遥测技术中QAM调制解调器的FPGA实现

论文摘要

随着遥测系统的数据量不断增大,现有调制技术已不能满足传输要求,于是人们对通信系统的传输速率和带宽提出了新的要求。同时,由于频谱资源的日趋紧缺,如何提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。三种基本的数字调制方式单独使用幅度或者相位携带信息,不能够充分利用信号平面,对于频谱资源来讲是一种浪费。需要采用新的数字调制技术以便在有限的带宽资源条件下获得更高的传输速率。正交幅度调制解调技术是一种高效的数字调制技术,相比于传统数字调制技术的单独利用振幅或相位携带信息方式,QAM调制信号的幅度和相位都携带信息,可以充分利用整个信号平面,因而大大提高了信息传输的有效性,同时具有很高的频谱利用率,因此QAM已经广泛的应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。本文首先对16QAM调制解调器的原理进行了详细阐述,详细讨论了正交振幅调制解调技术以及系统中的数字频率合成、FIR数字滤波、星座映射、同步技术、串并转换、进制转换等几个关键技术模块。其中对于数字频率合成的设计,本文采取数字坐标旋转(CORDIC)算法实时计算正余弦值的方法,替代传统NCO采用的正弦查表来实现相位幅度的转换,可以很好的克服NCO中使用ROM表时产生的相位截断误差,极大的提高了频率和相位分辨率,并显著地节省了FPGA的内部资源,然后对FPGA技术做了简单的介绍,通过分析提出了基于FPGA的16QAM调制解调系统的设计方案,并建立了16QAM调制解调系统的模型,并在软件环境中进行实验仿真以及分析研究,最后阐述了异步串口的FPGA实现。本文提出了一种基于FPGA的全数字16QAM调制解调方案,该方案在Quartus II软件开发平台中进行仿真,采用Verilog HDL硬件描述语言设计,并给出各模块仿真结果,最后在ALTERA公司的EP2C8Q208C8芯片上进行了功能实现,实验结果与理论分析是符合的,达到了预期的目的,为遥测技术进一步的的研究打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 16QAM调制解调原理
• 2.1 16QAM调制技术
• 2.1.1 16QAM调制原理
• 2.1.2 16QAM参数分析
• 2.1.3 基带成型理论
• 2.2 16QAM解调技术
• 2.2.1 16QAM解调原理
• 2.2.2 同步原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 开发环境及硬件设计
• 3.1 开发环境
• 3.1.1 FPGA开发工具简介
• 3.1.2 FPGA开发流程
• 3.1.3 硬件描述语言HDL
• 3.2 系统硬件平台的搭建
• 3.2.1 FPGA模块
• 3.2.2 系统电源电路设计
• 3.2.3 时钟和复位电路
• 3.2.4 SDRAM和FLASH电路
• 3.2.5 AD转换电路
• 3.2.6 串口通信电路
• 3.2.7 系统PCB设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 16QAM调制器的设计与实现
• 4.1 串并转换模块
• 4.2 电平转换模块
• 4.3 数字控制振荡器
• 4.3.1 NCO工作原理
• 4.3.2 NCO的FPGA实现
• 4.4 16QAM调制实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 16QAM解调器的设计与实现
• 5.1 相干解调模块
• 5.2 低通滤波器模块
• 5.2.1 FIR滤波器介绍
• 5.2.2 FIR滤波器的FPGA实现
• 5.3 抽样判决模块
• 5.4 4-2电平转换和并串转换模块
• 5.5 全数字16QAM解调器的测试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