基于simulink的16qam調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　摘　要</b></p><p>　　16進(jìn)制正交振幅調(diào)制技術(shù)(16QAM)是一種功率和帶寬相對高效的信道調(diào)制技術(shù)，這種方式具有很高的頻譜利用率，在調(diào)制進(jìn)制數(shù)較高時，信號矢量集的分布也較合理，同時實現(xiàn)起來也較方便。因此在大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。所以，16QAM應(yīng)用起來容易實現(xiàn)，并有抗噪聲性能強的優(yōu)點。&l

2、t;/p><p>　　本文首先研究了QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的工作原理。然后利用Simulink對16QAM調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過分析信號加噪前后的星座圖、眼圖，以及信噪比變化條件下系統(tǒng)的誤碼率，從而分析16QAM系統(tǒng)性能。最后，為了證明16QAM是一種相對優(yōu)越的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，使其與2DPSK的誤碼率做比較。</p><p>　　通過仿真實驗的實現(xiàn)，證明了該系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，能夠完成其系統(tǒng)的仿真，并

3、能通過眼圖、星座圖、誤碼率來驗證系統(tǒng)的性能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：　16QAM　仿真　2DPSK　誤碼率</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Hexadecimal orthogonal amplitude modulation technology (16 QAM) is a kind of po

4、wer and bandwidth relatively efficient channel modulation technology, this kind of means is of high frequency spectrum efficiency in the modulation system into several high, the distribution of the signal vector set more

5、 reasonable also realize rise more convenient also.It has been used widely in field of large-capacity digital microwave communication systems high-speed data transmission cable television network and s</p><p&g

6、t;　　This article briefly introduce how QAM modulation and demodulation system works. After a simulation of the 16QAM modulation system ,through the analysis of signal is added a noise of the constellation chart, before a

7、nd after eye chart ,and signal-to-noise ratio change conditions the system BER,so as to analyze 16QAM and system performance.Finally,in order to prove that the 16QAM is a relatively superior demodulation system,make its

8、and 2DPSK BER compare.</p><p>　　Through the simulation test the system to satisfy the design requirements can perform its system simulation and through the eye chart constellation chart BER to verify the per

9、formance of the system.</p><p>　　Keywords:　16QAM　Simulation　2DPSK　BER</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章　緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景1</p

10、><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容2</p><p>　　第2章 正交振幅調(diào)制3</p><p>　　2.1 正交振幅調(diào)制的概述3</p><p>　　2.2　MQAM信號的星座圖4</p><p>　　2.3 QAM的調(diào)制解調(diào)原理

11、6</p><p>　　第3章 基于Simulink的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)與仿真7</p><p>　　3.1 16QAM調(diào)制模塊的模型建立與仿真8</p><p>　　3.1.1 信號源8</p><p>　　3.1.2 串并轉(zhuǎn)換模塊8</p><p>　　3.1.3 2/4電平轉(zhuǎn)換模塊9&

12、lt;/p><p>　　3.1.4 調(diào)制系統(tǒng)的實現(xiàn)11</p><p>　　3.2 16QAM解調(diào)模塊的模型建立與仿真12</p><p>　　3.2.1 相干解調(diào)12</p><p>　　3.2.2 4/2電平判決12</p><p>　　3.2.3 并串轉(zhuǎn)換13</p><p&g

13、t;　　第4章 16QAM系統(tǒng)性能分析15</p><p>　　4.1 眼圖15</p><p>　　4.2 星座圖16</p><p>　　4.3 誤碼率18</p><p>　　4.4 16QAM與2DPSK系統(tǒng)性能比較19</p><p>　　第5章 16QAM的應(yīng)用22</p>

14、;<p>　　第6章 結(jié)論與總結(jié)23</p><p>　　6.1 本文總結(jié)23</p><p>　　6.2 不足與展望23</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b

15、>　　附錄27</b></p><p>　　附錄A　外文資料27</p><p><b>　　第1章　緒　論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　　當(dāng)今，通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，通信系統(tǒng)也日趨復(fù)雜，因此在各種通信系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)環(huán)節(jié)中, 軟件仿真已成為必不可少的部分。

16、Matlab語言的Simulink動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件包，是一個常用的電子設(shè)計自動化(EDA)軟件，它支持連續(xù)、離散兩種混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)。尤其是它所包含的各種通信仿真模塊已作為各種通信系統(tǒng)分析、設(shè)計、仿真和實驗的綜合平臺。本文利用Matlab軟件編寫了M文件對16QAM的調(diào)制和解調(diào)作了仿真，并且利用Simulink仿真軟件包，對16QAM調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真建模，對系統(tǒng)仿真中的一些模塊設(shè)置進(jìn)行了分析，

17、最終得到了較為理想的仿真波形圖。</p><p>　　在頻帶受限的信道中，總是希望既能提高頻帶利用率，又能在不增加信道傳輸帶寬的前提下降低差錯率。正交振幅調(diào)制技術(shù)(QAM)是一種功率和帶寬相對高效的信道調(diào)制技術(shù)，16QAM就是一種系統(tǒng)可靠性較高，頻帶利用率較高的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于微波通信，衛(wèi)星通信，移動通信系統(tǒng)中。正交幅度調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高頻

