128QAM调制解调系统关键技术研究及FPGA实现

摘要

随着通信技术的发展，出现了许多无线通信标准，面对日益紧张的频谱资源，正交振幅调制(QAM)以其频谱利用率高的特点得到了广泛的应用。全数字接收机理论从上个世纪九十年代开始发展成熟，它将数字信号处理技术前移至模拟处理区，要求接收机采用固定的采样时钟，而定时同步、载波同步以及符号判决等都可以在数字信号处理器件内完成，全数字化接收机技术的发展加速了系统数字化和集成化。
　　传统数字微波通信系统一般都存在信道容量不足的缺点，本文在基站通信的应用背景下，设计和实现28MHz带宽下传输比特率达155Mbit/s的全数字128QAM调制解调系统。主要工作如下：
　　首先，根据设计要求给出了系统方案，其中，定时同步是基于Gardner算法的闭环结构，信道均衡选用恒模（CMA）算法，利用极性判决算法完成载频恢复。并且在MATLAB环境下验证了系统方案和算法的可行性。
　　然后，结合软件无线电平台，设计了一个基于 FPGA的硬件实现方案，利用Altera公司cyclone III系列FPGA EP3C120F780I7和TI公司DA转换芯片DAC5687完成调制算法，利用TI公司AD转换芯片ADS62P24和EP3C120F780I7 FPGA完成全数字解调算法。FPGA子系统采用多时钟系统设计，根据各个模块设计需求进行时钟分配。
　　最后，在功能定义和时钟约束的基础上，完成系统关键模块的FPGA设计，并且做了速度和资源两个方面的优化，功能仿真结果和时序分析报告表明，模块设计的逻辑功能完全正确，满足时序要求。完成了相应的上板调试，结果表明FPGA芯片实现了预期的信号处理功能。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 全数字QAM接收机研究动态

1.3 本文的主要内容

第二章 数字通信基本理论

2.1 QAM信号数学模型

2.2 带通采样定理

2.3 基带成型与匹配接收理论

2.4 定时同步理论基础

2.5 信道均衡技术基础

2.6 载波同步技术基础

2.7 差分编解码与星座映射

2.8 RS编解码理论

2.9 本章小结

第三章 QAM调制解调系统方案

3.1 系统性能及参数要求

3.2 系统方案选择

3.3 数字下变频

3.4 定时同步算法

3.5 盲均衡技术

3.6 载波同步技术

3.7 本章小结

第四章 基于FPGA的硬件实现方案

4.1软件无线电平台

4.2 FPGA子系统

4.3 本章小结

第五章 关键模块的FPGA设计

5.1 定点仿真

5.2 数字下变频FPGA设计

5.3 定时同步FPGA设计

5.4 信道均衡FPGA设计

5.5 RS帧同步FPGA设计

5.6 Cable信道下的调试结果

5.7 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻研期间取得的研究成果