1.算法描述
64QAM（正交幅度调制），在使用同轴电缆的网络中，这种数字频率调制技术通常用于发送下行链路数据。64QAM在6mhz信道中，64QAM的传输速率非常高，最多可支持38.015mbps的峰值传输速率。然而，它对干扰信号很敏感，难以适应嘈杂的上行链路传输（从电缆用户到互联网）。参见QPSK、DQPSK、CDMA、S-CDMA、BPSK和VSB。
它具有调制效率高、对传输路径的信噪比要求高、带宽利用率高的特点，适合有线电视传输；QAM（DVB-C调制）在中国有线电视网络中得到广泛应用。QAM是一种联合幅度和相位调制技术。它利用载波的幅度和相位同时传输信息位。不同的幅度和相位表示不同的编码符号。因此，在相同的最小距离条件下，QAM星座可以容纳更多的星座点，以实现更高的频带利用率。
载波同步又称载波恢复（carrierrestoration），即在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的本地振荡（localoscillation），供给解调器作相干解调用。当接收信号中包含离散的载频分量时，在接收端需要从信号中分离出信号载波作为本地相干载波；这样分离出的本地相干载波频率必然与接收信号载波频率相同，但为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当的调整。若接收信号中没有离散载波分量，例如在2PSK信号中（“1” 和“0”以等概率出现时），则接收端需要用较复杂的方法从信号中提取载波。因此，在这些接收设备中需要有载波同步电路，以提供相干解调所需要的相干载波；相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。
本系统几个设计要点：
第一：环路滤波系数的分段更新，实现频率跟踪效果的稳定。当锁相环开始工作的时候，首先由一组较大的环路滤波系数实现频率的快速跟踪，然后由一组较小的环路系数，实现频率的稳定跟踪。
第二：环路平滑处理。
第三：同时进行鉴频和鉴相
上面两个是性能上的改进，然后针对FPGA的设计，我们采用如下的改进设计构架。
第一：基于流水线的设计流程，使得载波同步算法能够以流的形式进行反馈工作；
第二：基于Cordic算法的NCO产生对应的SIN和COS。
2.仿真效果预览
算法仿真:MATLAB 2022a
FPGA设计：quartusii13.0
FPGA仿真:ModelSim-Altera 6.6d
3.MATLAB核心程序
`timescale 1ns / 1ps
module tops(
i_clk,
i_rst,
o_signal,
o_I_map,
o_Q_map,
o_sin,
o_cos,
o_64QAM_real,
o_64QAM_imag,
o_cosfai,
o_sinfai,
o_I_PLL,
o_Q_PLL,
o_discriminator,
o_nco,
o_nco_smooth,
o_fre
);
input i_clk;
input i_rst;
output [5:0] o_signal;
output signed[3:0] o_I_map;
output signed[3:0] o_Q_map;
output signed[11:0]o_sin;
output signed[11:0]o_cos;
output signed[15:0]o_64QAM_real;
output signed[15:0]o_64QAM_imag;
output signed[15:0]o_cosfai;
output signed[15:0]o_sinfai;
output signed[15:0]o_I_PLL;
output signed[15:0]o_Q_PLL;
output signed[15:0]o_discriminator;
output signed[23:0]o_nco;
output signed[23:0]o_nco_smooth;
output signed[23:0]o_fre;
signal signal_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.o_signal (o_signal)
);
//64QAM mod
mod_64QAM_tops mod_64QAM_tops_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_signal (o_signal),
.o_I_map (o_I_map),
.o_Q_map (o_Q_map),
.o_sin (o_sin),
.o_cos (o_cos),
.o_QAM_real (o_64QAM_real),
.o_QAM_imag (o_64QAM_imag)
);
//64QAM demod
demod_64QAM_tops demod_64QAM_tops_u(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_Qam_real (o_64QAM_real),
.i_Qam_imag (o_64QAM_imag),
.o_cosfai (o_cosfai),
.o_sinfai (o_sinfai),
.o_I_PLL (o_I_PLL),
.o_Q_PLL (o_Q_PLL),
.o_discriminator (o_discriminator),
.o_nco (o_nco),
.o_nco_smooth (o_nco_smooth),
.o_fre (o_fre)
);
endmodule
01-124m