18、譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢，成為寬帶無線接入和無線視頻通信的重要技術(shù)方案[1]。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　最早將QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)提出來的是摩托羅拉公司，在摩托羅拉公司的數(shù)字集群系統(tǒng)IDEN中，在25KHZ帶寬的信道中實現(xiàn)了64kbit/s的16QAM的調(diào)制解調(diào)，但它依托于系統(tǒng)，未形成獨立的產(chǎn)品，而且出于商業(yè)利益考慮的原因，摩托羅拉公司并未公開其

19、技術(shù)細(xì)節(jié)[2]。</p><p>　　在國內(nèi)公司中將QAM調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于窄帶通信系統(tǒng)的實際案例少之又少。上海506研究所和天津通廣集團下屬的一個通信機部門現(xiàn)狀正在做這方面的研究，但至今都未形成產(chǎn)品，在實際的應(yīng)用中還有所欠缺。</p><p>　　QAM目前還被廣泛用于ADSL調(diào)制技術(shù)，在QAM調(diào)制中，發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號編碼器內(nèi)被分成速率各為原來1/2的兩路信號，分別與一對正交調(diào)制分量相乘

20、，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調(diào)出兩個相反碼流，均衡器補償由信道引起的失真，判決器識別復(fù)數(shù)信號并映射回二進(jìn)制信號[3]。</p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容</p><p>　　1、研究正交振幅調(diào)制的基本原理；</p><p>　　2、完成16QAM調(diào)制解調(diào)模塊的建立與仿真；</p><p>　　3、掌握Simulink模型

21、的建立，完成16QAM調(diào)制解調(diào)的各個模塊基于Simulink的仿真；</p><p>　　4、通過眼圖、星座圖、誤碼率，研究系統(tǒng)性能；</p><p><b>　　5、QAM的應(yīng)用。</b></p><p>　　第2章 正交振幅調(diào)制</p><p>　　數(shù)字調(diào)制具有3種基本方式：數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制、數(shù)字相位調(diào)制

22、，這3種數(shù)字調(diào)制方式都存在不足之處，如：頻譜利用率低、抗多徑抗衰弱能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴(yán)重等。為了改善這些不足，近幾十年來人們不斷提出一些新的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)，以適應(yīng)各種通信系統(tǒng)的要求。其主要研究內(nèi)容圍繞著減小信號帶寬以提高信號頻譜利用率；提高功率利用率以增強抗噪聲性能；適應(yīng)各種隨參信道以增強抗多徑抗衰落能力等。例如，在恒參信道中，正交振幅調(diào)制(QAM)方式具有高的頻譜利用率，因此正交振幅調(diào)制(QAM)在衛(wèi)星通信和有線電視網(wǎng)絡(luò)

23、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[4]。</p><p>　　2.1 正交振幅調(diào)制的概述</p><p>　　在現(xiàn)代通信中，提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點之一。近年來，隨著通信業(yè)務(wù)需求的迅速增長，尋找頻譜利用率高的數(shù)字調(diào)制方式已成為數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計、研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，

24、其在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在移動通信中，隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現(xiàn)，使得信道傳輸特性發(fā)生了很大變化。過去在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的正交振幅調(diào)制也引起人們的重視。QAM數(shù)字調(diào)制器作為DVB系統(tǒng)的前端設(shè)備，接收來自編碼器、復(fù)用器、DVB網(wǎng)關(guān)、視頻服務(wù)器等設(shè)備的TS流，進(jìn)行RS編碼、卷積編碼和QAM數(shù)字調(diào)制，輸出的射頻信號可以直接在有線電視網(wǎng)上傳送，同時也可根據(jù)需要選擇中頻輸出

25、[5]。它以其靈活的配置和優(yōu)越的性能指標(biāo)，廣泛的應(yīng)用于數(shù)字有線電視傳輸領(lǐng)域和數(shù)字MMDS系統(tǒng)。</p><p>　　所謂正交振幅調(diào)制是用兩個獨立的基帶波形對兩個互相正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制。在這種調(diào)制中，已調(diào)載波的振幅和相位都隨兩個獨立的基帶信號變化。采用多進(jìn)制正交振幅調(diào)制，可記為MQAM(M>2)。增大M可提高頻率利用率，也即提高傳輸有效性。</p><p>　　2.

26、2　MQAM信號的星座圖</p><p>　　MQAM信號表示式可寫成：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　其中， Ai和Bj是振幅，表示為：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　其中，i，j=1，2，…，L，

27、當(dāng)L=1時，是4QAM信號；當(dāng)L=2時，是16QAM信號；當(dāng)L=4時，是64QAM信號[7]。選擇正交的基本信號為：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　在信號空間中MQAM信號點：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　圖2-1是MQA

28、M的星座圖，這是一種矩形的MQAM星座圖。</p><p>　　圖2-1 MQAM信號星座圖</p><p>　　為了說明MQAM比MPSK具有更好的抗干擾能力，圖2-2表示出了16PSK和16QAM的星座圖，這兩個星座圖表示的信號最大功率相等，相鄰信號點的距離d1，d2分別為：</p><p>　　2DPSK (2

