基于FPGA的16QAM调制解调电路设计

编号：审定成绩：重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于FPGA的16QAM调制解调电路设计学院名称：自动化学生姓名：赵国强专业：机械设计制造及其自动化班级：0841003学号：2010213292指导教师：周围答辩组负责人：张开碧填表时间：2014年5月重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学本科毕业设计（论文）I摘要正交振幅调制（QAM)技术有着非常广泛的应用范围，不仅在移动通信领域应用，而且在有线电视传输、数字视频广播卫星通信（DVB-S)等领域也都得到广泛应用。它在调制过程中利用了相位和幅度两维空间资源，比只利用单一维度空间资源的PSK和ASK调制方式频谱利用率高，不仅如此，QAM的星座点比PSK的星座点更分散，星座点之间的距离因此更大，所以能提供更好的传输性能。本文在对QAM调制解调的基本原理、调制端的基带成形理论研究的基础上，通过Matlab软件的Simulink仿真平台实现了16QAM调制解调系统的建立及实验验证。之后利用Alera公司的QuartusII软件加载ModelSim作为软件开发环境，设计并实现了16QAM调制解调系统的串并转换、差分和星座映射、DDS和加法器等关键模块。关于载波信号发生器的设计，本文釆取传统DDS采用的正弦查表来实现DDS中相位幅度的转换。本文主要研究了基于FPGA的16QAM调制与解调的实现。釆用Verilog硬件描述语言对16QAM调制解调系统中的关键模块进行描述，完成了功能上的仿真验证，通过对比验证了设计的正确性，为下一步的硬件实现打下了很好的基础。说明了QAM调制和解调的原理，，然后对各系统组成模块分析与仿真之后提出基于FPGA的16QAM调制与解调的总体设计方案。最后用Verilog语言编写程序完成了整个系统的仿真，并对编好的程序其进行了编译调试。首先对16QAM调制解调总体进行了系统仿真；然后用Verilog语言在QuartusII软件平台下完成了系统各功能模块的编写、功能与时序仿真和综合，最后把各模块组成的顶层原理图编译成的程序下载到EPMC20T100C5芯片上，手动输入基带信号，经过芯片处理后，基带信号得以有效恢复。【关键词】正交振幅调制FPGA调制解调现场可编程逻辑门阵列重庆邮电大学本科毕业设计（论文）IIABSTRACTQAM(QuadratureAmplitudeModulation)isanewmodulationtechnique,becauseoftheuseofphaseandamplitudetwo-dimensionalspaceresourcesinthemodulationprocess,ithasahigherefficiencythanPSKandASKmodulationwitchuseonlyasingledimensionofspaceresources.Moreover,theQAMconstellationpointsofPSKconstellationpointsmoredispersed,thedistancebetweentheconstellationpointsistherefore,soitisabletoprovidebettertransmissionperformance.Withtheriseofthirdgenerationmobilecommunicationandthetransmissioncapacityincreases,M-aryquadratureamplitudemodulationofMQAM(MultiplequadraturetheAmplitudeModulation)willbemorewidelyused.ThispaperstudiestherealizationofFPGA-based16QAMmodulationanddemodulation.Firstly,theprincipleofQAMmodulationispresented,andthemodelingofthe16QAMmodulation&demodulationsystemisbuiltwiththeSystemViewsoftware.Then,bywayofanalyzingsystemcompositionmodulesandpartialsimulation,thedesignofthel6QAMmodulationsystembasedonFPGAisputforwards.FinallythewholesystemsimulationisrealizedwithVerilog,Andprogrammedtocompiledebug.Inthispaper,theprincipleanddesignmethodofcarrierrecovery,quadraturecoherentdemodulator,FIRlowpassfilterandsamplinganddecisionaredetailedlyintroduced.Firstly,Thesystemof16QAMissimulatedwithSystemView.Then,eachfunctionalmoduleisimplementedwithVerilogHDLontheQuartusIIsofiwareflat,andthefunction&timingsimulationandthesynthesisarefinished.Finally,theprogramcompiledfromthetopschematicdiagramisdownloadedtotheEP2C35F672C6Nchipandwhenmanuallyenteredthebasebandsignal,thesignalcanbeeffectivelyrecovered.【Keywords】QuadratureamplitudemodulationFPGAmodulationdemodulationfieldprogrammablelogicgatearray重庆邮电大学本科毕业设计（论文）III目录前言....................................................................................................................................-1-第一章概述........................................................................................................................-3-第一节课题研究背景及意义.........................................................................................-3-第二节QAM技术现状与发展......................................................................................-3-第三节本文内容和结构.................................................................................................-5-第四节本章小结.............................................................................................................-5-第二章QAM调制解调整体设计.........................................................................................-6-第一节16QAM调制的方法和原理..............................................................................-6-第二节16QAM解调方法和原理..................................................................................-8-第三节本章小结.............................................................................................................-9-第三章QAM调制器分模块设计.......................................................................................-10-第一节FPGA概述.......................................................................................................-10-第二节串/并转换模块..................................................................................................-12-第三节DDS载波和线性加法器模块..........................................................................-13-第四节差分编码和星座映射模块...............................................................................-22-第五节时钟分频模块...................................................................................................-25-第六节本章小结...........................................................................................................-27-第四章QAM解调器分模块设计.......................................................................................-28-第一节解调器顶层模块设计.......................................................................................-28-第三节DDS载波恢复模块设计..................................................................................-33-第四节乘法器模块设计...............................................................................................-37-第四节低通滤波器模块设计.......................................................................................-38-第五节采样判决模块设计...........