基于FPGA的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(1.梧州學(xué)院　廣西　梧州　543002;2.中國電子科技集團(tuán)公司第29研究所　四川　成都　610036)

一、引言

正交振幅調(diào)制[1](Quadrature Amplitude Modulation)技術(shù)是一種重要的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、有線電視傳輸、數(shù)字視頻廣播衛(wèi)星通信(DVB-S)等領(lǐng)域。在2ASK、2FSK、2PSK這幾種調(diào)制方式中，每個(gè)碼元僅攜帶1bit信息，而QAM同時(shí)使用幅度和相位承載信息，每個(gè)碼元可以攜帶更多信息，頻帶利用率、信息傳輸?shù)挠行愿遊2]。另外與MPSK相比，MQAM相鄰矢量端點(diǎn)的歐氏距離較大，噪聲容限高，抗噪性能更強(qiáng)。

二、16QAM調(diào)制與解調(diào)原理

16QAM調(diào)制過程可視為ASK與PSK的結(jié)合[3]，分為I/Q兩支路，如圖1.1所示。

圖1.1　QAM調(diào)制框圖

RB為二元信息的碼元速率，經(jīng)串并轉(zhuǎn)化后上下支路的碼元速率降為RB/2。I/Q支路中每2個(gè)碼元選擇4種電平，再分別以sinω0t、cosω0t為載波進(jìn)行ASK調(diào)制，最后兩路疊加形成16QAM，如式(1-1)所示。

s16QAM(t)=Ikcosω0t+Qksinω0tk=1,2,3,4

(1-1)

在解調(diào)端，16QAM信號(hào)在上下兩支路分別進(jìn)行相干解調(diào)，經(jīng)載波恢復(fù)提取出I/Q兩路正交載波sinω0t、cosω0t，再與16QAM信號(hào)相乘，得到式(1-2)

(1-2)

經(jīng)低通濾波器后，得到Ik、Qk兩個(gè)電壓信號(hào)，再由幅度-碼元對(duì)應(yīng)關(guān)系確定I/Q支路碼元，最后通過并串轉(zhuǎn)換恢復(fù)二元數(shù)字信號(hào)。

三、16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)

調(diào)制與解調(diào)原理圖如圖2.2(a)、(b)所示。s_p、p_s均存儲(chǔ)深度為4bit的FIFO，用于實(shí)現(xiàn)I/Q支路的串并和并串轉(zhuǎn)換；p_s。dds_generate模塊通過256×6bit的ROM生成正交載波。低通濾波器使用2500kHz采樣率、通帶頻率為5kHz、阻帶200KHz的15階FIR濾波器實(shí)現(xiàn)。

圖2.2　(a)調(diào)制原理圖

圖2.2　(b)解調(diào)原理圖

系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖2.3(a)所示

圖2.3　時(shí)序仿真

調(diào)制部分，4bit隨機(jī)實(shí)數(shù)信號(hào)data_input進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后被分解為1個(gè)復(fù)數(shù)信號(hào)(data_Ix,data_Qx)，在上下兩支路各選擇4個(gè)電平進(jìn)行ASK調(diào)制，得到Ix和Qx兩路模擬信號(hào)，再匯成analog_output。經(jīng)解調(diào)模塊成功解調(diào)輸出data_output波形。

四、總結(jié)

本文分析了16QAM的實(shí)現(xiàn)原理，并通過Quartus ii與modelsim聯(lián)合仿真實(shí)現(xiàn)16QAM的調(diào)制和解調(diào)。2ASK、2PSK、2FSK每個(gè)狀態(tài)僅能攜帶1bit信息，而16QAM每個(gè)狀態(tài)能攜帶4bit信息，提高了頻譜效率，因而應(yīng)用更廣泛。