29、-5)</p><p>　　16QAM (2-6)</p><p>　　結(jié)果表明，d2>d1，大約超過1.64dB。合理地比較兩星座圖的最小空間距離應(yīng)該是以平均功率相等為條件?？梢宰C明，在平均功率相等條件下，16QAM的相鄰信號距離超過16PSK約4.19dB。星座圖中，兩個信號點距離越大，在噪聲干擾使信號圖模糊的情況下，要求分開兩個可能信號點越容易

30、辦到。因此16QAM方式抗噪聲干擾能力優(yōu)于16PSK。</p><p>　　圖2-2 16QAM和16PSK的星座圖</p><p>　　MQAM的星座圖除正方形外，還有圓形、三角形、矩形、六角形等。星座圖的形式不同，信號點在空間距離也不同，誤碼性能也不同。MQAM和MPSK在相同信號點數(shù)時，功率譜相同，帶寬均為基帶信號帶寬的2倍。</p><p>　　2.3

31、QAM的調(diào)制解調(diào)原理</p><p>　　MQAM的調(diào)制解調(diào)框圖如圖2-3所示。在發(fā)送端調(diào)制器中串/并變換使得信息速率為Rb的輸入二進(jìn)制信號分成兩個速率為Rb/2的二進(jìn)制信號，2/L電平轉(zhuǎn)換將每個速率為Rb/2的二進(jìn)制信號變?yōu)樗俾蕿镽b/(2lbL)的電平信號，然后分別與兩個正交載波相乘，再相加后即得MQAM信號。在接收端解調(diào)器中可以采用正交的相干解調(diào)方法。接受到的信號分兩路進(jìn)入兩個正交的載波的相干解調(diào)器，再分別

32、進(jìn)入判決器形成L進(jìn)制信號并輸出二進(jìn)制信號，最后經(jīng)并/串變換后得到基帶信號。</p><p>　　圖2-3 QAM調(diào)制解調(diào)原理</p><p>　　第3章 基于Simulink的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)與仿真</p><p>　　前面兩章簡單介紹了16QAM的調(diào)制解調(diào)工作原理，下面將用Matlab數(shù)學(xué)軟件中的Simulink模塊實現(xiàn)16QAM調(diào)制、解調(diào)通信系統(tǒng)，

33、并進(jìn)行仿真。圖3-1為本次仿真的系統(tǒng)總體框圖：</p><p>　　圖3-1 仿真系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　通過對16QAM調(diào)制原理框圖的分析，16QAM一個碼元所攜帶的信息為log2M即4bit，是一般基帶數(shù)字調(diào)制(QPSK)碼元攜帶信息量的2倍。而且16QAM調(diào)制是由兩路相互獨立的信號進(jìn)行調(diào)制，一個16QAM碼元寬度是基礎(chǔ)信號的2倍。以下我將對系統(tǒng)仿真框圖中的各模塊進(jìn)行簡單的

34、介紹。</p><p>　　3.1 16QAM調(diào)制模塊的模型建立與仿真</p><p>　　3.1.1 信號源 </p><p>　　本次仿真在信號源部分采用了偽隨機序列發(fā)生器，由于系統(tǒng)要求基帶信號碼元速率19.2kbps，則本序列發(fā)生器的基本參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　Generator polynomial:[1 0 0 0

35、0 1 1]</p><p>　　Initial states:[0 0 0 0 0 1]</p><p>　　Output mask vector:0</p><p>　　Sample time:1/19200</p><p>　　Output data type:double</p><p>　　3.1.2 串并

36、轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　由于系統(tǒng)仿真總框圖涉及模塊較多，為不失美觀同時又能顯的淺顯易懂特將串并轉(zhuǎn)化作成一個單獨子系統(tǒng)而嵌入總系統(tǒng)中。該子系統(tǒng)內(nèi)部框圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 串并轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　由圖3-2可知，本子系統(tǒng)有一個輸入端口和兩個輸出端口。系統(tǒng)首先將輸入的偽隨機序列分成兩路并將其中的一路直接按整數(shù)因子2抽取，然后進(jìn)

37、行一個單位的延時，這樣便得到了原隨機序列的奇數(shù)碼元；對于另外一路則先進(jìn)行延遲然后下采樣便可得到原序列的偶數(shù)碼元，至此串并轉(zhuǎn)換也是結(jié)束了。</p><p>　　假設(shè)輸入In1: 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1</p><p>　　則有,Out1: 0 1 0 0 1 0 0 1 0

38、1 1 0 </p><p>　　Out2: 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 </p><p>　　實際運行中各路信號圖形如圖3-3所示，圖3-3中從上往下依次是串行輸入、并行輸出1和并行輸出2的波形。由圖可以得出經(jīng)串并轉(zhuǎn)換之后，并行輸出的每一路碼元傳輸速率降為了原來的一半，這也正是實際應(yīng)用中所要求的。和假設(shè)不同

39、的是每一路輸出信號前邊都多了一個0碼元單位，這是由于延遲模塊所造成的。當(dāng)然它們在這里同時被延遲了一個單元，但對后面各種性能的研究是不會造成影響的。</p><p>　　圖3-3　串并轉(zhuǎn)換各路信號圖</p><p>　　3.1.3 2/4電平轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　對于2/4電平的轉(zhuǎn)換，其實是將輸入信號的4種狀態(tài)(00，01，10,11)經(jīng)過編碼以后變?yōu)橄鄳?yīng)的

