QAM通信系统的设计与仿真
作者/任景光，中国空空导弹研究院
文輋摘要：QAM调制方式采用振幅调制和相位调制相结合，频谱利用率高，抗干扰能力较好，广泛用于数字微波通信系统，数字电视，卫 星通信等领域〇针对QAM的调制解调技术进行介绍和仿真，并对16QAM进行FPGA实现，验证其实用性。关棚：QAM; FPGA;数字接收机
正交振幅调制WQAM)用两个独立的基带数字信号对两 个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制。它结合 了 ASK和PSK调制的优点，具有更高的频带利用率和抗干 扰性能。随着大规模集成电路和数字信号处理技术的发展， 数字调制解调技术相比模拟调制解调技术，具有高可靠性'低复杂度、易于实现等优点。QAM调制技术在高速数据传 输领域（卫星通信和有线电视网络⑵等）得到广泛应用。本 文主要讨论QAM调制和解调技术在FPGA中的设计与实现。
低通滤波器输出两路多电平基带信号。再经电平反映射将多 电平转换为二电平，最终输出二进制数据。
■ 1.2实现模型
在FPGA平台上，对16QAM系统设计。系统参数为： 矩形16QAM调制，格雷码编码映射，比特率4 kbps,载波 频率2 kHz。调制器实现模块如图3所示。
1•系统横9!
■ 1.1S#原理
在数字通信中，通常以同相分Sl(t)和正交分霣Q(t) 表示。大多数数宇调制都可以采用丨、Q调制方式来实现， 将数据映射为两路并行的数字信号分别进行调制，在发射前 合成一路信号，即实现了数字调制。QAM信号波形可以表丁为咕) = 4gr(〇cos(2;r/c/ + 3)
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图1 QAM调制原理框图
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式中，4=4c〇s珥为同相载波分量，42=4sin贫为正交 载波分置。因此，QAM调制可以采用IQ正交调制技术来 实现。QAM信号的同相和正 交分置可以独立地分别以ASK 方式传输数字信号。其调制和 解调原理框图分别如图1和图 2所示。
在图1中串并转换将二 进制码元序列分为两路，速 率减至Rb/2。电平映射将分 路后的二进制码元速率降为
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图2 QAM解调原理框图
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Rb/l〇g2M的L个电平信号
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在经过成形滤波器，
与载波相乘，形成QAM调制 信号。图2是QAM信号相干 解调原理框图。QAM信号经 过信号后，先经过带通滤波器 滤除带外噪声，再与恢复的两
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个正交载波信号相乘后，经过图3 16QAM调制器实现模块图
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电子战i»i■与方案
器3把调制信号变成模拟输出。
图4为解调器的实现模块 图。接收信号经过模数转换器
AD9220以8kHz的采样速率对模
拟16QAM信号进行采样。载波恢 复模块通过对采样信号进行运筲 恢复出同步载波，然后与采样信号 相乘。由于采样信号和同步载波都 是8比特数据，相乘后为16比特 数据。为了节省硬件资源和提高运 行速度，先把相乘后的数据截短为 8比特后再经过低通滤波器。判决 器通过对低通滤波器的输出结果 进行判决恢复丨路与Q路的电平，
图4 16QAM解调器实现模块图
再经过格雷码反映射便可以恢复出
16QAM符号。最后通过串并转换恢复出调制器端信号源产 生的8比特数据流〇
在实现方案中，有源晶振时钟为20MHz，经过 625X32分频后控制信号发生器产生周期的并行8bU锯齿 波数据流。并行的8比特数据流经过一个并串变换变成并 行的4比特数据流，每4比特对应于16QAM星座图上的一个信号点。经过格雷码星座映射，利用数据选择器选通两路 输出分别作为丨路调制与Q路调制的波形选择信号，通过查 找表的就可以实现丨路和Q路的调制。再将两路调制信号叠 加，得到16QAM数字调制信号。最后，经过一个D/A转换
2.仿真结果
将上述设计方案进行用Quartus丨丨仿真16QAM 调制模块和解调模块仿真图分别如图5和如图6所示。由 仿真结果可以看出，设计的正确性。
3•结论
本文通过对16QAM系统调制 和解调原理进行介绍，并对系统设 计与仿真，仿真结果表表明此系统 具有实现简单，复杂度低，性能优 良等特点。
图516QAM调制模块仿真图
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图616QAM解调模块仿真图
6丨电子制作2017年2-3月
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