1、. . . . MQAM調(diào)制與解調(diào)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(duì)通用硬件平臺(tái)加載軟件來實(shí)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(diǎn)之一。調(diào)制解調(diào)是移動(dòng)通信中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它的好壞直接關(guān)系著通信系統(tǒng)的性能。隨著數(shù)字時(shí)代發(fā)展對(duì)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。要在統(tǒng)一傳輸信道中實(shí)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。MQAM技術(shù)滿足了這一點(diǎn)。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。隨著對(duì)通信、電子信息類人才項(xiàng)目開發(fā)能力的需求也不斷增加，高校通信教學(xué)改革勢(shì)在必行。

2、本文從培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力出發(fā)，設(shè)計(jì)出集驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性于一體，具備較高的綜合性和系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)一種基于FPGA的軟件無線電MQAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。文章首先介紹了MQAM技術(shù)發(fā)展情況，論文核心部分主要闡述了MQAM調(diào)制解調(diào)與載波恢復(fù)數(shù)學(xué)模型、軟件設(shè)計(jì)、FPGA實(shí)現(xiàn)方案、測(cè)試結(jié)果與分析。本文提出了種新的16QAM快速載波恢復(fù)算法與實(shí)現(xiàn)方案，并設(shè)計(jì)了一個(gè)更便于人機(jī)對(duì)話的可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。系統(tǒng)采用一個(gè)通用硬件平臺(tái)和模塊化的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)MQAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過仿真與實(shí)際測(cè)試，結(jié)果正確且工作穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵字： FPGA，軟件無線電，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，MQAM，調(diào)制解調(diào)，載波恢復(fù)HAbstractSo

3、ftware radio is an open architecture which central conception is tostandardized hardware platform and realize various wireless communicationfunctions via loading softwareModulator and Demodulator based on SoftRadio are focuses in telecommunication areas recentlyModulation anddemodulation is a crucia

4、l technology in mobile communiction，itsperformance can contribute directly to communication systemWith，A variety of modem modulationdemodulation techniques areseeking stable capability of highspeed rate to satisfy the urgenirequire ofvast communication date in the digital era of informationIn order

5、to applyseveral applications in the same propagation channel，we must improve thebandwidth efficiency to save limited frequency resources and achievehigh一speed transmission rateTherefore the wide-band techniques which isMQAM has become one of focuses of academic and 4G communicationWith the requireme

6、nt of capability of project development oftelecommunications and teleinformation engineerThe experiment teaching inthe univercity and college must be reformedThis paper gives a quality designof synthesize and systematicness to foster handson capability and presents adesign of MQAM modulatordemodulat

7、or based on software defined radiowith FPGAThe characteristics and overview ofMQAM are firstly introduced，then mathematical structures of the modulatordemodulations and carri recovery,design of software，realization of the program based on FPGA andanalysis of test resultsThis paper elaborate a new al

8、gorithm of 1 6QAMcarrier recovery and thedesign of experiment hardware with visualizatonSystem bases on a common hardware platform and modular software design toachieve the experiment system ofMQAM modulatordemodulatorKEY WORDS：FPGA,software radio，experimatal system，MQAM，目 錄摘 要2Abstract3一、設(shè)計(jì)目的：5二、設(shè)計(jì)

9、要求：5三、調(diào)制解調(diào)技術(shù)51、模擬調(diào)制技術(shù)5(1)幅度調(diào)制5(2)角度調(diào)制62、數(shù)字調(diào)制技術(shù)6(1)二進(jìn)制振幅鍵控(ASKOOK)6(2)二進(jìn)制移頻鍵控(FSK)7(3)二進(jìn)制移相鍵控(PSK)7(4)正交幅度調(diào)制(QAM)8(5)最小頻移鍵控(MSK)8四、MQAM調(diào)制與解調(diào)原理91、MQAM的調(diào)制原理9（1）產(chǎn)生矩形星座MQAM信號(hào)的原理框圖與功能介紹:10（2）MQAM調(diào)制信號(hào)星座圖的設(shè)計(jì)11（3）用DDS產(chǎn)生正余弦函數(shù)原理132、QAM的解調(diào)原理14五、仿真結(jié)果與分析14六、程序代碼15七、心得體會(huì)22八、參考文獻(xiàn)22一、設(shè)計(jì)目的：1、 掌握MQAM調(diào)制與解調(diào)原理。2、 掌握仿真軟件使