40、4電平信號。這里我們選擇的映射關(guān)系如表3-1所示。</p><p>　　表3-1　2/4電平映射關(guān)系表</p><p>　　根據(jù)以上映射關(guān)系，可以很容易的找出它們之間的一個數(shù)學(xué)關(guān)系。這里輸入信號為兩路二進(jìn)制信號，假設(shè)它們是ab，則在a=1時讓它輸出一個幅度為2的信號，當(dāng)a=0時輸出幅度為-2的信號。同理當(dāng)b=1是讓它輸出一個幅度為1的信號，當(dāng)b=0時輸出幅度為-1的信號。如此一來便可以得到

41、下面的結(jié)果：</p><p>　　當(dāng)ab=00時 輸出：y=-2 + -1=-3 (3-1)</p><p>　　ab=01時 y=-2 + 1=-1 (3-2)</p><p>　　ab=10時 y=2 + -

42、1 =1 (3-3)</p><p>　　ab=11時 y=2 + 1 =3 (3-4)</p><p>　　由式3-1、3-2、3-3、3-4可以得出：在設(shè)計2/4電平轉(zhuǎn)換模塊的時候，需要先將輸入信號再次進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，每路信號做一個簡單的判決，再用一個相加模塊便可實現(xiàn)2/4電平的轉(zhuǎn)換功

43、能。具體模塊如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 2/4電平轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　以上模塊中各點的信號圖如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 2/4電平轉(zhuǎn)換模塊各點波形</p><p>　　圖3-5中第一行為輸入信號，第二三行分別為經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后的兩行信號，最后為輸出4電平信號。觀察各行波形可以得出：</p

44、><p>　　輸入：0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 </p><p>　　并行1： 0 0 0 1 0 0 1 1 1</p><p>　　并行2： 0 1 0 0 1 1 0

45、1 0 </p><p>　　輸出：　 -3 -1 -3 1 -1 -1 1 3 1 </p><p>　　比較各行波形可以發(fā)現(xiàn)這個模塊已經(jīng)很好的實現(xiàn)了2/4電平的轉(zhuǎn)換，這里4電平信號的碼元傳輸速率已降為Rb/4。</p><p>　　3.1.4 調(diào)制系統(tǒng)的實現(xiàn)</p><p&g

46、t;　　將以上各模塊、子系統(tǒng)按原理圖進(jìn)行連接，并對各模塊參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定，便可實現(xiàn)其調(diào)制功能。進(jìn)行仿真得到的調(diào)制輸出波形如圖3-6所示： </p><p>　　圖3-6 16QAM調(diào)制波形</p><p>　　圖3-6中一三行為并行輸出的兩路四電平信號，二四行為一三行分別與正交載波相乘后所得的兩路信號。第五行為它們的和信號，也即為最終調(diào)制信號，至此16QAM信號的調(diào)制也就結(jié)束了。<

47、;/p><p>　　3.2 16QAM解調(diào)模塊的模型建立與仿真</p><p>　　3.2.1 相干解調(diào)</p><p>　　系統(tǒng)先前所得的16QAM調(diào)制信號通過高斯白噪聲信道以后便可以解調(diào)了。本文所采用的解調(diào)器原理為相干解調(diào)法，即已調(diào)信號與載波相乘，送入到低通濾波器，其對應(yīng)原理圖中信號輸入并與載波相乘后通過LPF的部分，輸出送入到判決器判決，在這里，低通濾波器的設(shè)

48、計很重要，在Simulink中提供了一些濾波器，我們可以加以利用，但它的參數(shù)設(shè)定對后續(xù)判決產(chǎn)生誤差有很大關(guān)系，所以要對該濾波器的參數(shù)設(shè)定要慎重。在本文涉及的仿真中濾波器均選擇貝塞爾低通濾波器。這里對LPF的參數(shù)設(shè)定如下，而輸出波形如圖3-7所示：</p><p>　　Desige method : Bessel</p><p>　　Filter type : Lowpass</p

49、><p>　　Filter order: 8</p><p>　　Pass edge frequency (rad/s) : 15360*2*pi</p><p>　　圖3-7 輸出波形</p><p>　　圖3-7中，一三行為調(diào)制波與載波相乘的結(jié)果，二四行分別為它們經(jīng)過低通濾波器后所得的波形。</p><p>　

50、　3.2.2 4/2電平判決</p><p>　　由于前面采用的是模擬低通濾波器，所以在4/2電平判決之前得到的是一個模擬的4電平信號。之后要想得到2電平的數(shù)字信號，需經(jīng)一系列的抽樣、量化和編碼。這里我們再次使用了子系統(tǒng)這一概念，如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 4/2電平轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　圖3-9 4/2電平轉(zhuǎn)換中各點波形</

