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1、摘 要文章开篇对现有的一些调制、解调技术原理进行了系统地概括与归纳，例如说AM、FM、2ASK、2PSK等一些模拟或数字信号的产生与解调。在此基础上创造性的提出了基于CPLD的16QAM调制解调器的方案，同时简要阐述了各个模块的组成及其原理。至此，利用MATLAB对16QAM的性能进行了仿真，绘制了星座图、信号轨迹图、眼图以及误码率曲线，并对它们进行了简要的分析，16QAM可以合理的安排各个矢量端点，使它们间的最小距离最大，从而使系统达到最佳的误码率。所以说，QAM调制解调技术能够实现在提高信息传输速率的同时降低误译码率，从而改善通信质量。关键词：调制解调；载波恢复；QAMiABSTRACTA
2、t first,article introduces the existing modulation demodulation principle, such as AM、FM、2ASK、2PSK signal generation and demodulation principle. we proposed the 16 qam modem based on CPLD, and expounds the composition and principle of each module. At this basis, Using MATLAB simulation to the perfor
3、mance of 16 QAM map of the constellation diagram, signal path, eye diagram and bit error rate curve, and carried on the brief analysis.16 qam can reasonable arrangement each endpoint vector, the minimum distance between them is the largest, which make the system achieve the best bit error rate.QAM m
4、odulation demodulation technology can be achieved in improving information transmission rate and reduce the decoding error rate.Keywords: modulator/demodulator;carrier recovery;QAMii湖南科技大学本科生毕业设计（论文）目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 论文研究的主要内容1第二章 调制解调技术原理32.1 模拟调制技术32.2 数字调制技术42.3 正交幅度调制(QAM)72.3.1 QAM调制原理72.3.2
5、 QAM解调原理8第三章 16QAM调制器系统组成与原理113.1 调制方案设计113.1.1 基于CPLD的16QAM调制器前端实现113.1.2 16QAM调制器的后端实现143.2 本章小结16第四章 16QAM解调器系统组成与原理174.1 解调方案设计174.1.1 16QAM解调器的前端实现174.1.2 基于CPLD的16QAM解调器后端实现194.2 本章小结20第五章 基于MATLAB的QAM系统仿真实现215.1 模型的建立215.2 仿真结果及分析22第六章 结论27参考文献29致 谢31iii第一章 绪论1.1 引言现代通信领域，随着对传输信息量的需求不断增大，频谱资源
6、有限、频谱利用率不高的问题显得更加突出。我们想要在信息传输量上进一步改善，使其提高，同时也想要达到可靠的通信，实现可靠的信息传输。MQAM技术综合了ASK、PSK的优点，可以在提高信息传输速率的同时降低译误码率，且具有高效的频谱利用率。1.2 论文研究的主要内容本篇论文主要围绕16QAM调制解调技术而展开，通过对现有调制解调技术的整理与分析，展开对16QAM调制解调器的具体设计。提出了一种基于CPLD的16QAM调制解调方式，对其进行了简要分析，并系统地研究了16QAM调制解调器各个模块的组成及其原理。文章的结构与框架如表1.1。表1.1 论文主要内容章 节主要内容第l章 论文的意义与文章的主
7、要知识内容第2章 调制解调技术的基础理论知识的慨括，如AM、2ASK等，以及在此基础上的16QAM调制解调技术第3章 介绍了16QAM调制器的具体设计方案，分析了该系统各个模块的组成及其原理第4章 阐述了16QAM解调器的具体设计方案，同时对该系统的各个模块的组成和原理第5章 进行了基于MATLAB的16QAM性能仿真第6章 给出了本文的结论- 32 -第二章 调制解调技术原理2.1 模拟调制技术调制简单说来，是对频率的变换，经过调制之后低频信号的频率变为高频，使得信号可以在通信信道中顺利传输。多数的通信信道为频带信道，经过调制可以使基带信号适合于在频带信道上传输，同时它也携带有用信息，这就是