10、用方法3、 設(shè)計(jì)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。二、設(shè)計(jì)要求：1、 給出MQAM的實(shí)現(xiàn)框圖，說明系統(tǒng)中各主要組成部分的功能。2、 根據(jù)選用的軟件編好用于系統(tǒng)仿真的測(cè)試文件。3、 給出仿真結(jié)果與進(jìn)行分析。4、 獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。三、調(diào)制解調(diào)技術(shù)1、模擬調(diào)制技術(shù)調(diào)制的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行頻譜交換，經(jīng)過調(diào)制后的已調(diào)波應(yīng)當(dāng)具有兩個(gè)特性：一是攜帶基帶信號(hào)信息；二是適合信道傳輸。模擬調(diào)制技術(shù)分為幅度調(diào)制和角度調(diào)制兩種。(1)幅度調(diào)制幅度調(diào)制(AM)是指用調(diào)制信號(hào)控制載波的幅值，是一種線性調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移。在幅度調(diào)制中主要有調(diào)幅(AM)，以與抑制其載波分量

11、的雙邊帶調(diào)制(DSB)、單邊帶調(diào)制(SSB)、殘留邊帶調(diào)制(VSB)。AM調(diào)制實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，但是調(diào)制效率低，有用信息的載波功率只占了不到50發(fā)射功率。DSB率除了AM中不攜帶信息的載波分量，SSB只保留了上個(gè)可反應(yīng)全部信息的邊帶信號(hào)，VSB較SSB更容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)于幅度調(diào)制而言，AM常用包絡(luò)檢波法解調(diào)，其檢波輸出正比于輸入信號(hào)的包絡(luò)變化，為非相干解調(diào)。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(hào)的包絡(luò)不再與調(diào)制信號(hào)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。(2)角度調(diào)制角度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)控制載波的角度，是一種非線性調(diào)制技術(shù)，有較好的抗噪聲性能。角度調(diào)制包

12、括頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)，兩者可以互換。FM指載波的瞬時(shí)角頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)的變化而線性變化，PM指載波的瞬時(shí)相位偏移是調(diào)制信號(hào)的線性函數(shù)。正弦波的頻率的變化會(huì)引起相位的變化，同樣，相位的變化也會(huì)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。在角度調(diào)制中已調(diào)信號(hào)的頻譜不再是調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，會(huì)產(chǎn)生許多新的頻譜成分。另外，根據(jù)調(diào)制前后信號(hào)帶寬的相對(duì)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)。對(duì)于角度調(diào)制而言，其中窄帶FM與AM信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)相似，可以看成線性調(diào)制，可以采取相干解調(diào)或非相干解調(diào)，而寬帶角度調(diào)制只能用非相干解調(diào)方式解調(diào)。第一

13、代的模擬蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的是寬帶FM方式。2、數(shù)字調(diào)制技術(shù)用數(shù)字信號(hào)控制高頻載波，將基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過程為數(shù)字調(diào)制。它與模擬調(diào)制的區(qū)別主要是基帶信號(hào)不同，是用數(shù)字信號(hào)直接控制載波某個(gè)參量來實(shí)現(xiàn)的(幅度、頻率或相位)。下面介紹幾種常用的數(shù)字調(diào)制方式。(1) 二進(jìn)制振幅鍵控(ASKOOK)二進(jìn)制振幅鍵控法(ASK)的載波幅度是隨著調(diào)制信號(hào)而變化的， 其最簡(jiǎn)單的形式是，載波在二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)控制下通斷， 此時(shí)又可稱作開關(guān)鍵控法(OOK)。 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。幅度鍵控可以通

14、過乘法器和開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn)。載波在數(shù)字信號(hào)1或0的控制下通或斷，在信號(hào)為1的狀態(tài)載波接通，此時(shí)傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號(hào)為0的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時(shí)傳輸信道上無載波傳送。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(hào)的1和0。對(duì)于二進(jìn)制幅度鍵控信號(hào)的頻帶寬度為二進(jìn)制基帶信號(hào)寬度的兩倍。對(duì)ASK解調(diào)的方式有包絡(luò)檢波和相干解調(diào)兩種方式。包絡(luò)檢波方法為讓信號(hào)通過一個(gè)低通濾波器，然后進(jìn)行硬判決，得到基帶信號(hào)信息。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(jìn)制振幅鍵控ASK(2)二進(jìn)制移頻鍵控(FSK)FSK信號(hào)產(chǎn)生可以分為：直接調(diào)頻法和頻率鍵

