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连续相位 QAM 调制技术及其 FPGA 实现 1 引言 目前通信领域正处于急速发展阶段，由于新的需 求层出不穷，促使新的业 务不断产生，因而导致频率资源越来越紧张。在有限的带宽里要传输大量的多媒 体数据，提高频谱利用率成为当前至关重要的课题，否则将 很难容纳如此众多 的业务。正交幅度调制(QAM)由于具有很高的频谱利用率被DVB-C等标准选做主要 的调制技术。与多进制PSK(MPSK)调制不 同，OAM调制采取幅度与相位相结合的 方式，因而可以更充分地利用信号平面，从而在具有高频谱利用效率的同时可以 获得比MPSK更低的误码率。 但仔细分析可以发现QAM调制仍存在着频繁的相位跳变，相位跳变会产生较 大的谐波分量，因此如果能够在保证 QAM调制所需的相位区分度的前提下，尽量 减少 或消除这种相位跳变，就可以大大抑制谐波分量，从而进一步提高频谱利 用率，同时又不影响QAM的解调性能。文献中提出了针对QPSK调制的相位连续 化方 法，本文借鉴该方法，提出连续相位QAM调制技术，并针对QAM调制的特 点在电路设计时作了改进。 2 连续相位 QAM 调制原理 QAM调制原理如图 1所示。QAM调制的表达式一般可表示为 其中Am=dmA，Bm=emA，式中A是固定的振幅大小，(dm，em)由输入数据确定。 利用三角函数关系对(1)式进行变换可得 其中 Cm、θm分别表征QAM调制信号在一个码元区间[m一1T，mT)内调制信号的振 幅和相角大小。相应的，在相邻的下一个码元区间[mT，m+1T)内，QAM调制信 号可表示为 比较(2)、(4)式可以发现，普通的QAM调制过程中存在着△θ的相位跳变 量。这种相位跳变的存在会增大调制信号的谐波分量，从而使频带展宽。由于有 用 信息主要集中在频谱的主峰附近，谐波中几乎不含有有用信息，所以从提高 频谱利用率的角度，如果能够设法在保持每个码元主要区间内相位不变的前提 下，在信号 相邻码元的过渡区内逐点连续改变相位的值，直到下一个码元的主 要部分，就可以使信号相邻码元之间的过渡区内最大相位差的绝对值趋近于零， 从而既可以保证 QAM调制所必须的相位差别，又避免了相位改变时的剧烈跳变， 可以大大抑制谐波分量。 根据以上分析，连续相位QAM调制原理可用如下的公式表示 其中 称 为连续化函数，2τ称为过渡区宽度，而把一个码元的其它部分称为该码元 的主要部分。之所以选用这样的连续化函数，是因为考虑到sin函数取值在一l 和+1 之间，并且是相当平滑的，这样S(t)的取值范围是[0，1]，于是运用公式 (5)和(6)正好可以使相位在过渡区2τ内完成△θ的变化量，即从θm到 θm+1 的变化是在过渡区内逐渐完成的，这不同于一般QAM调制的相位跳变。在过渡区 结束后，即进入一个码元的主要部分时相位已经达到与输入数据相对应的 相位 值θm+1。这种变化既满足了QAM调制相位转移的要求，又实现了用相位连续变 化代替跳变的目的。 图2(a)、(b)分别给出采用普通QAM和连续相位QAM调制后的波形(以16QAM 为例，过渡区宽度选为1／4 个码元周期)。为了清楚起见，在上图中 截取两个 相邻码元的波形叠加放大后绘于图3中。图中虚线是经普通16QAM调制后相邻两 个码元的波形，从图3可以看出从当前码元到下一个码元存在着跃变， 而连续 相