摘 要

正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)技术是目前一种应用十分广泛的调制技术，在移动通信领域、有线电视信号传播、数字视频广播卫星通信等各方面都有较为广泛的研究。正交振幅调制是一种近年来迅速发展的调制技术，它在调制过程当中利用了相位和幅度两维空间资源，所以比采用单一维度空间资源的PSK和ASK调制方式，可以进一步提升频谱利用率。和其他调制技术相比较，带宽利用率更高，抗高声干扰能力，使其在带宽资源不是很充足的移动通信中更能显现出其调制技术的优越性。

本次论文使用FPAG相关知识完成QAM调制与解调系统的设计。先是阐述了QAM调制和解调的相关原理，建立起了16QAM调制解调系统的模型，再就是对系统组成进行了仿真，得出了基于FPGA的16QAM调制与解调的设计思路。最后利用Verilog语言编写程序实现了系统的仿真作业，编译调试并得到了相应的结果。

关键词：正交振幅调制；调制解调；16QAM；FPGA

Abstract

Quadrature amplitude modulation technology has a very wide range of applications, not only in the field of mobile communications applications, but also in the cable television transmission, satellite communication digital video broadcasting (DVB-S), and other fields have also been widely used. Quadrature amplitude modulation is a new modulation technique, which uses a two-dimensional spatial phase and amplitude modulation resources in the process, and therefore higher than using only a single dimension of space resources of PSK and ASK modulation spectrum efficiency, and other modulation technology, compared with a can full use of bandwidth, strong noise immunity, etc., so that it is not very adequate bandwidth mobile communications to better show the superiority of its modulation.

This paper studies the FPGA-based implementation of 16QAM modulation and demodulation. First, to explain the principles of QAM modulation and demodulation, the mathematical model of 16QAM modulation and demodulation system, and then the various system components after the module analysis and simulation summed up the overall design of FPGA-based 16QAM modulation and demodulation. Finally, using the Verilog language program completes the overall system simulation, and debug programs written in compiled.

Key Words：Quadrature amplitude modulation; modem; 16QAM; FPGA

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 QAM技术现状与发展 1

第2章 QAM调制解调技术 3

2.1 QAM调制原理 3

2.2 QAM解调原理 5

第3章 模块设计 7

3.1 QAM调制模块设计 7

3.1.1 FPGA概述 7

3.1.2系统框图 8

3.1.3 串/并转换模块 8

3.1.4差分编码和星座映射模块 9

3.1.5 DDS载波和线性加法器模块 9

3.1.6时钟分频模块 10

3.2 QAM解调模块设计 10

3.2.1 解调过程 10

3.2.2低通滤波器模块设计 12

3.2.3采样判决模块设计 13

3.2.4电平转换模块设计 14

第4章 设计与仿真 15

4.1原理图设计 15

4.2仿真结果 16

4.2.1 调制结果 16

4.2.2解调结果 17

4.3仿真结果分析 19

第5章 总结与展望 21

参考文献 22

附录 23

致谢 34

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着社会进步，通信技术的发展，移动用户数量的持续增加，可用频带资源资源出现不足，通信系统的容量急需扩展才能满足通信的要求，通过增加频道数量可以解决系统容量问题，但频道数量总会达到上限，并不是长远之计。而且由语音、图像、音乐等各类信源转换而得到的信号频谱相对较低的低通频谱，有些中间夹杂一些直流分量，也有也有部分没有，其最高频率和最低频率的数值差距比较大。一般语音信号的频谱大概在三百到三千赫兹之间，这样的信号通常称为基带信号。为了使基带信号可以传输于频道信道上，比如无线信道，甚至还可以传输多路基带信号，就不得不引入调制和解调的技术。调制解调技术最为重要的就是要搞清楚其相关的调制原理、解调的原理、已调信号的产生方法、解调的实现方法等诸多方面的内容。调制过程是将基带信号的频谱搬移到某个特定的频带范围，从而满足倍道传输的要求。

采取增加频道数量的方式，是无法从根本上解决通信系统容量问题的。然而却可以通过增加频谱利用率的方式来解决该问题。基于此，在进行通信系统规划与设计层面，多需要重点关注频谱利用率问题。如频谱利用率过增加，则已调信号带宽则会越发狭窄，旁瓣幅度也会变小，也就是说已调信号频谱从天线发射时功率的主瓣要越窄，同时辐射到相邻频道的功率即带外辐射要越小。在数字调制系统中的频谱利用率就代表着传输的效率，通信系统的传输速率是人们注重的指标，但也需要考虑在固定的传输速率下信道频带所占的带宽为多少。通信系统的频带利用率越高，传输效率自然就越高，反之传输效率越低。

在无线通信技术的快速发展中，频谱资源的高效利用是人们需要重点研究的问题，通信技术的广泛应用使得各种通信设备的可用带宽出现严重不足，固定速率和带宽的调制解调已经不能满足急需发展的通信系统的要求。QAM 调制方式有着相当高的频谱利用率，广泛应用在卫星通信、深空通信和移动通信等领域中。在无线通信系统中，如果使用QAM 调制解调器来作为通用调制器，可以大大的简化通信系统的复杂程度，同时也可以大幅度的提高频谱利用率。因此QAM调制解调算法及实现的研究对通信技术的发展起着重大作用。

1.2 QAM技术现状与发展

QAM调制方式最早出现在十多年前，当时主要应用于有线通信系统中，但直到近几年来，它在无线信道中的应用才处于最初起步阶段，在数字电视这样的宽带通信系统中QAM则有较为广泛的应用，但在无线窄带通信系统中只有少量的应用。