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摘 要：正交振幅调制（QAM）就是一种高效的数字调制解调方式。本论文对基于FPGA的16QAM调制解调技术进行了研究。首先对16QAM调制解调原理进行阐述。然后详细阐述了符号同步、载波同步的意义及实现方法。通过分析提出了系统的设计方案。最后通过Verilog HDL 在Quartus II环境下完成了系统关键算法的编写、仿真、综合。8155
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关键词: 16QAM; 数字调制解调；FPGA
FPGA-based Design And Implementation of 16QAM Modulation
Abstract: Quadrature amplitude modulation (QAM) is an efficient digital modulation and demodulation method. This paper studied the 16QAM modulation and demodulation based on FPGA technology. First of all, this paper covered the principle of 16QAM. And then it illustrated the symbol timing synchronization and carrier synchronization’s meaning and realizable methods in detail. So by analysis, this article proposed the design plan. Finally, it completed the system’s compilation of key algorithm, simulation and integrated.
Key word: 16QAM; Digital modulation and demodulation; FPGA
引言 1
1.QAM调制解调技术的研究 2
1.1正交振幅调制技术 2
1.2 正交振幅解调技术 5
2.符号同步的研究 6
2.1 符号同步的意义与方法 6
2.2符号同步方法的比较 8
3.载波同步的研究 9
3.1 载波同步原理 10
3.2 载波同步方法 10
3.3 载波同步方法比较 13
4.16QAM的FPGA设计与实现 13
4.1 FPGA设计工具与方法 13
4.2 16QAM调制器的VERILOG设计与仿真 15
4.3 符号同步的VERILOG设计与仿真 20
4.4 载波同步的VERILOG设计与仿真 22
5.总结与展望 24
参考文献 25
致谢 26
基于FPGA的16QAM调制器设计与实现引言
正交振幅调制（QAM）作为一种数字调制解调方式。与其它调制技术比较，QAM调制有很高的频带利用率、抗噪声能力强等优点。因而在中、大容量数字微波通信系统、卫星通讯、有线电视网络高速数据传输、数字集群移动通信系统等领域得到广泛应用。
目前，研究QAM调制解调技术的文献非常多。2007年，西安电子科技大学和ISN国家重点实验室信息科学研究所的侯立正、李文英等，用Verilog HDL 完成了系统主要部分的底层设计，并且在FPGA上实现了主要部分的设计。2014年，华为在室内室外完成了TD-LTE 256QAM高阶调制测试，成为首个完成该项测试的设备商。相比64QAM调制方式，256QAM可带来最高33%的峰值速率增益。在室内场景测试中，小区网络性能平均增益提升20%以上。但其中大部分研究仍侧重于解调算法的载波恢复或定时恢复部分，对QAM调制解调的整个系统进行完整论述的文章较少，而且大多只实现系统的某个环节,在开发板上将整个系统实现的依然很少。
1. QAM调制解调技术的研究
正交振幅调制(QAM)是一种频谱利用率很高的数字调制技术，具有超凡的效率。它能够同时利用相位和振幅来携带信息，并且可以充分的利用信号功率利用率。而传统数字调制技术则无法实现。由于QAM的众多优势，现已被广泛应用于很多的领域中[1]。
1.1 正交振幅调制技术
1.11 调制原理
一般情况下，QAM调制的表达式为： （1）
式中 为码元宽度，n=1、2、3…、N（ N 为 和 的电平数）。在式（1）中相互正交的一对载波分量中，一组离散的振幅 { } 和 { } 调制一个载波，所以称其为正交振幅调制。对于16QAM而言，它的振幅 和 可以表示为：