51、p><p>　　3.2.3 并串轉(zhuǎn)換</p><p>　　本系統(tǒng)中的并串轉(zhuǎn)換模塊由一個脈沖序列發(fā)生器和一個選擇器構(gòu)成。其中的脈沖序列發(fā)生器用來產(chǎn)生占空比為0.5的全一序列，而選擇器用來決定在哪一個時候輸出哪一路信號。它的參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　Switch：Criteria for passing first input: u2>=Threshol

52、d</p><p>　　Threshold： 0.5 </p><p>　　所以，當(dāng)輸入脈沖序列為1時，選擇器輸出第一路信號；當(dāng)輸入脈沖序列為0時，選擇器輸出第二路信號。這樣本次仿真經(jīng)并串轉(zhuǎn)換以后便最終實現(xiàn)了16QAM信號的解調(diào)，其波形如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 解調(diào)波形</p><p>　　圖3-10中，一

53、三兩行為4/2判決器的輸出，第二行為解調(diào)出的16QAM最終信號。</p><p>　　第4章 16QAM系統(tǒng)性能分析 </p><p><b>　　4.1 眼圖</b></p><p>　　評價基帶傳輸性能的一個簡單的方法就是眼圖。</p><p>　　眼圖就是利用實驗手段方便的估計和改善(通過調(diào)整)系統(tǒng)性能時在示波

54、器上觀察到的一種圖形[8]。由于存在碼間串?dāng)_和噪聲，此時波形已失真，示波器的掃描跡線就不能完全重合，于是形成的眼圖線跡雜亂，并且線跡比較模糊。由眼圖可以定性的反映碼間串?dāng)_和噪聲大小，眼圖是由各段碼元疊加而形成的，眼圖中央的垂直線表示最佳抽樣時刻，位于兩峰值中間的水平線是判決門限電平。在無碼間串?dāng)_和噪聲的理想情況下，波形無失真，“眼”張開的大，反之如果碼間串?dāng)_嚴(yán)重，“眼”張開的小了；而且當(dāng)存在噪聲時，眼圖的線跡變得比較模糊的帶狀的線，噪聲

55、越大，線條越粗，越模糊，此時“眼睛”張開的越小。因此，“眼”張開的大小表示失真的程度，可以用來指示接受濾波器的調(diào)整，以減少碼間串?dāng)_，改善系統(tǒng)性能[9]。16QAM調(diào)制解調(diào)的眼圖如圖4-1、4-2所示：</p><p>　　圖4-1 16QAM信號的發(fā)送端眼圖</p><p>　　圖4-2 16QAM信號的接收端眼圖</p><p>　　由圖4-1、4-2比較可知

56、，加噪后的眼圖線跡變得模糊且線條變粗，但并不是很明顯。說明16QAM的系統(tǒng)性能比較優(yōu)越。</p><p><b>　　4.2 星座圖</b></p><p>　　16QAM信號空間的星座圖采用的是格雷映射(即具有最小歐幾里得距離的星座點僅差1個比特)完成的。采用格雷映射會使得出錯事件僅產(chǎn)生1個比特的差錯，使平均比特差錯概率最小[10]。</p><

57、;p>　　空間星座點的最小歐幾里得距離的計算公式如下：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　在(4-1)式中，D為已調(diào)信號的最大幅度，L為星座上信號點在水平方向和垂直方向上投影的電平數(shù)，對于16QAM來說，L=4。</p><p>　　星座間的距離越大,信號的抗干擾能力就越強，接收端判決再生時就越不容易出現(xiàn)

58、誤碼，星座間的最小距離可以表示調(diào)制的歐幾里得距離，歐幾里得距離表示為信號平均功率的函數(shù)。16QAM加噪前后星座圖如圖4-3、4-4所示：</p><p>　　圖4-3 16QAM信號空間星座圖</p><p>　　圖4-4 16QAM信號加噪后的星座圖</p><p>　　由圖4-3、4-4比較可知，加噪后的星座圖與噪前矢量點分布比較集中。說明16QAM系統(tǒng)性能

59、較優(yōu)越。</p><p><b>　　4.3 誤碼率</b></p><p>　　對于QAM，可以看成是由兩個相互正交且獨立的多電平ASK信號疊加而成。因此，利用多電平誤碼率的分析方法，可得到M進(jìn)制QAM的誤碼率為：</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　式中，，Eb

60、為每碼元能量，no為噪聲單邊功率譜密度。</p><p>　　方形QAM的誤碼率曲線如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 M進(jìn)制QAM的誤碼率曲線</p><p>　　對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，在仿真之前，我們要確定一些仿真參數(shù)，由圖4-5所示的16QAM誤碼率曲線可以看出，當(dāng)大信噪比(>16dB)時誤碼率為10-6級，對于個人計算機要計算到如此精度耗時過長

61、，所以，在仿真過程中將只把精度計算到10-5級。由于實際仿真中很多地方都會有延時，所以得到的16QAM解調(diào)信號需經(jīng)一定的延時后才可以與原隨機序列進(jìn)行比較。這里的這一延時是通過錯誤率統(tǒng)計模塊實現(xiàn)的，仿真圖3-1 中Error Rate Calculation的參數(shù)設(shè)置如下：</p><p>　　Receive delay: 8</p><p>　　Computation delay: 0&l

