【正文】 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。 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。 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。b110) begin if(m=339。 end else if(t==339。 input reset。 carriers=~carriers end 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 else begin carriers=carriers。 //調(diào)制輸出信號 //t 是分頻計(jì)數(shù)器 reg[1:0] t。 y(x1:x2)=1。) 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(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(diào)器 非相干解調(diào)主要利用包絡(luò)檢波，原理簡單，圖 給出了其結(jié)構(gòu)框圖。 通過求 y（ t）的自相關(guān)函數(shù)，再對其進(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(chǎn)廠商有 Altera 、 Xilinx、 Actel、 Lattice。 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。 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)。所以，用 FPGA/CPLD 試制樣片，能以最快的速度占領(lǐng)市場。 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。尤其是在對基帶信號的處理和整個(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。 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。 (1)功能強(qiáng)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(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、信號分析、圖像信號處理、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。每個(gè)子信道上的信號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 ,這大大消除了符號間干擾。 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)制信號進(jìn)行的，即把二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 FSK 信號傳輸，反過來又將接收到的 FSK 信號解調(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)能夠直接識別的 語言。 正交幅度調(diào)制（ QAM）是一種矢量調(diào)制 ， 與幅度調(diào)制（ AM）相比，其頻譜利用率提高 1 倍。為減少碼間干擾和時(shí)延擴(kuò)展的影響，把將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流劃分成若干個(gè)子數(shù)據(jù)流（每個(gè)子數(shù)據(jù)流具有低得多的傳輸速率），并且用這些子數(shù)據(jù)流去調(diào)制若干個(gè)載波，從而形成多載波 QAM(MCQAM)或 OFDM 等。這類調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已調(diào)信號具有相對窄的功率譜和對放大設(shè)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(diào)制技術(shù)。 目前我們廣泛應(yīng)用的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，其中關(guān)鍵技術(shù)之一是數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全數(shù)字化，其中調(diào)制、解 調(diào)的數(shù)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(yán)重影響通 信質(zhì)量。這些新的調(diào)制解調(diào)體制，各有所長，分別在不同方面有其優(yōu)勢。這種用基帶數(shù)字信號控制高頻載波，把基帶數(shù)字信號變換為頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號是無法在無線信道或光纖信道上進(jìn)行長距離傳輸?shù)?。接收機(jī)用通用處理器上的軟件完成信號的提取、下變頻和解調(diào)。由于它所具有的靈活性、開放性等特點(diǎn)，不僅在軍、民無線通信中獲得了應(yīng)用，而且還被推廣到其它領(lǐng)域。這與全數(shù)字接收機(jī)專用的硬件芯片結(jié)構(gòu)完全不同，是電子技術(shù)領(lǐng)域繼模擬與數(shù)字技術(shù)之后的第三次重大的飛躍，必將在未來對電子技術(shù)的發(fā)展及設(shè)計(jì)思想的變革產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并且在軍用與民用兩個(gè)方面都將有著廣泛的應(yīng)用 [1]。許多傳統(tǒng)的模擬設(shè)計(jì)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(shù)前進(jìn)的步伐。 并通過對各種數(shù)字調(diào)制方法的比較得出：在進(jìn)行數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(shè)計(jì)出一個(gè)合理的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。最 后我會努力找出出現(xiàn)這些結(jié)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(shù)字調(diào)制方法的認(rèn)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(chǔ)。數(shù)字化、寬帶化是當(dāng)今無線通信的重點(diǎn)主流方向，并且發(fā)展極為迅猛，新技術(shù)層出不窮。這種技術(shù)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(jīng)提出，就得到了全世界無線電領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。類似的，接收機(jī)使用寬帶的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器獲得該軟件無線電臺節(jié)點(diǎn)所有波段的信號。再者，通信的最終目的是遠(yuǎn)距離傳遞信息。在通信過程中， 對于大多數(shù)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)來說，數(shù)字基帶信號往往具有豐富的低頻成分，而實(shí)際的通信信道又具有帶通特性，因此，必須用數(shù)字信號來調(diào)制某一高頻率的正弦或脈沖載波，使已調(diào)信號能通過帶限信道傳輸。 基本的二進(jìn)制和多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方法的研究已經(jīng)比較成熟，但為了提高通信系統(tǒng)的數(shù)字傳輸性能，研究人員對這些數(shù)字調(diào)制方法不斷的加以改進(jìn)，提出了許多新的調(diào)制解調(diào)方法 。數(shù)字通信與模擬通信相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：首先是抗干擾能力強(qiáng)。因此，作為通信主要環(huán)節(jié)的數(shù)字調(diào)制方法日益受到歡迎。通常，我們把數(shù)字調(diào)制與解調(diào)合起來稱為數(shù)字調(diào)制。 (2)恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制技術(shù)，主要包括 MSK、 GMSK、 GFSK 和 TFM 等。例如，根據(jù)移動(dòng)信道特性的好壞可自適應(yīng)的改變 QAM 的電平數(shù)，即改變信道傳輸速率，從而構(gòu)成變速率 QAM(VRQAM)。相比較而言， 多電平 MASK 調(diào)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(qiáng)，因而一般只適宜在恒參信道下采用。所以 在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用 ， 最常見的是用兩個(gè)頻率承載二進(jìn)制 1 和 0 的雙頻 FSK 系統(tǒng) .。 當(dāng)不同相位的載波數(shù)為 16…… 時(shí) ,分別稱為 8PSK（八進(jìn)制 PSK）、 16PSK（十六進(jìn)制 PSK） …… 。正交信號在接收端采用相關(guān)技術(shù)被分開 ,以減少子信道間的相互干擾。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 3 中低頻數(shù)字調(diào)制方法仿真所需技術(shù)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(shù)字調(diào)制方法進(jìn)行研究。 MATLAB 的基本特點(diǎn) MATLAB 集科學(xué)與工程計(jì)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(shè)計(jì)方法。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 (3)強(qiáng)大而智能化的作圖功能。 FPGA 介紹 在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中， FPGA 的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。幾乎所有應(yīng)用門陣列、 PLD 和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應(yīng)用 FPGA 和 CPLD 器件。 (3)用戶可以反復(fù)地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動(dòng)的情況下用不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。用戶可以根據(jù)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(shè)模式可以將 FPGA 作為 微處理器的外設(shè)，由微處理器對其編程。設(shè)計(jì)軟件供應(yīng)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(shí)序的收斂。 2ASK 信號的產(chǎn)生原理框圖如圖 所示 假設(shè)二進(jìn)制信源｛ nb ｝的序列取值為 1 或 0，發(fā)送濾波器的沖激響應(yīng)為 g（ t），則二進(jìn)制序列經(jīng)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(diào)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(jì)數(shù)器 end else m=m+1。正交振幅調(diào)制（ Quadrature Amplitude Modulation,QAM）就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，這種調(diào)制方式用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形對相互正交的載波進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，充分利用整個(gè)信號平面，頻譜利用率高，目前已經(jīng)在中、大容量數(shù)字微通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 [2]。圖 為 MQAM 信號相干解調(diào)的框圖。)。 圖 QAM 的信號星座圖 QAM 全數(shù)字調(diào)制器的 FPGA 實(shí)現(xiàn) 使用 Verilog 實(shí)現(xiàn)全數(shù)字的 16QAM 調(diào)制器，假設(shè)載波的頻率為 1MHz,數(shù)據(jù)比特流的速率為 100Kbps。 載波恢復(fù) LPF 多電平判決電路 定時(shí)