1、i摘 要文章开篇对现有的一些调制、解调技术原理进行了系统地概括与归纳，例如说AM、FM、2ASK 、2PSK 等一些模拟或数字信号的产生与解调。在此基础上创造性的提出了基于 CPLD 的 16QAM 调制解调器的方案，同时简要阐述了各个模块的组成及其原理。至此，利用 MATLAB 对 16QAM 的性能进行了仿真，绘制了星座图、信号轨迹图、眼图以及误码率曲线，并对它们进行了简要的分析，16QAM 可以合理的安排各个矢量端点，使它们间的最小距离最大，从而使系统达到最佳的误码率。所以说，QAM 调制解调技术能够实现在提高信息传输速率的同时降低误译码率，从而改善通信质量。关键词：调制解调；载波恢复；
2、QAMiiABSTRACTAt first,article introduces the existing modulation demodulation principle, such as AM、FM、2ASK 、2PSK signal generation and demodulation principle. we proposed the 16 qam modem based on CPLD, and expounds the composition and principle of each module. At this basis, Using MATLAB simulatio
3、n to the performance of 16 QAM map of the constellation diagram, signal path, eye diagram and bit error rate curve, and carried on the brief analysis.16 qam can reasonable arrangement each endpoint vector, the minimum distance between them is the largest, which make the system achieve the best bit e
4、rror rate.QAM modulation demodulation technology can be achieved in improving information transmission rate and reduce the decoding error rate.Keywords: modulator/demodulator;carrier recovery;QAM科技大学本科生毕业设计（论文）iii目 录第一章 绪论 .11.1 引言 .11.2 论文研究的主要内容 .1第二章 调制解调技术原理 .32.1 模拟调制技术 .32.2 数字调制技术 .42.3 正交幅度调
5、制(QAM) .72.3.1 QAM 调制原理 .72.3.2 QAM 解调原理 .8第三章 16QAM 调制器系统组成与原理 .113.1 调制方案设计 .113.1.1 基于 CPLD 的 16QAM 调制器前端实现 .113.1.2 16QAM 调制器的后端实现 .143.2 本章小结 .16第四章 16QAM 解调器系统组成与原理 .174.1 解调方案设计 .174.1.1 16QAM 解调器的前端实现 .174.1.2 基于 CPLD 的 16QAM 解调器后端实现 .194.2 本章小结 .20第五章 基于 MATLAB 的 QAM 系统仿真实现 .215.1 模型的建立 .21
6、5.2 仿真结果及分析 .22第六章 结论 .27参考文献 .29致 谢 .31科技大学本科生毕业设计（论文）- 1 -第一章 绪论1.1 引言现代通信领域，随着对传输信息量的需求不断增大，频谱资源有限、频谱利用率不高的问题显得更加突出。我们想要在信息传输量上进一步改善，使其提高，同时也想要达到可靠的通信，实现可靠的信息传输。MQAM 技术综合了 ASK、PSK 的优点，可以在提高信息传输速率的同时降低译误码率，且具有高效的频谱利用率。1.2 论文研究的主要内容本篇论文主要围绕 16QAM 调制解调技术而展开，通过对现有调制解调技术的整理与分析，展开对 16QAM 调制解调器的具体设计。提出了
