決電 平取A/2，大于 A/2 判為“ 1”碼，小于 A/2 判為“ 0”碼。主程序名為 ，調用子程序 和 。 %模擬基帶信號頻率為 1kHz fc=6。 %AWGN 信道噪聲 r=s+n。 subplot(3,1,1) plot(t,m,39。) subplot(3,1,2) plot(t,s,39。s(t) (V)39。s(t) (V)39。 y=zeros(1,N)。 //輸入信號 output y。b00。 input clk。b000。 end else begin if(t==339。 //清空 m 計數器 end else m=m+1。正交振幅調制（ Quadrature Amplitude Modulation,QAM）就是一種頻譜利用率很高的調制方式，這種調制方式用兩個獨立的基帶波形對相互正交的載波進行雙邊帶調制，充分利用整個信號平面，頻譜利用率高，目前已經在中、大容量數字微通信系統(tǒng)、有線電視網絡高速數據傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領域得到了廣泛應用 [2]。圖 為 MQAM 信號相干解調的框圖。)。 圖 QAM 的信號星座圖 QAM 全數字調制器的 FPGA 實現 使用 Verilog 實現全數字的 16QAM 調制器，假設載波的頻率為 1MHz,數據比特流的速率為 100Kbps。 載波恢復 LPF 多電平判決電路 定時