15、控法。直接調(diào)頻法是用數(shù)字基帶矩形脈沖控制一個(gè)振蕩器的頻率參數(shù)，直接改變振蕩頻率，輸出不同的頻率信號(hào)；頻率鍵控法是用數(shù)字基帶矩形脈沖作為控制兩個(gè)不同頻率信號(hào)的載波源。對(duì)FSK解調(diào)方式有很多，如鑒頻法、差分檢測(cè)法、包絡(luò)檢測(cè)法與過零檢測(cè)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(cè)法原理是將輸入信號(hào)與其延遲信號(hào)進(jìn)行比較，檢測(cè)出不同頻率信息；包絡(luò)檢測(cè)法是用兩個(gè)窄帶的分路濾波器分別濾出兩個(gè)頻率的子信號(hào)，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(hào)。(3)二進(jìn)制移相鍵控(PSK)PSK利用載波相位變化來直接表示數(shù)據(jù)信息，稱為絕對(duì)移相

16、。一般情況下在+l和-1等概率出現(xiàn)時(shí)，二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)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(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的功率譜密度相似，帶寬也是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。相關(guān)的調(diào)試方式還有DPSK，是利用現(xiàn)對(duì)移相實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。調(diào)制方法一樣，只是調(diào)制前要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼。信號(hào)的抗干擾性優(yōu)于PSK，可以解決接收端相位模糊問題。二進(jìn)制移相鍵控PSK解調(diào)只能采用相干解調(diào)法。(4)正交幅度調(diào)制(QAM)同其它調(diào)制方式類似，QAM通過載波某些參數(shù)的變化傳輸信息。在QAM中，數(shù)據(jù)信號(hào)由相互正交的兩個(gè)載波的幅度變化表示。 模擬信號(hào)的相位調(diào)制和數(shù)字信號(hào)的PSK可以被認(rèn)為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制

17、。由此，模擬信號(hào)頻率調(diào)制和數(shù)字信號(hào)FSK也可以被認(rèn)為是QAM的特例，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上就是相位調(diào)制。這里主要討論數(shù)字信號(hào)的QAM，雖然模擬信號(hào)QAM也有很多應(yīng)用，例如NTSC和PAL制式的電視系統(tǒng)就利用正交的載波傳輸不同的顏色分量。類似于其他數(shù)字調(diào)制方式，QAM發(fā)射信號(hào)集可以用星座圖方便地表示。星座圖上每一個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)集中的一個(gè)信號(hào)。設(shè)正交幅度調(diào)制的發(fā)射信號(hào)集大小為N，稱之為N-QAM。星座點(diǎn)經(jīng)常采用水平和垂直方向等間距的正方網(wǎng)格配置，當(dāng)然也有其他的配置方式。數(shù)字通信中數(shù)據(jù)常采用二進(jìn)制表示，這種情況下星座點(diǎn)的個(gè)數(shù)一般是2的冪。常見的QAM形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。

18、星座點(diǎn)數(shù)越多，每個(gè)符號(hào)能傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱蟆５?，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點(diǎn)，會(huì)使星座點(diǎn)之間的距離變小，進(jìn)而導(dǎo)致誤碼率上升。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。(5)最小頻移鍵控(MSK)MSK調(diào)制是一種特殊的頻率調(diào)制，可以看成是2FSK的一種特殊情況。它具有正交信號(hào)的最小頻差，在相鄰符號(hào)交界處信號(hào)保持連續(xù)等特點(diǎn)。其可以用正交調(diào)制發(fā)產(chǎn)生，與OQPS信號(hào)的產(chǎn)生相類似。只是OQPSK兩路基帶信號(hào)的矩形波形被正弦形脈沖鎖代替。所以從現(xiàn)調(diào)制方法角度看，也是一類特殊的QAM調(diào)制。那么對(duì)MSK解調(diào)也可同樣采用正交相干解調(diào)法。以上主要對(duì)與MQAM調(diào)制相關(guān)的幾種調(diào)制方式進(jìn)行了闡述。在次基礎(chǔ)

19、上，給出MQAM調(diào)制原理。四、MQAM調(diào)制與解調(diào)原理目前通信領(lǐng)域正處于急速發(fā)展階段，由于新的需 求層出不窮，促使新的業(yè)務(wù)不斷產(chǎn)生，因而導(dǎo)致頻率資源越來越緊。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)。正交幅度調(diào)制(QAM)由于具有很高的頻譜利用率被DVB-C等標(biāo)準(zhǔn)選做主要的調(diào)制技術(shù)。與多進(jìn)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(hào)平面，從而在具有高頻譜利用效率的同時(shí)可以獲得比MPSK更低的誤碼率。1、MQAM的調(diào)制原理正交幅度調(diào)制（QAM）是由兩個(gè)正交載波的多電平振幅鍵控信號(hào)疊加而