7、一种基于 CPLD 的 16QAM调制解调方式，对其进行了简要分析，并系统地研究了 16QAM 调制解调器各个模块的组成及其原理。文章的结构与框架如表 1.1。表 1.1 论文主要内容章 节 主要内容第 l 章 论文的意义与文章的主要知识内容第 2 章 调制解调技术的基础理论知识的慨括，如AM、2ASK 等，以及在此基础上的 16QAM 调制解调技术第 3 章 介绍了 16QAM 调制器的具体设计方案，分析了该系统各个模块的组成及其原理第 4 章 阐述了 16QAM 解调器的具体设计方案，同时对该系统的各个模块的组成和原理第 5 章 进行了基于 MATLAB 的 16QAM 性能仿真第 6 章
8、 给出了本文的结论科技大学本科生毕业设计（论文）- 2 -科技大学本科生毕业设计（论文）- 3 -第二章 调制解调技术原理2.1 模拟调制 技术调制简单说来，是对频率的变换，经过调制之后低频信号的频率变为高频，使得信号可以在通信信道中顺利传输。多数的通信信道为频带信道，经过调制可以使基带信号适合于在频带信道上传输，同时它也携带有用信息，这就是已调信号的两个特点。通过利用正弦信号作为调制载波信号，考虑信号的各个参数来携带原始信号的有用信息，可以将模拟调制技术划分为幅度调制与角度调制。(l)幅度调制幅度调制(AM)指的是利用正弦波的振幅信息，将调制信号所携有的信息蕴含在正弦波的幅度上，不同的信息会
9、对应不同的幅值。经过 AM 调制之后，输出的信号使多个正弦信号的叠加，其中信号的频率全部与原始信号相同，而信号的频谱进行了搬移，所以它是线性调制技术 1。幅度调制包括：常规双边带调制(AM)、抑制载波双边带调制(DSB) 、单边带幅度调制(SSB)、残留边带幅度调制(VSB)。图 2.1 所描述的就是幅度调制的一般模型图。h ( t )(tm)(tSmcos图 2.1 幅度调制器的一般模型图上图中，m(t)表示的是调制信号，滤波器的冲激响应是 h(t)，而 Sm(t)指代的是已调信号，已调信号 Sm(t)在时域的一般表达式分别为式 (2.1)，在频域的表达式为(2.2)(2.1)(cos)(t
10、hwtmtS(2.2)(21HMcc以上两式之中， 表示为调制信号 的频谱， 和 是一对傅里叶变换对，)(M)(tt表示的是载波角频率。DSB、SSB 调制信号的产生模型图分别是图 2.2 的左右(a) 、c(b)两图。科技大学本科生毕业设计（论文）- 4 -图 2.2 DSB、SSB 调制器模型图在各种幅度调制中，AM 的实现比较容易，所需要的实现设备相对而言比较简单，然后，AM 在抗干扰性能和频谱利用方面则是略显不足。相比 AM，DSB 的实现设备就比较复杂，因为 DSB 的解调采用相干解调法，需要与载波同频的本地载波，由于实现比较困难，所以实际运用比较少。SSB 只是 DSB 的上边带或
11、者下边带，它的带宽只有 DSB 的一半，所以其频谱利用率与功率利用率都比较高，同时它抗干扰、抗衰落能力强，但实现设备比较复杂。VSB 与 SSB 性能很多方面相同，它具有与 SSB 相当的功率利用率和抗干扰性能。幅度调制的解调一般采用包络检波法解调，AM 波形与调制信号波形完全相同，容易在包络检波解调之后输出原始信号的波形。其他所有抑制载波幅度调制一般是采用相干解调方式解调出原有信号，不是采用包络检波解调方式，因为信号的包络不能够完全反映调制信号的变化。在图 2.3 中，我们可以看到包络检波器的模型图。滤 波 器 L P F)(tSAM )(tm图 2.3 包络检波器的一般模型(2)角度调制对
12、于每一个不同的正弦载波信号，它们都具有不同的参数，如振幅不同、频率不同或者相位不同。角度调制就是使载波信号的频率或者相位来携带有调制信号的有用信息，调制信号携带的信息不同，载波的频率或相位也会不同。调频、调相的联系十分密切，它们两者通过一些电路可相互变换。角度调制它与幅度调制不一样，它属于非线性调制，因为在角度调制过程中不仅包含有频谱的移动，而且有些信号的频率会不同于原有信号，产生许多新的频谱部分。同时，角度调制的抗噪声性能好。2.2 数字调制技术数字调制是使用数字信号来作为调制信号，对载波信号进行调制，数字信号所携带的有用信息包含在载波的某个参数（幅度、频率、相位）之上。受数字调制后它的参数
13、不能连续取值，是能是离散数值。数字调制具有与模拟调制几乎完全相同的原理，只是模拟信号是取连续值，而数字信号则是取离散数值。现有的数字调制方式有如下科技大学本科生毕业设计（论文）- 5 -几种。(l)二进制振幅键控(2ASK/OOK)ASK 信号形式为: (2.3)twnTtgaAScSKosn是第 n 个符号的电平取值，可以为 0 或者 1。实现框图如图 2.4 所示:a)(tS)t(ASKt0cos图 2.4 2ASK 调制已调信号功率谱密度为: (2.4)cScSASKfPffP42与 AM 信号的解调方法相同，2ASK 信号也有两种常见的解调方式，一种是包络检波法（非相关解调） ，另外一
