连续相位QAM调制原理

由于解调过程没有改变，所以仍可采用普通的QAM解调器，无需另外专门设计解调器。

4 仿真结果
为了研究连续相位技术对QAM调制性能的影响，利用计算机进行了模拟仿真实验。图7是普通16QAM调制和连续相位16QAM调制的频谱对比图(过渡区宽 度选为1／4个码元周期)。图中横轴表示归一化频差(f一fc)Tb，纵轴表示功率谱密度。图7中虚线表示普通QAM调制的单边功率谱，实线表示连续相位 QAM调制的单边功率谱。对比图中各谐波分量，除主峰和第l谐波峰不变外，第2、3、4峰分别下降了1．27dB、8．19dB和15．7dB，从第5峰 开始均下降20dB以上；从整体上比较，两者的平均功率在2：1左右。由于有用信息主要存在于主峰及其附近区域，现在主峰和第1谐波峰与普通QAM调制时 一样，这就说明相位连续技术在压缩频带的同时，有用信息不会因此而丢失。

由于在过渡区依据连续函数S(t)进行变化，所以经过相位连续化处理后的信号相对于普通QAM调制信号在波形上存在一定程度的“失真”。为了确定这种改变 对QAM调制传送信息数据可靠性的影响，利用蒙特卡罗仿真方法产生了连续相位QAM调制在高斯噪声信道下的误码率曲线，如图8中点线所示。为了便于对比， 图8中还绘出了在同样条件下普通QAM调制的误码率仿真曲线(如图中带*线所示)。对比两条曲线可以看出，在低信噪比时，连续相位QAM的误码性能要略差 于普通QAM，但相差很小；在高信噪比时，两条曲线几乎重合。这是由于仅在过渡区对QAM调制进行连续化处理，码元的主要区间内相位没有受影响，而在解调 时，判决又选择码元的主要区间，所以采用连续相位技术后QAM调制的抗噪性能与普通QAM调制几乎一致。

5 连续相位QAM调制器的FPGA实现
连续相位QAM调制器的电路结构如图9所示。整体上由FPGA器件和D／A器件以及滤波器等组成。其中FPGA器件实现连续相位QAM调制所必须的串并转 换、相差选择，相位连续等功能；D／A器件主要把FPGA器件输出的数字信号转换成模拟信号，并通过滤波放大处理以便于发送出去。

图9中串并转换模块将输入的数据按奇偶位分开，变成两路并行的数据，以便于QAM进行相位选择。相差选择电路实际上是一个存储器，其中存放QAM调制可能 的相位跳变值，每一个经8位量化，以串并转换模块的输出值作为该存储器的地址码，来决定选相电路的输出。接下去的二选一选择器是为实现连续相位QAM调制 功能引入的，该选择器的控制端与双可预置值计数器的输出端相连，此计数器的特点是具有两个预置值，从预置值l递减到零的过程为两个相邻码元的相位连续变化 的阶段，此时计数器输出为0，则二选一选择器开通0通道，因此相位跳变值进入O通道，实现相位的连续化，即相位从θk-1开始，经过△θk(t)S(t) 的作用，由θk-1连续变化到θk-1+△θk(t)；当预置值l递减到零后，意味着过渡阶段结束，此时计数器内部由0变到预置值2，并由预置值2开始递 减(直至减到0再翻转回预置值1)，与此同时计数器的输出由0翻转为l，二选一选择器开通1通道，进入正常的QAM的相位值，产生码元的相位主要部分。所 以通过改变不同的预置值l、2，可以改变过渡区和主要部分所占比例，产生不同的相位连续化效果，也即过渡区宽度是可控的。
0通道实现相位的连续化功能，由存储器、乘法器、加法器和寄存器2等构成。存储器中存放的是连续函数S(t)抽样后的量化值，考虑到虽然FPGA器件的集 成度越来越高，内部容量越来越大，但片内资源毕竟有限，因而选取S(t)的64个均匀抽样点，经8位量化后存入该存储器，实验表明该量化精度足以满足使用 需要。8位乘法器完成相位跳变值△θk(t)与S(t)的乘积运算。寄存器2为两个通道共用的部件，其中存放的是上一次的相位值θk-1，与乘法器的输出 相加后即得到θk-1+△θk(t)S(t)。
1通道由两个寄存器和一个加法器构成，其中寄存器1存放选相电路输出的相位跳变值△θk(t)，与寄存器2中存放的相位值θk-1，相加即得到当前相位值 θk=θk-1+△θk(t)，此过程紧接在相位连续化完成后，并同时将和值转入寄存器2中，为下一次相位连续化做准备。转换存储器实际上由两个存储器组 成，分别存放θk所对应的正弦和余弦值，以θk的量化值作为地址码通过查找表的方式分别由两个支路Ik，Qk输出。这部分电路占用大量内部资源，要求选用 的FPGA具有足够的容量。sinwt，coswt存储器中分别存放着载波的正、余弦值，根据采样定理和实验分析，把一个正、余弦波周期采样32个点，经 过8位量化，恢复出来的波形足够光滑。两个支路Ik，Qk分别与载波的正、余弦值相乘后，再相加即实现了连续相位QAM调制，当然此时输出的还是数字信 号，再经过D／A转换和相应滤波处理后，就变成模拟信号。

6 部分实验结果
选用XILINX公司的FPGA器件Virtex XVV3006fg456作为目标芯片对16QAM调制进行了实验，该FPGA的规模为32万门，内部含1536个CLB(可配置逻辑单元)。FPGA内 部功能由VHDL语言进行描述，VHDL语言代码己通过XILINX ISE软件的仿真、综合和布局布线。根据综合结果报告，调制器占用1953个Slice(占63%)，使用了2262个Slice触发器(占36%)和 3536个4输入LUT表(占58%)。整个FPGA的速度可达到55．87MHz，满足一般高速数据的传输要求。
调制器实验利用伪随机码发生器产生信息数据，设置双可预置值计数器的两个预置值之比为1：3，这样过渡区宽度占每个码元宽度的l／4，选用TLC7528型8位D／A转换器进行数模转换，经由TL084放大器构成的低通滤波器后输出已调信号。
用TEKTRONIX2221A型数字存储式示波器观测实验结果，图10(b)是输出的连续相位16QAM调制信号波形，为了便于比较，图10(a)中给 出普通16QAM调制在相同条件下的输出波形，从图10中可以看出两种调制信号仅在相邻码元之间的过渡区有所不同，普通16QAM调制信号存在的尖锐跳变 在连续相位16QAM中则相对平缓得多，而在过渡区结束后，进入每一个码元的主要部分时两种调制的波形是一致的。

7 结束语
连续相位QAM调制技术可以在不影响QAM调制可靠性的同时，大幅压缩谐波分量，提高频谱利用率。这在频率资源日益宝贵的今天，具有特别重要的意义。
随着FPGA技术的发展，大规模FPGA的容量在不断增大，价格在不断下降，这使得集成复杂的算法成为可能。用它将实现连续相位QAM调制所需的大部分功 能封装于其中，将有利于通信系统实现小型化和集成化，并可提高系统的稳定性。另外，由于FPGA器件具有在线可编程性，可以很方便地进行系统升级和修改， 以满足不同应用场合的需要。