mqam調(diào)制與解調(diào)的設計(編輯修改稿)
2024-08-24 09:53 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)/模變換數(shù)/模變換成形濾波器成形濾波器MQAM信號矩陣星座Rb=1/TbRb/2Ts=KT 產(chǎn)生矩形星座MQAM信號的原理框圖 在上圖中，輸入二進制序列{bn}經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換后，將每一路的每個（log2M）/K比特轉(zhuǎn)換成相應的電平序列，然后進入成形濾波器得到正交的I、Q兩路的電平的PAM基帶信號，再對兩路信號分別做正交載波進制的ASK調(diào)制，最后將兩路信號疊加后即得到矩形的MQAM信號。I通道實現(xiàn)相位的連續(xù)化功能，由存儲器、乘法器、加法器和寄存器2等構(gòu)成。存儲器中存放的是連續(xù)函數(shù)S(t)抽樣后的量化值，考慮到雖然FPGA器件的集成度越來越高，內(nèi)部容量越來越大，但片內(nèi)資源畢竟有限，因而選取S(t)的64個均勻抽樣點，經(jīng)8位量化后存入該存儲器，實驗表明該量化精度足以滿足使用需要。8位乘法器完成相位跳變值△θk(t)與S(t)的乘積運算。寄存器2為兩個通道共用的部件，其中存放的是上一次的相位值θk1，與乘法器的輸出 相加后即得到θk1+△θk(t)S(t)。Q通道由兩個寄存器和一個加法器構(gòu)成，其中寄存器1存放選相電路輸出的相位跳變值△θk(t)，與寄存器2中存放的相位值θk1，相加即得到當前相位值 θk=θk1+△θk(t)，此過程緊接在相位連續(xù)化完成后，并同時將和值轉(zhuǎn)入寄存器2中，為下一次相位連續(xù)化做準備。轉(zhuǎn)換存儲器實際上由兩個存儲器組成，分別存放θk所對應的正弦和余弦值，以θk的量化值作為地址碼通過查找表的方式分別由兩個支路Ik，Qk輸出。這部分電路占用大量內(nèi)部資源，要求選用的FPGA具有足夠的容量。存儲器中分別存放著載波的正、余弦值，根據(jù)采樣定理和實驗分析，把一個正、余弦波周期采樣32個點，經(jīng)過8位量化，恢復出來的波形足夠光滑。兩個支路Ik，Qk分別與載波的正、余弦值相乘后，再相加即實現(xiàn)了連續(xù)相位QAM調(diào)制，當然此時輸出的還是數(shù)字信 號，再經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換和相應濾波處理后，就變成模擬信號。分析可以發(fā)現(xiàn)QAM調(diào)制仍存在著頻繁的相位跳變，相位跳變會產(chǎn)生較大的諧波分量，因此如果能夠在保證QAM調(diào)制所需的相位區(qū)分度的前提下，盡量減少 或消除這種相位跳變，就可以大大抑制諧波分量，從而進一步提高頻譜利用率，同時又不影響QAM的解調(diào)性能。（2）MQAM調(diào)制信號星座圖的設計通過對MQAM信號星座圖的優(yōu)化設計, 可以得到性能各異的MQAM調(diào)制方案。MQAM信號星座圖有圓形星座圖、不均勻圓形星座圖和方形星座圖三大類型。圖1 a 、b、c 分別示出了16QAM(m= 4) 以上三種類型的星座圖。在設計圓形星座圖時, 當半徑比率RR(RR =A2 / A1) 很大時, 內(nèi)環(huán)星座點上的歐幾里德距離d1變小, 而環(huán)間星座點上歐幾里德距離d2 變大。因此在外環(huán)半徑A2 為定值的情況下, 總可以找到一個RR , 使得星座圖的最小歐幾里德距離最大[2 ] ,從而提高系統(tǒng)的抗高斯白噪聲性能。從幾何角度上看, 當d1 = d2 = (A2 A1) = d , 即半徑比率RR = A2 / A2≈1177 時, 圓形星座圖的最小歐幾里德距離dmin最大,其參數(shù)為:d1 = 2 A1 cos6715176。 (8)因此, A2 = (1 + 2 cos6715176。) A1 (9)由式(8) 和(9) , 可求出圓形星座圖的平均功率E0 為: （10）由(10) 式, 可求出其最小歐幾里德距離dmin : (11)并且根據(jù)式(8) 、(9) 和(10) , 可求出圓形星座圖的峰值 均值比γ為: （12）最后由圖1 a ,可以求出其最小相位偏移θmin = 45176。