62、t;/p><p>　　Computation mode: Entire frame</p><p>　　當(dāng)信噪比超過50dB時，系統(tǒng)誤碼率早已為0，可見這一延時是沒有問題的。通過調(diào)整高斯白噪聲信道的信噪比SNR(Eb/No)，可以得到誤碼率如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6 16QAM誤碼率圖</p><p>　　通過和圖4-5相比較

63、，可以確定這里得到的結(jié)果基本上是可信的，也就是說本次仿真是成功的。</p><p>　　4.4 16QAM與2DPSK系統(tǒng)性能比較</p><p>　　本節(jié)設(shè)計一個2DPSK調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型，以觀察其與16QAM信號的抗噪聲性能，并對它們的誤碼率進(jìn)行比較。在取相同的碼元速率和載波速率的情況下，設(shè)計出2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)如圖4-7所示。</p><p>　

64、　圖4-7 DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖4-7采用的是差分相干解調(diào)的方法，所以并不需要做載波恢復(fù)。解調(diào)部分的濾波器同樣采用了貝塞爾函數(shù)低通濾波器，且判決模塊簡單如圖4-8所示。這樣在高斯白噪聲信道處調(diào)整信噪比，得到誤碼率圖如圖4-9所示。 </p><p>　　圖4-8 2DPSK判決模塊</p><p>　　圖4-9 16QAM

65、與2DPSK誤碼率曲線圖</p><p>　　從仿真過程看，在相同信噪比的條件下，16QAM的加性白噪聲的功率遠(yuǎn)大于2DPSK的加性白噪聲的功率，故16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)一般工作在大信噪比的環(huán)境下，其誤碼率將很小，也就是說，兩個系統(tǒng)在同等噪聲條件下，16QAM的抗噪聲性能是相當(dāng)優(yōu)越的。 </p><p>　　第5章 16QAM的應(yīng)用</p><p>　　QAM調(diào)制

66、主要用在有線數(shù)字視頻廣播和寬帶接入等通信系統(tǒng)方面。QAM調(diào)制方式的多媒體高速寬帶數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)采用DVB-C有線數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)，代表著數(shù)字化發(fā)展方向，有16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM之分，數(shù)字越大，頻帶利用率越高，但同時抗干擾能力也隨之降低。采用64QAM調(diào)制方式，可在傳統(tǒng)的8 MHz模擬頻道帶寬上傳輸約40 Mbps數(shù)據(jù)流，可在一個標(biāo)準(zhǔn)PAL通道上傳輸4~8套數(shù)字電視節(jié)目，它的末端用戶可以是計算機，也可

67、以是帶數(shù)字機頂盒的電視機。QAM在安全授權(quán)方面比QPSK調(diào)制方式更可靠，完全能滿足海量信息傳輸?shù)男枰?，其傳輸速率更高，通道還可優(yōu)化。</p><p>　　正交振幅調(diào)制技術(shù)(QAM)是一種功率和帶寬相對高效的信道調(diào)制技術(shù)，16QAM就是一種系統(tǒng)可靠性較高，頻帶利用率較高的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于微波通信，衛(wèi)星通信，移動通信系統(tǒng)中[11]。正交幅度調(diào)制QAM (Quadrature Amplitude Modula

68、tion)以其高頻譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢，成為寬帶無線接入和無線視頻通信的重要技術(shù)方案。</p><p>　　16QAM目前還被廣泛用于ADSL調(diào)制技術(shù)，在16QAM調(diào)制中，發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號編碼器內(nèi)被分成速率各為原來1/2的兩路信號，分別與一對正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調(diào)出兩個相反碼流，均衡器補償由信道引起的失真，判決器識別復(fù)數(shù)信號并映射回二進(jìn)制信號。采用16QAM調(diào)制技術(shù)

69、，信道帶寬至少要等于碼元速率，為了定時恢復(fù)，還需要另外的帶寬，一般要增加15%左右。與其他調(diào)制技術(shù)相比，16QAM調(diào)制技術(shù)具有充分利用帶寬、抗噪聲強等特點。</p><p>　　第6章 結(jié)論與總結(jié)</p><p><b>　　6.1 本文總結(jié)</b></p><p>　　本文研究的重點是對基于MATLAB/SIMULINK的16QAM 調(diào)制

70、解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與仿真，并與2DPSK系統(tǒng)進(jìn)行了比較，得到以下的結(jié)論</p><p>　　1.對16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理進(jìn)行了較為深入地理解與分析，并且根據(jù)其原理構(gòu)建了Simulink的仿真模型。</p><p>　　2.較為熟悉地掌握了Matlab/Simulink軟件在通信系統(tǒng)設(shè)計與仿真的基本步驟與方法。</p><p>　　3.利用Matlab/Simu

71、link 實現(xiàn)了16QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)與仿真，并得到相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)波形，發(fā)現(xiàn)解調(diào)信號波形與輸入信號波形存在一定時延，所以該系統(tǒng)的實時性有不足，但并不影響對誤碼率的檢測，以及系統(tǒng)能夠的抗噪聲性能。</p><p>　　4.對16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能進(jìn)行分析，通過仿真得到了16QAM系統(tǒng)的誤碼率曲線，曲線趨勢與理論曲線基本一致。</p><p>　　5.將16QAM調(diào)制