20、成的，在同樣的符號(hào)速率下能夠提供更高的比特傳輸速率，而不影響傳輸?shù)目煽啃?。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(shí)際中常用16-QAM與64QAM這兩種QAM調(diào)制技術(shù)。MQAM信號(hào)的矢量表達(dá)式為：即將其表示為兩個(gè)歸一化正交基函數(shù)f1與f2的線性組合。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。（1）產(chǎn)生矩形星座MQAM信號(hào)的原理框圖與功能介紹:串/并變換二進(jìn)制序列數(shù)/模變換數(shù)/模變換成形濾波器成形濾波器MQAM信號(hào)矩陣星座Rb=1/TbRb/2Ts=KT 產(chǎn)生矩形星座MQAM信號(hào)的原理框圖 在上圖中，輸入二進(jìn)制序列bn經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換后，將每一路的每個(gè)（log2M

21、）/K比特轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電平序列，然后進(jìn)入成形濾波器得到正交的I、Q兩路的電平的PAM基帶信號(hào)，再對(duì)兩路信號(hào)分別做正交載波進(jìn)制的ASK調(diào)制，最后將兩路信號(hào)疊加后即得到矩形的MQAM信號(hào)。I通道實(shí)現(xiàn)相位的連續(xù)化功能，由存儲(chǔ)器、乘法器、加法器和寄存器2等構(gòu)成。存儲(chǔ)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，部容量越來越大，但片資源畢竟有限，因而選取S(t)的64個(gè)均勻抽樣點(diǎn)，經(jīng)8位量化后存入該存儲(chǔ)器，實(shí)驗(yàn)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k(t)與S(t)的乘積運(yùn)算。寄存器2為兩個(gè)通道共用的部件，其中存放的是上一次的相位值k-1，與乘法器

22、的輸出 相加后即得到k-1+k(t)S(t)。Q通道由兩個(gè)寄存器和一個(gè)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k(t)，與寄存器2中存放的相位值k-1，相加即得到當(dāng)前相位值 k=k-1+k(t)，此過程緊接在相位連續(xù)化完成后，并同時(shí)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。轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器實(shí)際上由兩個(gè)存儲(chǔ)器組成，分別存放k所對(duì)應(yīng)的正弦和余弦值，以k的量化值作為地址碼通過查找表的方式分別由兩個(gè)支路Ik，Qk輸出。這部分電路占用大量部資源，要求選用的FPGA具有足夠的容量。存儲(chǔ)器中分別存放著載波的正、余弦值，根據(jù)采樣定理和實(shí)驗(yàn)分析，把一個(gè)正、余弦波周期采樣32個(gè)點(diǎn)，經(jīng)過8位量化，恢復(fù)出

23、來的波形足夠光滑。兩個(gè)支路Ik，Qk分別與載波的正、余弦值相乘后，再相加即實(shí)現(xiàn)了連續(xù)相位QAM調(diào)制，當(dāng)然此時(shí)輸出的還是數(shù)字信 號(hào)，再經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換和相應(yīng)濾波處理后，就變成模擬信號(hào)。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(huì)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(jìn)一步提高頻譜利用率，同時(shí)又不影響QAM的解調(diào)性能。（2）MQAM調(diào)制信號(hào)星座圖的設(shè)計(jì)通過對(duì)MQAM信號(hào)星座圖的優(yōu)化設(shè)計(jì), 可以得到性能各異的MQAM調(diào)制方案。MQAM信號(hào)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

24、 - a 、b、c 分別示出了16QAM(m= 4) 以上三種類型的星座圖。在設(shè)計(jì)圓形星座圖時(shí), 當(dāng)半徑比率RR(RR =A2 / A1) 很大時(shí), 環(huán)星座點(diǎn)上的歐幾里德距離d1變小, 而環(huán)間星座點(diǎn)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(gè)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(dāng)d1 = d2 = (A2 - A1) = d , 即半徑比率RR = A2 / A21177 時(shí), 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 ·cos6715°