而對于不均勻圓形星座圖,當d1 = d3 ,即半徑比率RR≈2172 時,其最小歐幾里德距離dmin達到最大。表1 給出了三種類型星座圖的參數(shù)比較。由表可見,當信號平均功率E0一定時,方形星座圖的最小歐幾里德距離dmin最大,不均勻圓形星座圖次之,而圓形星座圖最差。即方形星座圖抗高斯白噪聲能力最強,最適宜在典型的高斯白噪聲信道中使用。但是,在抗相位抖動及抗非線性失真等性能上,方形星座圖則不如圓形星座圖和不均勻圓形星座圖,這是因為其最小相位偏移θmin最小,且峰值 均值比γ都大于后兩者。因此,圓形星座圖更適宜用于瑞利衰落的無線信道中。另外,從表1還可以看到,不均勻圓形星座圖僅僅是通過對圓形星座圖內(nèi)外環(huán)星座點作重新安排,就可獲得約217dB = 20log( ) 的性能改善,而且其抗非線性失真性能也有所提高(γ= 113 117) 。為了充分利用方形星座圖具有高抗高斯白噪聲的優(yōu)點,并且克服其峰值 均值比高的缺點,各種變形的方形星座圖得到人們的重視,如矩形星座圖和梯形星座圖等。這些星座圖除了保持有方形星座圖相同的抗高斯白噪聲性能外,還在一定程度上克服了方形星座圖的缺陷。MQAM的高頻帶利用率是以犧牲其抗干擾性來獲得的,電平數(shù)越大,信號星座點數(shù)越多, 其抗干擾性能越差。因此,除了可以通過選擇星座圖的類型改善其性能外,還可以根據(jù)不同的傳輸環(huán)境或傳輸信源的不同,來自適應地改變MQAM調(diào)制信號的電平數(shù),即星座點數(shù),以保證獲得預期的傳輸性能。當然,在這種情況下,相應的信號傳輸速率也隨之變化,這就是所謂變速率MQAM調(diào)制方式?？偟膩碚f,變速m2QAM調(diào)制就是根據(jù)衰落信道的傳輸特性,或根據(jù)傳輸源的特性自適應地調(diào)節(jié)信號的調(diào)制電平數(shù)或信號星座圖。雖然矩形星座圖不是最優(yōu)的星座圖結(jié)構(gòu)，但在最小歐式距離給定的情況下，產(chǎn)生具有矩陣星座的MQAM信號是最容易實現(xiàn)的，且其誤符號率只比最優(yōu)MQAM結(jié)構(gòu)大，因而得到廣泛使用。MQAM信號的平均信號功率譜主瓣寬度為2Rs，Rs為符號傳輸速率， 等于信息符號速率Rb/（log2M）。在Rb一定時，M越大，其主瓣寬度越大，頻帶利用率就越高。（3）用DDS產(chǎn)生正余弦函數(shù)原理DDS是直接數(shù)字式頻率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時間等優(yōu)點，廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域，是實現(xiàn)設備全數(shù)字化的一個關(guān)鍵技術(shù)。原理框圖如下：頻率控制寄存器高速相位累加器正弦計算器低通濾波器f0NKfc數(shù)據(jù)輸入一塊DDS模塊主要包括頻率控制寄存器、高速相位累加器和正弦計算器三個部分。頻率控制寄存器可以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據(jù)頻率控制碼在每個時鐘周期內(nèi)進行相位累加，得到一個相位頻率控制碼在每個時鐘周期內(nèi)進行相位累加，得到一個相位值；正弦計算器則對該相位值計算數(shù)字化正弦波幅度（芯片一般通過查表得到）。DDS芯片輸出的一般是數(shù)字化的正弦波，因此還需經(jīng)過高速D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器才能得到一個可用的模擬頻率信號。DDS合成信號的優(yōu)點：，輸出頻點多，可達2的n次方個頻點(N為相位累加器位數(shù))； ，可達us量級； ； ； ，對參考頻率源的相位噪聲有改善作用； ； ，便于集成，體積小，重量輕。 ，信號源扮演著極為重要的作用。但信號源具有許多不同的類型，不同類型的信
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