72、解調(diào)系統(tǒng)與2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能進(jìn)行對比，獲得了他們兩者的誤碼率曲線，進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)16QAM的抗噪聲性能不如2DPSK，這是與理論相符的，也即，當(dāng)信噪比一定的情況下，M越大，誤碼率Pe也越大。</p><p>　　從仿真過程看，在相同信噪比的條件下，16QAM的加性白噪聲的功率遠(yuǎn)大于2DPSK的加性白噪聲的功率，故16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)一般工作在大信噪比的環(huán)境下，其誤碼率將很小，也就是說，兩個系統(tǒng)在同等噪聲

73、條件下，16QAM的抗噪聲性能是相當(dāng)優(yōu)越的。</p><p>　　6.2 不足與展望</p><p>　　在本文所涉及的設(shè)計仿真工作存在一些不完善的地方，需要進(jìn)行改進(jìn)，完善，主要包括以下幾個方面：</p><p>　　Matlab/Simulink軟件雖然功能齊全，但不適用于對復(fù)雜通信系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，主要體現(xiàn)在仿真速度緩慢，對于一些通信專用模塊并沒有提供，使得設(shè)

74、計模型的方式不夠靈活。</p><p>　　在系統(tǒng)設(shè)計中存在解調(diào)輸出波形與輸入信號波形有較長時延，這對于通信的實時性是不利的。需要進(jìn)行改進(jìn)模型，減小時延。</p><p>　　由于時間的原因，本次仿真并沒有做載波恢復(fù)，希望自己在以后的學(xué)習(xí)實踐中可以彌補這一遺憾。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p&g

75、t;　　[1] 李建東，郭梯云．鄔國揚．移動通信 (第四版)．西安電子科技大學(xué)出版社．</p><p>　　[2] 西蒙赫金．通信系統(tǒng)(第4版)[M]．電子工業(yè)出版社．2003．</p><p>　　[3] 鄔國揚．蜂窩通信[M]．西安電子科技大學(xué)．2002． </p><p>　　[4] 戴嵐，羅武忠，王鈺．短波16QAM信號數(shù)字解調(diào)算法的仿真．計算機仿真． 20

76、06，23卷(期)：74-77．</p><p>　　[5] 藏嵐，羅武忠，王鈺．短波16QAM信號數(shù)字解調(diào)算法的仿真[期刊論文]-計算機仿真 2006(03) </p><p>　　[6] 李賀等．《Simulink通信仿真教程》 國防工業(yè)出版社．2006年．</p><p>　　[7] 李妍等．《MATLAB 通信仿真開發(fā)手冊》．國防工業(yè)出版社．2005年．&l

77、t;/p><p>　　[8] 李建新等．《現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真——MATLAB通信工具箱》．西安電子科技大學(xué)出版社．2000年．</p><p>　　[9] 賈秋玲等．《MTLAB7．X/Simulink/Stateflow系統(tǒng)仿真、分析與設(shè)計》．西北工業(yè)大學(xué)出版社．2006年．</p><p>　　[10] 樓天順等．《MATLAB 5.X程序設(shè)計語言》．西安電子科

78、技大學(xué)出版社．2000年．</p><p>　　[11] 唐朝亮.現(xiàn)代通信原理[M].北京：電子工業(yè)出版社,2010.</p><p>　　[12] 沈保鎖,侯春萍.現(xiàn)代通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社,2010.</p><p>　　[13] 張會生.通信原理[M].北京：高等教育出版社,2011.</p><p>　　[14] H.M

79、eyr,G.Ascheid.Synchronization in Digital Communication.NY:John Wi|ry&Sons.1990</p><p>　　[15] L—N.Lee,A.Shenoy,M.K.Eng.Digital signal processor based programmable</p><p>　　BPSK／QPSK／offset QP

80、SK modems.Comsat Technical Review.1989.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計，我得到了大量的鍛煉并受益匪淺，不但提高了自身對理論基礎(chǔ)知識的掌握，同時還鍛煉了自己的動手實踐能力。我想，這些不論是對我讀研階段的學(xué)習(xí)甚至是以后參加工作都是有很大幫助。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我更牢固地掌握了有關(guān)M

81、QAM調(diào)制與解調(diào)的理論知識，并簡單了解了系統(tǒng)仿真建模的基本步驟，同時還加深了我對Matlab/Simulink軟件的理解與應(yīng)用。</p><p>　　在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，我深刻地體會到，對理論知識的掌握并不以意味著自己就能將理論知識轉(zhuǎn)化為實際的系統(tǒng)。但是，理論知識的認(rèn)識深刻與否，對實踐活動有著重要的作用，只有對理論基礎(chǔ)知識有深入地了解，才能通過理論來指導(dǎo)實踐，如果沒有掌握理論知識，是不可能獲得實踐上的成功。同時

