基于FPGA的16QAM调制解调系统的研究

论文摘要

传统的频率调制和相位调制两种数字调制方式都存在频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等不足。正交振幅调制(QAM)是一种相位和振幅联合控制的数字调制技术,它不仅可以得到更高的频谱效率,而且可以在限定的频带内传输更高速率的数据。QAM在当今通信领域扮演着重要的角色,因此对QAM进行深入研究具有重要的理论和现实意义。而FPGA以其功能强大、开发周期短、可重复修改、开发工具智能以及可软件升级等特点成为无线通信领域硬件设计的首选方式之一。本文融合了软件无线电技术思想,以FPGA为开发平台,搭载了系统带宽为1350Hz,支持数据码率为4000Baud,调制载频1MHz的16QAM调制解调系统,经过调试和验证,该系统的调制部分功能设计基本达到预定要求。对解调部分的关键模块如载波同步模块、符号同步模块的算法进行了分析和研究,并在ISE9.2环境下采用Verilog语言完成了系统的关键算法编写,在Modelsim仿真工具下验证了相关模块设计的正确性,给出了解调器中关键的载波恢复、符号同步模块仿真分析结果,这为实际的无线通信系统提供理论依据和实验数据参考。环路滤波器作为符号同步和载波恢复设计中的关键环节,对于解调性能的好坏有着至关重要的影响,文中对数字环路滤波器进行了详细的阐述。考虑到系统本身设计的性能要求、硬件资源消耗、实现的难易程度等方面,联系整个系统的框架搭建,文中选取了合适的实现方法,同时也对硬件开发平台和所用到的芯片及FPGA的设计流程一一作了介绍和说明。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 QAM技术的现状及发展趋势
• 1.3 软件无线电的特征和优势
• 1.4 本文的内容与结构
• 第2章 QAM调制解调技术研究
• 2.1 QAM调制技术
• 2.1.1 QAM调制原理
• 2.1.2 QAM调制的性能
• 2.1.3 16QAM星座图
• 2.2 QAM解调技术
• 2.2.1 QAM的解调原理
• 第3章 符号同步的研究
• 3.1 符号同步的意义与方法
• 3.1.1 锁相环法
• 3.1.2 超前-滞后门同步
• 3.1.3 基于数字插值算法的符号同步
• 3.2 符号同步方法的比较
• 第4章 载波同步的研究
• 4.1 载波同步简介
• 4.2 载波同步方法
• 4.2.1 导频载波同步
• 4.2.2 平方环法载波同步
• 4.2.3 科斯塔斯环载波同步
• 4.2.4 直接面向判决锁相环法
• 4.3 载波同步方法比较
• 第5章 16QAM的FPGA研究与设计
• 5.1 FPGA简介
• 5.1.1 FPGA的组成
• 5.1.2 FPGA的设计流程
• 5.1.3 FPGA芯片简介
• 5.1.4 ISE简介
• 5.1.5 ModelSim概述
• 5.1.6 硬件描述语言HDL
• 5.2 16QAM调制器的verilog设计与仿真
• 5.2.1 系统开发平台及主要参数设计
• 5.2.2 星座映射模块
• 5.2.3 成形滤波器模块
• 5.2.4 DDS模块
• 5.2.5 16QAM调制模块Modelsim仿真分析
• 5.3 符号同步的verilog设计与仿真
• 5.3.1 迟、早门数据采样模块
• 5.3.2 全波整流模块
• 5.3.3 误差相减模块
• 5.3.4 IIR低通滤波器模块
• 5.3.5 DDS模块
• 5.3.6 符号同步模块Modelsim仿真分析
• 5.4 载波同步的verilog设计与仿真
• 5.4.1 科斯塔斯环Matlab仿真分析
• 5.4.2 正交分量相乘子模块
• 5.4.3 低通滤波器模块
• 5.4.4 环路滤波模块
• 5.4.5 DDS子模块
• 5.4.6 载波同步的Modelsim仿真分析
• 第6章 总结
• 参考文献
• 附录 缩略语英汉对照表
• 致谢
• 研究生履历