1 引 言
多电平正交幅度调制，简称MQAM（Multilevel Quadrature Amplitude Modulation），它是一种将振幅与相位结合的高级调制技术，具备较高的频谱使用效率和不错的功率效率。当单独利用振幅或相位来传输信息时，信号平面未能得到最充分的利用，这一点可以从调制信号星座图中信号矢量端点的分布情况中直观地看出。在多进制振幅键控（MASK）调制过程中，矢量端点沿某一轴线排列；而在多进制相位键控（MPSK）调制中，矢量点则均匀分布在圆形轨迹上。随着进制数M的增加，这些矢量端点间的最小间距逐渐减小。MQAM技术通过结合振幅与相位进行联合键控调制，有效利用了信号平面的全部空间，实现了矢量端点的优化布局；在确保最小距离不降低的前提下开yun体育app官网网页登录入口，有效提升了信号的端点数量；同时，在端点数量相同的情况下，也增大了矢量端点间的最小距离。MQAM作为一种高效的调制技术，其应用范围广泛，涵盖了中、大容量的数字微波通信系统、有线电视网络的高数据传输以及卫星通信等多个领域。在本文中，我们首先阐述了MQAM调制解调的基本理论，随后以64QAM为例，详细描述了一种全数字化的调制系统结构设计方案，并提供了解调器在FPGA上的具体实现方法以及相关关键技术。
2 MQAM调制原理
正交振幅调制，即采用两个不相关的基带波形，对两个彼此正交的相同频率载波实施抑制载波的双边带调制，通过这种调制后的信号在同一带宽范围内频谱的正交特性，从而实现两条并行数字信息的传输。MQAM信号的一般公式可表示为：
式(1)由两个彼此垂直的载波组成，这些载波分别受到离散振幅集合{Am}和{Bm}的调制，因此这种调制技术被称为正交振幅调制。在公式中，T代表码元的持续时间，而m的取值范围为1，2，……，直至L，其中L是Am和Bm电平的数量。在MQAM系统中，Am和Bm的振幅可以表示为：
在公式中，振幅A是恒定的，而dm和em的值则由输入数据确定，它们共同决定了经过调制的MQAM信号在信号空间中的具体位置。在调制阶段，载波的振幅和相位均发生了改变，所以，调制后的信号矢量星座图中的每一个点都对应着一种特定的编码方式kaiyun全站网页版登录，并且也体现了正交信号矢量合成后的不同相位和电平。对于第i个信号，我们可以通过数学公式来对其进行描述。
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
图1展示了全数字型64QAM调制器的电路设计原理，其中除了D/A转换之外，其他各个功能模块均由FPGA完成。设计过程中，扰码、串并转换以及差分编码均依照原理图进行，而电平转换和星座图映射则通过查表法（LUT）来完成。本设计的挑战主要在于成形滤波器以及基于直接数字频率合成技术的正交调制器的构建，对此，以下将详细阐述成形滤波器和基于DDS的正交调制器的具体实现途径。
3.1 成形滤波器的设计
为了确保信号能在受限的信道中有效传输并提升频谱的使用效率，发送端通常会对信号进行带限处理，通过成形滤波器实现。然而，这一过程会不可避免地导致码间干扰的产生。为了有效降低这种干扰，依据最优接收理论，收发两端的基带滤波器应当进行共轭匹配。在滤波器的设计阶段，选用均方根升余弦滚降滤波器即可满足这一需求。
在电路设计实践中，我们广泛运用具有线性相位特征的FIR滤波器来构建具备均方根升余弦滚降特性的成形滤波器。此类N阶FIR滤波器的差分方程可以表示为：
线性相位的FIR滤波器的系数呈现偶对称或奇对称的特性，这一特性有助于减少乘法器的使用数量。在本系统中，我们选用了N为偶数且系数偶对称的线性相位FIR滤波器。这些滤波器的系数是一组固定的数值。依据均方根升余弦的冲击响应特性，我们可以通过Matlab软件直接生成FIR数字滤波器的系数hk，其中k的取值范围为0至N-1。所以滤波器的乘法都是固定系数的乘法。
本设计基于分布式算法（DA）的原理，通过FPGA中的查找表来替代乘法器，从而实现FIR滤波器，其核心思想可以概括为以下几点：
假设输入信号数据位为B位，则滤波器在n时刻的第k个输入为：
通过观察式(5)，我们可以发现，在FIR滤波器的设计中，乘加单元的运算扮演着算法的核心角色。若构建一个查找表（简称LUT），其中存储的数据是由所有固定系数（如h0，h1，……，hN-1）相加的结果（记为sumb，其中6属于该范围），那么，当使用由N位输入数据构成的N位地址来定位LUT时，若所有N位均为1，则LUT的输出结果即为这N位系数的总和；反之，若N位中包含0，则相应位置的系数将不被纳入总和计算。这种运算方式转变成了查找表格的过程。将一个整数与2b相乘，实际上等同于将这个数向左移动6位。
本系统采用的码元传输速率为25.92 Mbaud，滚降系数设定为0.5，抽头数量确定为N=16，抽头系数的精度设定为10位比特，输入数据的比特数为4位，输出数据的精度为9位比特。相关仿真结果可参见图2。
图2显示云开·全站体育app登录，基带信号在码元速率为25.92 Mbaud的情况下，经过成形滤波处理，其频谱得以控制在20 MHz的宽度以内。