14、种是同步检测法（相干解调） 。两者不同的是，解调系统中需要加入抽样判决器，这对于改善接收信号的性能是十分重要的。2ASK 解调方框图如图 2.5。B P F L P F抽样判决器)(tSAKtocs)t(S定 时 脉 冲解 调 器图 2.5 2ASK 解调(2)二进制移频键控(2FSK)2FSK 信号的产生可分为两种：一种是采用模拟调频电路来进行 2FSK 调制，一种是采用键控法。两种方法产生的 2FSK 信号的区别在是否具有连续变化的相位，前者产生的信号具有连续的相位，而后者产生的 2FSK 信号的相位不连续。将两个频率不相同的 2ASK 调制信号相互叠加再混合输出，可是视为一个 2FSK调
15、制信号，因而 2FSK 调制信号的解调方法和 2ASK 信号相同，也是相干解调与包络检波。2FSK 信号的解调方法还有许多种，除此之外，还具有过零检测法、鉴频法及差分检测法几种重要的解调方法。包络检测法所使用的原理是使信号通过两个不同的窄带滤波器电路之后，电路过滤出不同的两个信号，两个信号的频率各不相同，再对两个分信号进行抽样判决，利科技大学本科生毕业设计（论文）- 6 -用我们所制定的判决规则解调出原始信号 2。差分检测法是对不同的频率进行鉴定，具体说来就是通过对比调制信号及其延迟信号，发现它们间不一样的频率，筛选出不同地频率信息 2。而鉴频法则是把振幅信息一模一样的频率调制波变换成为振幅信
16、息各不相同的调幅调频波，它经过低通滤波器等振幅检波器之后，提取出不同的频率变化的信息 2。(3)二进制移相键控(2PSK)调制载波具有两种不同相位信息，2PSK 将这两种不同的相位信息设定成为 0、1两个不同的逻辑值，称作为绝对相移方式3。信号的表达式可以表示为：(2.5)twnTtgaAScsPKo其中 表示的是第 n 个波形符号的电平取值，可取值为+1 或者-1。2PSK 的实现na框图如图 2.6 所示:图 2.6 2PSK 调制由式(2.3)和式 (2.5)可以看出 2PSK 和 2ASK 表达形式一样，区别在于 an 的取值不同，因而可以用式(2.4) 来表示 2PSK 信号的功率谱
17、。 2PSK 调制信号与 2ASK 数字调制信号具有十分相似的频谱特性，已调信号的频带宽度值同样也等于原有调制信号的两倍。2PSK 调制信号一般使用相干解调法对调制信号进行解调，图 2.7 描述的是 2PSK相干解调器的原理方框图。B P F L P F抽样判决器)(tSK )t(S定 时 脉 冲本 地 载 波图 2.7 2PSK 相干解调当原始信号取值为逻辑1时，2PSK 信号经过乘法器之后，输出信号表达式为:. (2.6)ttt ccc 2wos1osw科技大学本科生毕业设计（论文）- 7 -它的取值范围为0,l 。当原始信号值为逻辑 0时，2PSK 信号经由乘法器，与本地同频同相载波进行
18、乘法运算，输出表达式为：(2.7)twtwt ccc 2os1os-它的取值范围则为 。在经过低通滤波器之后，低频分量可以顺利通过，高频分量01，被滤去，剩下的只是基带码元信息，在抽样判决之后输出基带信号。如图 2.8 是对 4ASK、8PSK 调制信号的空间矢量图所进行的准确描述。由图观察可知：4ASK 与 8PSK 的信号空间都没有被合理有效利用，可知仅仅使用幅度或者相位来携带原始信号的一些有用信息，都将无法使信号端点合理分配各个空间，不能够充分利用信号空间。图 2.8 4ASK 和 8PSK 空间矢量图上面所学习与分析的是几种和 MQAM 调制有关的调制方式。在这个基础上我们将重点分析
19、16QAM 调制解调原理、它的具体电路设计方案以及对系统性能所做的MATLAB 仿真。2.3 正交幅度调制 (QAM)2.3.1 QAM 调制原理受到图 2.8 的启发，QAM 调制信号充分利用信号空间，将调制波的相位和振幅作为两个单独的参量同时受到调制，让相位、辐度都携带有有用信息 4。一般而言，人们常常将正交幅度调制信号写成为：(2.8)twBtosAYmm00inc)t(式中 是同相信号或 I 信号； 是正交信号或 Q 信号； 分别是载波tcosw0 i mBA,的离散振幅；m 是 的电平数，取值 1，2，.，M 。 代表着信int,0 m, ,号的幅度取值，也携带有其位置信息，它与星座图当中的空间矢量坐标点一一对应。产生 16QAM 信号有两种方法：一种比较常用的方法称为正交调幅法，而另外一种常用方式称为复合相移法。前者是将具有不同参数的独立的正交 4ASK 调制信号矢量混合叠加产生，获得 16QAM 信号，同样后者则是将具有不同参数的独立的两个