25、(8)因此, A2 = (1 + 2 ·cos6715°) 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- 均值比為: （12）最后由圖1 - a ,可以求出其最小相位偏移min = 45°。而對(duì)于不均勻圓形星座圖,當(dāng)d1 = d3 ,即半徑比率RR2172 時(shí),其最小歐幾里德距離dmin達(dá)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(dāng)信號(hào)平均功率E0一定時(shí),方形星座圖的最小歐幾里德距離

26、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(qiáng),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(dòng)與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?yàn)槠渥钚∠辔黄苖in最小,且峰值- 均值比都大于后兩者。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(duì)圓形星座圖外環(huán)星座點(diǎn)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(= 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(diǎn),并且克服其峰值- 均值

27、比高的缺點(diǎn),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一樣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(hào)星座點(diǎn)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(yīng)地改變MQAM調(diào)制信號(hào)的電平數(shù),即星座點(diǎn)數(shù),以保證獲得預(yù)期的傳輸性能。當(dāng)然,在這種情況下,相應(yīng)的信號(hào)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

28、應(yīng)地調(diào)節(jié)信號(hào)的調(diào)制電平數(shù)或信號(hào)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(hào)是最容易實(shí)現(xiàn)的，且其誤符號(hào)率只比最優(yōu)MQAM結(jié)構(gòu)大，因而得到廣泛使用。MQAM信號(hào)的平均信號(hào)功率譜主瓣寬度為2Rs，Rs為符號(hào)傳輸速率， 等于信息符號(hào)速率Rb/（log2M）。在Rb一定時(shí)，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(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)

29、域，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個(gè)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(jì)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(jì)算器三個(gè)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(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行相位累加，得到一個(gè)相位頻率控制碼在每個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行相位累加，得到一個(gè)相位值；正弦計(jì)算器則對(duì)該相位值計(jì)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(gè)可用的模擬頻率信號(hào)。DDS合成信號(hào)的優(yōu)

30、點(diǎn)：a.頻率分辨率高，輸出頻點(diǎn)多，可達(dá)2的n次方個(gè)頻點(diǎn)(N為相位累加器位數(shù))； b.頻率切換速度快，可達(dá)us量級(jí)； c.頻率切換時(shí)相位連續(xù)； d.可以輸出寬帶正交信號(hào)； e.輸出相位噪聲低，對(duì)參考頻率源的相位噪聲有改善作用； f.可以產(chǎn)生任意波形； g.全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。 h.在各行各業(yè)的測(cè)試應(yīng)用中，信號(hào)源扮演著極為重要的作用。但信號(hào)源具有許多不同的類型，不同類型的信號(hào)源在功能和特性上各不一樣，分別適用于許多不同的應(yīng)用。目前，最常見的信號(hào)源類型包括任意波形發(fā)生器，函數(shù)發(fā)生器，RF信號(hào)源，以與基本的模擬輸出模塊。信號(hào)源中采用DDS技術(shù)在當(dāng)前的測(cè)試測(cè)量行業(yè)已經(jīng)逐漸稱為一種主流

31、的做法。2、QAM的解調(diào)原理在高斯白噪聲的環(huán)境下，MQAM信號(hào)的最佳解調(diào)框圖如下：積分電路信號(hào)接收積分電路f1(t）f2(t)判決判決并串變換輸出 將接收的到的信號(hào)采取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)，將接收的信號(hào)分成兩路，一路與相乘，另一路與相乘。然后經(jīng)過低通濾波器（積分電路）濾除乘法器產(chǎn)生的高頻分量，獲得有用信號(hào)。低通濾波器輸出通過抽樣判決可恢復(fù)出電平信號(hào)。然后經(jīng)過并/串變換得到恢復(fù)數(shù)據(jù)。矩形MQAM信號(hào)的最佳接收誤符號(hào)率與MASK的性能一樣。將MQAM和MPSK與MASK進(jìn)行比較，可以得到以下結(jié)論：三者頻帶利用率都一樣，但是在一樣的信噪比下，MPSK和MQAM的誤符號(hào)率都小于MASK；且在M>

32、;8的情況下，MQAM的誤符號(hào)率小于MPSK的誤符號(hào)率。五、仿真結(jié)果與分析將用Verilog高級(jí)語言編寫的程序在systemview仿真軟件進(jìn)行編譯生成圖形文件。16QAM調(diào)制波形仿真圖經(jīng)分析其仿真圖與理論結(jié)果一樣，所以此系統(tǒng)設(shè)置正確。六、程序代碼16QAM調(diào)制源代碼timescale 1ns / 1ps/ Company: / Engineer: / / Create Date: 22:55:47 09/16/2007 / Design Name: / Module Name: qam16 / Project Name: / Target Devices: / Tool versions:

