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高速QAM解调器的算法及VLSI实现研究

田骏骅  
【摘要】:在数字化时代对巨大信息量传输的迫切需求下,各种现代调制解调技术都在追求可靠的高速数据传输。数字通信技术的发展使得各种通信应用呈现出相互融合的趋势,比如电话网、有线电视网与Internet的“三网合一”趋势。要在同一传输信道中实现诸多通信应用,需要节约有限的频谱资源,提高频谱利用率,实现高速数据传输,因而宽带数据通信是当前重要的研究热点之一。 正交幅度调制(QAM)技术频谱利用率高、抗噪性能强,从而广泛应用于高清数字电视广播、Cable Modem、VDSL及数字微波传输等宽带通信领域。对于数字有线电视广播的应用,采用QAM技术可以在一路8MHz/6MHz频道中传输一套高清数字电视或2—4套标清数字电视节目。 在QAM通信系统中,高性能解调器是保证高速数据传输的关键。数字通信技术、集成电路设计技术及半导体制造技术的发展使得在单芯片上实现高速QAM解调器成为可能。高速QAM解调器的实现不仅需要稳定的高性能解调算法,而且需要将解调算法映射到超大规模集成电路(VLSI)结构,并完成电路优化设计。研究高速QAM解调器的算法及VLSI实现不仅具有学术理论意义,而且是我国自主研发此类通信系统的重要关键。 本文主要研究高速QAM解调器的算法及其VLSI结构优化与实现。本文的解调算法采用全数字实现,保证了算法的稳定性,同时对算法进行改进提高了性能。在完成解调算法到VLSI结构的映射过程中,综合考虑了电路的面积、速度与功耗,优化了整体性能。 本文的主要工作包括: 1、系统分析全数字QAM解调器的体系结构。首先研究了QAM解调器中决定性能的四个关键环路,并分析这四个关键环路之间的相互影响。通过系统建模的方法分析得出盲解调过程的具体步骤及四个关键环路的具体参数要求。 2、分析了影响QAM解调算法性能的关键因素,在此基础上着重研究了载波频偏与信道失真的重要影响,提出一种结合均衡的载波恢复混合算法与结构。随后针对高阶QAM信号的特点,在改进的载波恢复环路中增加了一种对噪声不敏感的新的鉴频器。上述方法显著提高了载波恢复环路的性能,而电路面积的增加非常有限。 3、分析了传输信道对QAM解调器性能的影响,提出了一种改进的双模式自适应均衡算法,使均衡器可在各种信道情况下获得稳定的性能。


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