【正文】 ，論文核心部分主要闡述了MQAM調(diào)制解調(diào)及載波恢復(fù)數(shù)學(xué)模型、軟件設(shè)計、FPGA實現(xiàn)方案、測試結(jié)果及分析。本文從培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力出發(fā)，設(shè)計出集驗證性和設(shè)計性于一體，具備較高的綜合性和系統(tǒng)性的實驗系統(tǒng)。這使MQAM技術(shù)在當(dāng)前通信領(lǐng)域甚至是4G通信系統(tǒng)中倍受重視。要在統(tǒng)一傳輸信道中實現(xiàn)多數(shù)據(jù)傳輸，需要一種節(jié)約有限頻譜資源，提高頻譜利用率的調(diào)制方式。調(diào)制解調(diào)是移動通信中的一項關(guān)鍵技術(shù)，它的好壞直接關(guān)系著通信系統(tǒng)的性能。MQAM調(diào)制與解調(diào)的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要軟件無線電是一種開放式的體系結(jié)構(gòu)，通過對通用硬件平臺加載軟件來實現(xiàn)各種無線通信功能?；谲浖o線電的調(diào)制解調(diào)器是當(dāng)前通信領(lǐng)域研究的熱點之一。隨著數(shù)字時代發(fā)展對信息傳輸量的增加，各種現(xiàn)代調(diào)制解調(diào)技術(shù)都在追求可靠高速的數(shù)據(jù)傳輸。MQAM技術(shù)滿足了這一點。隨著對通信、電子信息類人才項目開發(fā)能力的需求也不斷增加，高校通信教學(xué)改革勢在必行。實現(xiàn)一種基于FPGA的軟件無線電MQAM調(diào)制解調(diào)實驗系統(tǒng)。本文提出了～種新的16QAM快速載波恢復(fù)算法及實現(xiàn)方案，并設(shè)計了一個更便于人機對話的可視化實驗平臺。通過仿真與實際測試，結(jié)果正確且工作穩(wěn)定可靠。 掌握仿真軟件使用方法 設(shè)計16QAM調(diào)制與解調(diào)仿真電路，觀察仿真結(jié)果并與理論情況比較得出結(jié)論。 根據(jù)選用的軟件編好用于系統(tǒng)仿真的測試文件。 獨立完成課程設(shè)計報告。模擬調(diào)制技術(shù)分為幅度調(diào)制和角度調(diào)制兩種。在幅度調(diào)制中主要有調(diào)幅(AM)，以及抑制其載波分量的雙邊帶調(diào)制(DSB)、單邊帶調(diào)制(SSB)、殘留邊帶調(diào)制(VSB)。DSB率除了AM中不攜帶信息的載波分量，SSB只保留了上個可反應(yīng)全部信息的邊帶信號，VSB較SSB更容易實現(xiàn)。而所有抑制載波分量幅度調(diào)制的效率提高了，但是已調(diào)信號的包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化相一致，因此不能采用包絡(luò)檢波解調(diào)方式，一般都是采用相干解調(diào)方式。角度調(diào)制包括頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)，兩者可以互換。正弦波的頻率的變化會引起相位的變化，同樣，相位的變化也會引起頻率的變化，兩者的變化均為角度變化，所以統(tǒng)稱為角度調(diào)制。另外，根據(jù)調(diào)制前后信號帶寬的相對變化可以將角度調(diào)制分為窄帶角度調(diào)制(窄帶FM)寬帶角度調(diào)制和(寬帶FM)。第一代的模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)采用的是寬帶FM方式。它與模擬調(diào)制的區(qū)別主要是基帶信號不同，是用數(shù)字信號直接控制載波某個參量來實現(xiàn)的(幅度、頻率或相位)。(1) 二進制振幅鍵控(ASK／OOK)二進制振幅鍵控法(ASK)的載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的， 其最簡單的形式是，載波在二進制調(diào)制信號控制下通斷， 此時又可稱作開關(guān)鍵控法(OOK)。幅度鍵控可以通過乘法器和開關(guān)電路來實現(xiàn)。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號的1和0。對ASK解調(diào)的方式有包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種方式。如圖1所示：AD包絡(luò)檢波器FIR低通濾波器采樣判決輸出位同步8Bit10Bit10Bit圖1 二進制振幅鍵控ASK (2)二進制移頻鍵控(FSK)FSK信號產(chǎn)生可以分為：直接調(diào)頻法和頻率鍵控法。