基于FPGA的16QAM调制解调系统的设计与实现

(1.梧州学院　广西　梧州　543002;2.中国电子科技集团公司第29研究所　四川　成都　610036)

一、引言

正交振幅调制[1](Quadrature Amplitude Modulation)技术是一种重要的数字调制技术，广泛应用于移动通信、有线电视传输、数字视频广播卫星通信(DVB-S)等领域。在2ASK、2FSK、2PSK这几种调制方式中，每个码元仅携带1bit信息，而QAM同时使用幅度和相位承载信息，每个码元可以携带更多信息，频带利用率、信息传输的有效性更高[2]。另外与MPSK相比，MQAM相邻矢量端点的欧氏距离较大，噪声容限高，抗噪性能更强。

二、16QAM调制与解调原理

16QAM调制过程可视为ASK与PSK的结合[3]，分为I/Q两支路，如图1.1所示。

图1.1　QAM调制框图

RB为二元信息的码元速率，经串并转化后上下支路的码元速率降为RB/2。I/Q支路中每2个码元选择4种电平，再分别以sinω0t、cosω0t为载波进行ASK调制，最后两路叠加形成16QAM，如式(1-1)所示。

s16QAM(t)=Ikcosω0t+Qksinω0tk=1,2,3,4

(1-1)

在解调端，16QAM信号在上下两支路分别进行相干解调，经载波恢复提取出I/Q两路正交载波sinω0t、cosω0t，再与16QAM信号相乘，得到式(1-2)

(1-2)

经低通滤波器后，得到Ik、Qk两个电压信号，再由幅度-码元对应关系确定I/Q支路码元，最后通过并串转换恢复二元数字信号。

三、16QAM调制解调系统的FPGA实现

调制与解调原理图如图2.2(a)、(b)所示。s_p、p_s均存储深度为4bit的FIFO，用于实现I/Q支路的串并和并串转换；p_s。dds_generate模块通过256×6bit的ROM生成正交载波。低通滤波器使用2500kHz采样率、通带频率为5kHz、阻带200KHz的15阶FIR滤波器实现。

图2.2　(a)调制原理图

图2.2　(b)解调原理图

系统仿真结果如图2.3(a)所示

图2.3　时序仿真

调制部分，4bit随机实数信号data_input进行串并转换后被分解为1个复数信号(data_Ix,data_Qx)，在上下两支路各选择4个电平进行ASK调制，得到Ix和Qx两路模拟信号，再汇成analog_output。经解调模块成功解调输出data_output波形。

四、总结

本文分析了16QAM的实现原理，并通过Quartus ii与modelsim联合仿真实现16QAM的调制和解调。2ASK、2PSK、2FSK每个状态仅能携带1bit信息，而16QAM每个状态能携带4bit信息，提高了频谱效率，因而应用更广泛。