基于FPGA的EDSL系统QAM解调器的研究与实现

摘要

EDSL是以太网数字用户线(EthernetDigitalSubscriberLine)的简称，它的主要特点是利用现代调制解调技术在电话铜缆上直接进行IP包的传送。TDD-EDSL是我国具有自主知识产权的通信行业标准，它采用了比较先进的MQAM调制解调技术，本文根据此标准，基于FPGA技术，对EDSL传输系统接收端的信号解调部分进行了细致研究和部分实现。 EDSL系统接收端的全数字解调主要有定时恢复、载波恢复、自适应均衡三个关键环路以及匹配滤波器构成，针对EDSL系统的特点，本文对它们分别做了详细的探讨： 定时恢复采用了针对QAM信号解调改进的Gardner定时误差检测算法，分析了定时误差检测、环路滤波、数控振荡器和插值滤波器的理论和组成结构。其中，将插值滤波器与匹配滤波综合考虑，设计实现了一种新的应用分布式算法的多相结构匹配插值滤波器，仿真了模块功能。 载波恢复采用鉴频鉴相(PFD)算法，考虑了EDSL系统信道的特点，用此方法既能完成相位偏差的纠正也能完成频率偏差的纠正，讨论了此算法的原理，并对算法模型进行了仿真。 自适应均衡采用最小均方(LMS)算法，分析了QAM信号中应用的复数LMS算法原理和线性LMS自适应均衡器的结构，讨论了LMS算法及其变化的sgn-LMS算法的区别，并给出两种算法在QAM信号解调中的性能仿真，考虑FPGA实现，选择了sgn-LMS算法，并实现了一种用位操作代替乘法运算进行抽头系数更新的模块，仿真了可行性。 本文运用Matlab/Simulink做算法验证，用Altera公司算法级FPGA开发工具DSPBuilder进行实现并基于Simulink环境进行仿真。这种方法简化了FPGA开发的流程，便于分析、仿真、实现，是一种较新的应用FPGA实现信号处理的方法。 本文在结尾提出了一些算法改进及实现的设想，为下一步整个系统的实现提出了参考意见。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1课题的来源与背景

1.2国内外研究情况

1.3课题意义

1.4论文的工作安排

2 EDSL系统

2.1 EDSL系统

2.1.1基本特点

2.1.2系统工作原理

2.2 EDSL的调制方式

2.2.1现代调制解调技术

2.2.2 EDSL调制方式的选择

3 QAM调制解调理论

3.1 QAM概念

3.1.1星座图

3.1.2 QAM调制解调一般原理

3.2 QAM解调的方法

3.3全数字QAM解调器框图

4全数字QAM解调器各模块的研究与仿真

4.1 FPGA器件和DSP Builder软件

4.1.1 FPGA简述

4.1.2 Cyclone Ⅲ EP3C25芯片简介

4.1.3 DSP Builder软件简介

4.2定时恢复环路

4.2.1定时恢复算法分类

4.2.2插值法定时恢复原理

4.2.3插值滤波器设计

4.2.4定时误差检测算法

4.2.5数控振荡器和环路滤波器设计

4.3匹配滤波器

4.3.1匹配滤波的基本原理

4.3.2匹配滤波器的Matlab设计

4.3.3匹配滤波器的系数量化

4.3.4匹配滤波器与插值滤波器的联合多相实现

4.4载波恢复

4.4.1.载波恢复算法选择

4.4.2 PFD载波恢复算法

4.4.3 PFD载波恢复算法仿真

4.4.4 DDS设计

4.5自适应均衡

4.5.1自适应均衡算法选择

4.5.2 LMS算法的基本原理

4.5.3 QAM解调中的LMS算法

4.5.4 QAM信号LMS算法的仿真

4.6星座逆映射

4.6.1星座映射图

4.6.2星座逆映射的实现

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

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