對FSK解調(diào)方式有很多，如鑒頻法、差分檢測法、包絡(luò)檢測法及過零檢測法等：鑒頻法是將等幅調(diào)頻波變換成調(diào)幅調(diào)頻波，再經(jīng)過振幅檢波器(通常為低通濾波器)提取頻率變化信息；差分檢測法原理是將輸入信號與其延遲信號進行比較，檢測出不同頻率信息；包絡(luò)檢測法是用兩個窄帶的分路濾波器分別濾出兩個頻率的子信號，經(jīng)過包絡(luò)檢波后取出它們的包絡(luò)，然后經(jīng)過抽樣判決得到基帶信號。一般情況下在+l和1等概率出現(xiàn)時，二進制移相鍵控信號的功率譜密度由離散譜和連續(xù)譜組成，其結(jié)構(gòu)與二進制振幅鍵控信號的功率譜密度相似，帶寬也是基帶信號帶寬的兩倍。調(diào)制方法相同，只是調(diào)制前要對基帶信號進行差分編碼。二進制移相鍵控PSK解調(diào)只能采用相干解調(diào)法。在QAM中，數(shù)據(jù)信號由相互正交的兩個載波的幅度變化表示。由此，模擬信號頻率調(diào)制和數(shù)字信號FSK也可以被認(rèn)為是QAM的特例，因為它們本質(zhì)上就是相位調(diào)制。類似于其他數(shù)字調(diào)制方式，QAM發(fā)射信號集可以用星座圖方便地表示。設(shè)正交幅度調(diào)制的發(fā)射信號集大小為N，稱之為NQAM。數(shù)字通信中數(shù)據(jù)常采用二進制表示，這種情況下星座點的個數(shù)一般是2的冪。星座點數(shù)越多，每個符號能傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱?。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。它具有正交信號的最小頻差，在相鄰符號交界處信號保持連續(xù)等特點。只是OQPSK兩路基帶信號的矩形波形被正弦形脈沖鎖代替。那么對MSK解調(diào)也可同樣采用正交相干解調(diào)法。在次基礎(chǔ)上，給出MQAM調(diào)制原理。在有限的帶寬里要傳輸大量的多媒體數(shù)據(jù)，提高頻譜利用率成為當(dāng)前至關(guān)重要的課題，否則將 很難容納如此眾多的業(yè)務(wù)。與多進制PSK(MPSK)調(diào)制不同，OAM調(diào)制采取幅度與相位相結(jié)合的方式，因而可以更充分地利用信號平面，從而在具有高頻譜利用效率的同時可以獲得比MPSK更低的誤碼率。在高速的無線傳輸系統(tǒng)中，MQAM是一類基本的調(diào)制方式，在實際中常用16QAM及64QAM這兩種QAM調(diào)制技術(shù)。其中： 系數(shù)為式中的Eg為發(fā)送濾波器沖激響應(yīng)（t）的脈沖能量。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。8位乘法器完成相位跳變值△θk(t)與S(t)的乘積運算。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(dāng)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(zhǔn)備。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。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(dāng)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(yīng)濾波處理后，就變成模擬信號。（2）MQAM調(diào)制信號星座圖的設(shè)計通過對MQAM信號星座圖的優(yōu)化設(shè)計, 可以得到性能各異的MQAM調(diào)制方案。圖1 a 、b、c 分別示出了16QAM(m= 4) 以上三種類型的星座圖。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。A1 (8)因此, A2 = (1 + 2 ) 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。表1 給出了三種類型星座圖的參數(shù)比較。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。因此,圓形星座圖更適宜用于瑞利衰落的無線信道中。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。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。當(dāng)然,在這