33、/ Description: / Dependencies: / Revision: / Revision 0.01 - File Created/ Additional Comments: /module qam16(clk, clk12p5MHz, reset, x, y);input clk;input clk12p5MHz;input reset;input x;output 17:0 y;reg 1:0t;reg 3:0 x_t,x_t_1;reg 16 : 0 csignal;reg 16 : 0 ssignal;wire 24 : 0 data;wire 4 : 0 a;wire

34、 15 : 0 cosine;wire 15 : 0 sine;/完成輸入比特的寄存用于控制DDS的輸出always (posedge clk) begin if(!reset) begin x_t <= 0; x_t_1 <= 0;t <= 0;endelse begin t <=t + 1; x_t_13:0 <= x_t_12:0, x;if(cnt = 0) x_t <= x_t_1;else x_t <= x_t;endendassign a = 0;assign data = 2684355;/產(chǎn)生相應(yīng)的同相和正交信號(hào)always (pos

35、edge clk12p5MHz) begin if(!reset) begin csignal <= 0; csignal <= 0;endelse begin / 配置dds輸出信號(hào)的幅度值 case(x_t) 4'b0000: begin / cos+sin csignal16 <= cosine15; csignal15:0 <= cosine15:0; ssignal16 <= sine15; ssignal15:0 <= sine15:0; end 4'b0001: begin / 2cos+sin csignal16:1 <

36、= cosine15:0; csignal0 <= 0; ssignal16 <= sine15; ssignal15:0 <= sine15:0; end 4'b0010: begin / cos+2sin csignal16 <= cosine15; csignal15:0 <= cosine15:0; ssignal16:1 <= sine15:0; ssignal0 <= 0; end 4'b0011: begin /2cos+2sin csignal16:1 <= cosine15:0; csignal0 <= 0

37、; ssignal16:1 <= sine15:0; ssignal0 <= 0; end 4'b0100: begin / -cos+sin / 這里采用了近似操作，即各位取反，得到相應(yīng)的負(fù)值， / 會(huì)有1的誤差，但相對(duì)于17比特?cái)?shù)，可以忽略不計(jì)。 csignal16 <= !cosine15; csignal15:0 <= !cosine15:0; ssignal16 <= sine15; ssignal15:0 <= sine15:0; end 4'b0101: begin / -2cos+sin csignal16:0 <= !

38、cosine15:0; csignal0 <= 0; ssignal16 <= sine15; ssignal15:0 <= sine15:0; end 4'b0110: begin/ -cos+2sin csignal16 <= !cosine15; csignal15:0 <= !cosine15:0; ssignal16:1 <= sine15:0; ssignal0 <= 0; end 4'b0111: begin / -2cos+2sin csignal16:0 <= !cosine15:0; csignal0 <

39、= 0; ssignal16:1 <= sine15:0; ssignal0 <= 0; end 4'b1000: begin / -cos-sin csignal16 <= !cosine15; csignal15:0 <= !cosine15:0; ssignal16 <= !sine15; ssignal15:0 <= !sine15:0; end 4'b1001: begin / -2cos-sin csignal16:0 <= !cosine15:0; csignal0 <= 0; ssignal16 <= !si

40、ne15; ssignal15:0 <= !sine15:0; end 4'b1010: begin / -cos-2sin csignal16 <= !cosine15; csignal15:0 <= !cosine15:0; ssignal16:1 <= !sine15:0; ssignal0 <= 0; end 4'b1011: begin /-2cos-2sin csignal16:0 <= !cosine15:0; csignal0 <= 0; ssignal16:1 <= !sine15:0; ssignal0 <

41、;= 0; end 4'b1100: begin / cos-sin csignal16 <= cosine15; csignal15:0 <= cosine15:0; ssignal16 <= !sine15; ssignal15:0 <= !sine15:0; end 4'b1101: begin / 2cos-sin csignal16:0 <= cosine15:0; csignal0 <= 0; ssignal16:1 <= !sine15:0; ssignal0 <= 0; end 4'b1110: begin

42、 / cos-2sin csignal16 <= cosine15; csignal15:0 <= cosine15:0; ssignal16:1 <= !sine15:0; ssignal0 <= 0; end 4'b1111: begin / 2cps-2sin csignal16:0 <= cosine15:0; csignal0 <= 0; ssignal16:1 <= !sine15:0; ssignal0 <= 0; end default: begin csignal <= 0; ssignal <= 0; end