全数字QAM解调器的设计与FPGA实现.pdf

正交幅度调制（QAM）是一种高效的调制方式，能够将信息映射到载波信号的幅度和相位上，从而实现较高的频谱利用率。在数字通信系统中，QAM广泛应用于各种领域，包括有线视频广播（DVB-C）、宽带接入和SDH等高速通信系统。 QAM解调器的设计与实现是信号与信息处理领域中的一个关键课题。在实际应用中，QAM信号的解调面临诸多挑战。例如，由于收发双方本振频率的差异，导致载波频率偏移，而传播延时则会造成载波相位的偏移。这些问题在接收机中表现为载波同步和符号同步问题，需要通过特定的同步环路来解决。此外，信道衰减、多径效应、白噪声干扰和回波叠加等非理想因素，会对QAM信号造成幅度、频率和相位失真，进而导致码间串扰（ISI）。 为了解决这些问题，全数字QAM解调器的设计通常包含自动增益控制（AGC）和均衡等环节，以提高信号的解调性能。在硬件层面，随着数字信号处理技术的发展，QAM解调器的设计趋向于在中频阶段实现数字化，这样可以利用高速FPGA芯片完成数字下变频和基带处理。FPGA的灵活性和并行处理能力为QAM解调器的硬件实现提供了良好的支持。 本文中所提出的QAM解调器的全数字实现结构，采用了一种FARROW结构的立方内插器。FARROW滤波器是一种内插滤波器，它可以通过分数倍率的内插来增加信号的采样率。内插控制器是内插器的关键单元，它负责为内插器提供控制变量，决定输入数据的瞬间和分组。符号定时误差的提取采用Gardner算法，这是一种常见的算法，用于从接收到的信号中检测定时误差。 此外，所提出的解调器采用了结合均衡的载波恢复混合结构，这种结构显著提高了载波恢复的性能。这种设计的QAM解调器可以应用于通信和侦察接收机中。其总体结构基于全数字接收机，采用固定速率采样，数字下变频和所有的基带处理都在FPGA芯片内部完成。中频采样信号首先通过AGC模块进行幅度调整，然后与正交的数字载波信号进行混频并低通滤波，得到零中频信号。数字下变频确保了IQ两路信号的幅度和相位的一致性。 通过这些技术的结合，全数字QAM解调器的设计与FPGA实现不仅提高了通信系统的性能，还推动了数字通信技术的进步。这些技术的应用对于提升通信系统的频谱利用率、数据传输速率以及通信质量都具有重要的意义。随着技术的不断演进，未来QAM解调器的设计将会更加复杂和高效，以满足通信领域日益增长的需求。