正交幅度調制解調器的FPGA設計與仿真

摘要：正交幅度調制技術(shù)(QAM)是一種功率和帶寬相對高效的信道調制技術(shù)，因此在信道調制技術(shù)中得到了廣泛的應用。它的載波信號的FPGA實(shí)現一般采用查找表的方法，為了達到高精度要求，需要耗費大量的ROM資源。提出了一種基于流水線(xiàn)CORDIC算法的實(shí)現方案，可有效地節省FPGA的硬件資源，提高運算速度，并根據DSP開(kāi)發(fā)工具DSP Builder的優(yōu)點(diǎn)，采用VHDL文本與Simulink模型圖相結合的方法進(jìn)行了設計。仿真結果驗證了設計的正確性及可行性。
關(guān)鍵詞：正交幅度調制；調制解調器；CORDIC算法；FPGA；DSP Builder

0 引言
正交幅度調制是頻率利用率很高的一種調制技術(shù)。與其他調制技術(shù)相比，具有能充分利用帶寬、抗噪聲能力強等優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)通信、有線(xiàn)電視傳輸和ADSL中均有廣泛應用。它的載波信號的FPGA實(shí)現一般采用DDS(直接數字頻率合成)技術(shù)，即在兩塊ROM查找表中分別放置一對正交信號。通過(guò)這種方法雖然可以輸出一組完全正交的載波信號，但它主要用于精度要求不是很高的場(chǎng)合，如果精度要求高，查找表就很大，相應的存儲器容量也要很大，使系統的運行速度受到限制，不適合現代通信系統的發(fā)展。本文基于CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法，研究正交幅度調制解調器的FPGA實(shí)現方法。該方法不僅能夠節省大量的FPGA邏輯資源，而且能很好地兼顧速度、精度、簡(jiǎn)單及高效等各個(gè)方面。

1 正交幅度調制解調器工作原理
正交幅度調制解調器系統框圖如圖1所示。其中，a(t)和b(t)為兩路相互獨立的待傳送基帶信號，正交信號發(fā)生器輸出兩路互為正交的正弦載波信號，經(jīng)過(guò)兩個(gè)乘法器可以獲得互為正交的平衡調幅波，即不帶載頻的雙邊帶調幅波。假設乘法器的乘法系數為1，則經(jīng)過(guò)加法器產(chǎn)生的調制信號為：

對調制信號X(t)進(jìn)行解調，采用了正交同步解調方法。已調正交調幅信號X(t)分別與正交信號發(fā)生器產(chǎn)生的余弦信號和正弦信號相乘后產(chǎn)生兩路輸出信號：