8、已调信号的两个特点。通过利用正弦信号作为调制载波信号，考虑信号的各个参数来携带原始信号的有用信息，可以将模拟调制技术划分为幅度调制与角度调制。(l)幅度调制幅度调制(AM)指的是利用正弦波的振幅信息，将调制信号所携有的信息蕴含在正弦波的幅度上，不同的信息会对应不同的幅值。经过AM调制之后，输出的信号使多个正弦信号的叠加，其中信号的频率全部与原始信号相同，而信号的频谱进行了搬移，所以它是线性调制技术1。幅度调制包括：常规双边带调制(AM)、抑制载波双边带调制(DSB)、单边带幅度调制(SSB)、残留边带幅度调制(VSB)。图2.1所描述的就是幅度调制的一般模型图。图2.1 幅度调制器的一般模型图
9、上图中，m(t)表示的是调制信号，滤波器的冲激响应是h(t)，而Sm(t)指代的是已调信号，已调信号Sm(t)在时域的一般表达式分别为式(2.1)，在频域的表达式为(2.2) (2.1) (2.2)以上两式之中，表示为调制信号的频谱，和是一对傅里叶变换对，表示的是载波角频率。DSB、SSB调制信号的产生模型图分别是图2.2的左右(a)、(b)两图。图2.2 DSB、SSB调制器模型图在各种幅度调制中，AM的实现比较容易，所需要的实现设备相对而言比较简单，然后，AM在抗干扰性能和频谱利用方面则是略显不足。相比AM，DSB的实现设备就比较复杂，因为DSB的解调采用相干解调法，需要与载波同频的本地载
10、波，由于实现比较困难，所以实际运用比较少。SSB只是DSB的上边带或者下边带，它的带宽只有DSB的一半，所以其频谱利用率与功率利用率都比较高，同时它抗干扰、抗衰落能力强，但实现设备比较复杂。VSB与SSB性能很多方面相同，它具有与SSB相当的功率利用率和抗干扰性能。幅度调制的解调一般采用包络检波法解调，AM波形与调制信号波形完全相同，容易在包络检波解调之后输出原始信号的波形。其他所有抑制载波幅度调制一般是采用相干解调方式解调出原有信号，不是采用包络检波解调方式，因为信号的包络不能够完全反映调制信号的变化。在图2.3中，我们可以看到包络检波器的模型图。图2.3 包络检波器的一般模型(2)角度调制
11、对于每一个不同的正弦载波信号，它们都具有不同的参数，如振幅不同、频率不同或者相位不同。角度调制就是使载波信号的频率或者相位来携带有调制信号的有用信息，调制信号携带的信息不同，载波的频率或相位也会不同。调频、调相的联系十分密切，它们两者通过一些电路可相互变换。角度调制它与幅度调制不一样，它属于非线性调制，因为在角度调制过程中不仅包含有频谱的移动，而且有些信号的频率会不同于原有信号，产生许多新的频谱部分。同时，角度调制的抗噪声性能好。2.2 数字调制技术数字调制是使用数字信号来作为调制信号，对载波信号进行调制，数字信号所携带的有用信息包含在载波的某个参数（幅度、频率、相位）之上。受数字调制后它的参
12、数不能连续取值，是能是离散数值。数字调制具有与模拟调制几乎完全相同的原理，只是模拟信号是取连续值，而数字信号则是取离散数值。现有的数字调制方式有如下几种。(l)二进制振幅键控(2ASK/OOK)ASK信号形式为: (2.3)是第n个符号的电平取值，可以为0或者1。实现框图如图2.4所示:图2.4 2ASK调制已调信号功率谱密度为: (2.4)与AM信号的解调方法相同，2ASK信号也有两种常见的解调方式，一种是包络检波法（非相关解调），另外一种是同步检测法（相干解调）。两者不同的是，解调系统中需要加入抽样判决器，这对于改善接收信号的性能是十分重要的。2ASK解调方框图如图2.5。图2.5 2AS
13、K解调(2)二进制移频键控(2FSK)2FSK信号的产生可分为两种：一种是采用模拟调频电路来进行2FSK调制，一种是采用键控法。两种方法产生的2FSK信号的区别在是否具有连续变化的相位，前者产生的信号具有连续的相位，而后者产生的2FSK信号的相位不连续。将两个频率不相同的2ASK调制信号相互叠加再混合输出，可是视为一个2FSK调制信号，因而2FSK调制信号的解调方法和2ASK信号相同，也是相干解调与包络检波。2FSK信号的解调方法还有许多种，除此之外，还具有过零检测法、鉴频法及差分检测法几种重要的解调方法。包络检测法所使用的原理是使信号通过两个不同的窄带滤波器电路之后，电路过滤出不同的两个信号
14、，两个信号的频率各不相同，再对两个分信号进行抽样判决，利用我们所制定的判决规则解调出原始信号2。差分检测法是对不同的频率进行鉴定，具体说来就是通过对比调制信号及其延迟信号，发现它们间不一样的频率，筛选出不同地频率信息2。而鉴频法则是把振幅信息一模一样的频率调制波变换成为振幅信息各不相同的调幅调频波，它经过低通滤波器等振幅检波器之后，提取出不同的频率变化的信息2。(3)二进制移相键控(2PSK)调制载波具有两种不同相位信息，2PSK将这两种不同的相位信息设定成为0、1两个不同的逻辑值，称作为绝对相移方式3。信号的表达式可以表示为： (2.5)其中表示的是第n个波形符号的电平取值，可取值为+1或者-1。2PSK的实现框图如图2.6所示:图2.6 2PSK调制由式(2.3)和式(2.5)可以看出2PSK和2ASK表达形式一样，区别在于an的取值不同，因而可以用式(2.4)来表示2PSK信号的功率谱。2PSK调制信号与2ASK数字调制信号具有十分相似的频谱特性，已调信号的频带宽度值同样也等于原有调制信号的两倍。2PSK调制信号一般使用相干解调法对调制信号进行解调，图2.7描述的是2PSK相干解调器的原理方框图。图2.7 2PSK相干解调当原始信号取值为逻辑1时，2PSK信号经过乘法器之后，输出信号表达式为:. (2.6)它的取值范围为0,l。当原始信号值为逻辑0时，2PSK信号经
