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首页高阶MQAM调制器设计详解:高效频带利用与应用领域
高阶QAM调制器的设计与实现是一篇关于多电平正交幅度调制(MQAM)技术的重要研究文章。MQAM是一种高级的调制方式,通过结合振幅和相位来编码信息,显著提高了频带利用率和功率效率。相较于传统的单级振幅键控(ASK)或相位键控(PSK),MQAM能够更有效地利用信号空间,尤其是在信号矢量端点的分布上,如64QAM和128QAM等进制数较大的调制方式,其信号矢量间的距离更均匀,减少了误码率。 文章的引言部分阐述了MQAM的基本概念和优势,强调了它在中、大容量数字微波通信系统(如SDH和LMDS)、有线电视网络高数据传输以及卫星通信中的广泛应用。MQAM调制的原理是基于两个独立的基带信号对两个正交载波进行调制,形成正交的已调信号,这样可以在同一频率带宽内同时传输两个或更多的数字信息流。 作者以64QAM为例,详细介绍了全数字调制系统的结构设计。这种调制方式不仅具有更高的数据速率,还便于实现,是现代通信系统中常见的选择。具体实现中,FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)技术在高阶QAM解调器的设计中扮演了关键角色,通过硬件实现高效的数据处理和解调功能。 此外,文章可能还会涉及如何优化解调过程中的同步、采样率调整、纠错编码(如Turbo编码或LDPC编码)以及信号检测算法(如最大似然检测MLD或迭代检测)等方面的技术挑战和解决方案。总体而言,这篇论文深入探讨了高阶QAM调制器的设计策略和技术细节,对于从事通信系统设计和优化的专业人士来说,具有很高的参考价值。
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高阶高阶QAM调制器的设计与实现调制器的设计与实现
1 引 言 多电平正交幅度调制MQAM(Multilevel QuadratureAmplitude Modulation)是一种振幅和相位相结
合的高阶调制方式,具有较高的频带利用率和较好的功率利用率。因为单独使甩振幅和相位携带信息时,不能
最充分利用信号平面,这可由调制信号星座图中信号矢量端点的分布直观观察到。多进制振幅键控(MASK)调
制时,矢量端点在一条轴上分布;多进制相位键控(MPSK)调制时,矢量点在一个圆上分布。随着进制数M的
增大,这些矢量端点之间的最小距离也随之减少。因此,MQAM是一种高效的调制方式,被广泛应用于中、大
容量数字微波通信系统、有线电视网络高数据传输、卫星通信等领
1 引引 言言
多电平正交幅度调制MQAM(Multilevel QuadratureAmplitude Modulation)是一种振幅和相位相结合的高阶调制方式,
具有较高的频带利用率和较好的功率利用率。因为单独使甩振幅和相位携带信息时,不能最充分利用信号平面,这可由调制信
号星座图中信号矢量端点的分布直观观察到。多进制振幅键控(MASK)调制时,矢量端点在一条轴上分布;多进制相位键控
(MPSK)调制时,矢量点在一个圆上分布。随着进制数M的增大,这些矢量端点之间的最小距离也随之减少。因此,MQAM
是一种高效的调制方式,被广泛应用于中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高数据传输、卫星通信等领域。本文首先
介绍了MQAM调制解调的基本原理,然后以64QAM为例,介绍了一种全数字实现的调制系统结构方案,并给出了解调器的具
体FPGA实现方法及关键技术。
2 MQAM调制原理调制原理
MQAM (Multiple Quadrature Amplitude Modulation) 多进制正交幅度调制。多进制正交幅度调制是在中、大容量数字
微波通信系统中大量使用的一种载波控制方式。这种方式具有很高的频谱利用率,在调制进制数较高时,信号矢量集的分布也
较合理,同时实现起来也较方便。目前在SDH数字微波、LMDS等大容量数字微波通信系统中广泛使用的64QAM、128QAM
等均属于这种调制方式。
所谓正交振幅调制,就是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制,利用这种已调信
号在同一带宽内频谱的正交性来实现两路并行的数字信息传输。MQAM信号的一般表达式为:
式(1)由两个相互正交的载波构成,每个载波被一组离散的振幅{Am),{Bm)所调制,故称这种调制方式为正交振幅
调制。式中T为码元宽度,m=1,2,…,L,L为Am和Bm的电平数。MQAM中Am和Bm振幅可以表示成:
式中:A是固定的振幅,dm,em由输入数据确定,dm,em决定了已调MQAM信号在信号空间中的坐标点。在调制过程
中,载波的振幅与相位都发生了变化,因此,已调信号矢量星座图中每一个坐标点代表了一种编码组合,同时也代表了正交信
号矢量合成后的不同的相位及电平,第i个信号可用数学描述为:
因此每一个坐标点也由Ai和φ i惟一确定。
3 64QAM调制器系统设计调制器系统设计
图1给出了全数字实现的64QAM调制器的电路原理结构。除D/A变换外,每个功能模块都用FPGA实现。扰码、串并转
换和差分编码采用原理图的方法进行设计,电平转换及星座图映射采用查表法(LUT)进行设计。本设计的难点为成形滤波器
和基于DDS的正交调制器实现,下面重点描述成形滤波器和基于DDS的正交调制器的实现方法。
一块DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分(如Q2220)。频率控制寄存器可以
串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码;正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度(芯片一般通过查表得
到)。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波,因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信
号。
3.1 成形滤波器的设计成形滤波器的设计
为了让信号在带限的信道中传输,提高频谱利用率,通常在发送端把信号经过成形滤波器进行带限,由此就会引入码间干
扰。为有效地减少码间干扰,按照最佳接收理论,收发基带滤波器应共轭匹配,设计时收发基带滤波器采用均方根升余弦滚降
滤波器即能满足要求。
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