82、，通過此次畢業(yè)設(shè)計，充分調(diào)動了自身對知識的運用。我在設(shè)計過程中遇到過許多困難，但通過查閱相關(guān)資料以及前人的結(jié)果，從而解決了許多問題，同時也提高了自己分析問題解決問題的能力。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束的時候，我最想感謝的是我的導(dǎo)師，從論文選題到理論知識把握，從系統(tǒng)模型建立到仿真結(jié)果分析，從論文的構(gòu)架到格式規(guī)范，他都一一給與了指導(dǎo)與幫助，并對模型的改進(jìn)及優(yōu)化提出了寶貴的意見。他是一個非常優(yōu)秀的教師，我很

83、感激他對我的嚴(yán)格要求與認(rèn)真態(tài)度以及能力上的肯定與信任。</p><p>　　最后，還要感謝我的室友對我的幫助，在她們的幫助與關(guān)心下，我順利地完成了論文格式的改動，并得以最終定稿。</p><p>　　再次感謝所有關(guān)心、幫助我的老師、同學(xué)和朋友們！</p><p><b>　　附 錄 </b></p><p>　　附錄A

84、　外文資料 </p><p>　　The Implementation of 16QAM Modulation and Demodulation and Performance Comparison </p><p>　　Abstract:The paper deals with the principle of 16QAM modulation and demodulation of

85、high data rate-to-bandwidth ratio and the BER in the transmission of 16QAM modulation、BPSK modulation and QPSK modulation was compared with simulation by MATLAB. The experiment proves that 16QAM modulation and demodulati

86、on is not only easy to achieve but also better to perform. </p><p>　　Keywords:16QAM; modulation; demodulation; BER </p><p>　　1. Introduction </p><p>　　When the data rate-to-bandwidt

87、h ratio is greater than 2bit / s,we can consider this modulation is the standard for high-frequency modulation. In the same band, M> 2 the M-ARY modulation with a greater rate of information transmission than M = 2 bi

88、nary modulation. However, the M-ARY modulation are able to raise the data rate-to-bandwidth ratio, they usually at the cost of reducing its power utilization. Because of with the value of M increasing in the signal vecto

89、r diagram the minimum distance be</p><p>　　In the 1960s C.R.Chen put forward a joint amplitude and phase modulation (APM) [also known as amplitude phase shift keying (APK)] and attracted people’s attention.

90、This is because this kind of modulation compare with conventional M-ary modulation it not only has a high data rate-to-bandwidth ratio but also has good power utilization which had developed rapidly. The so-called a join

91、t phase and amplitude modulation is the amplitude and phase of carrier was changed with the two independent base-ban</p><p>　　2.The principle of 16QAM modulation and demodulation </p><p>　　In th

92、e orthogonal modulation circuit, the slip of the two orthogonal carrier was bilateral suppression carrier amplitude modulated by the amplitude discrete baseband signals, QAM signals can be received. M-QAM signal can be e

93、xpressed as: S(t) = Σxkg(t - kTs) cos wct .-∑ ykg(t -kTs)sin wct .It is the sum of 2 branchs modulated orthogonal carrier signal. In the circuit, the orthogonal carrier sin wct can be obtained by carrier coswct phase-shi

94、fted π / 2.g (t) stands for the system impulse response</p><p>　　Ideally, the carrier states of 16QAM can modulate 4b signal. 16QAM provides 16 states,every 4b signal can express one state,each 16QAM symbols

95、 cycle transmits 4b signal. According to the constellation map and the receiving carrier signal amplitude and phase, demodulator can determine the information of the sending side. 16QAM adopt the orthogonal with the proj

96、ection on I coordinate modulating carrier amplitude, the projection on Q coordinates modulating orthogonal carrier amplitude.Then add 2 am</p><p>　　The input data sequences through Serial/Parallel conversion

97、 and transform into two road I and Q.When using rectangular constellation chart, the level code of 2 road orthogonal signal use 2 bits signal for representation, namely the L = 4.After 2-4 level conversion,the output val

98、ue of I and Q two way for 0,1,2,3.The constellation mapping completes converting a digital sequence consisting of 0,1,2,3 to a digital sequence consisting of -3,-1,1,3.The corresponding relations as follows: 00 ——+3，01 —

99、—</p><p>　　At the receiving end,divide the modulated signal into 2 road and multiply by the local recoveried orthogonal carrier respectively then through low-pass filter in order to get off times x(t), y(t)f

100、requency components to get . After that,according to the local restored clock to do multilevel judgment, 16QAM with x = ±2, ± 0.5 for judgment level,after judgement,we can get a group data consisting of x =

101、77;1, ±3. 16QAM constellation inverse mapping completes converting ±1, ±3 to 0，1，2，3, its correspon</p><p>　　3.The comparison of 16QAM、BPSK and QPSK modulation performance </p><p>

102、;　　QPSK is short for Quadrature Phase Shift Keying.This modulation can modulate 2 bits signal in each symbols cycle,use four different carrier phase(0,90°,180°,270°or 45°,135° ,225 ° ,315 &#

103、176; )to characterize digital information.Firstly,we can group the input binary digital sequences,two bits of each group, then use four different carrier phase to characterize them. BPSK is short for Binary Phase Shift K

104、eying.This modulation use two different carrier phase to characterize digital information, each sy</p><p>　　In an ideal situation, we know BPSK modulation bandwidth utilization is 1 bit /( Hzs . ) ,QPSK modu

105、lation bandwidth utilization is 2 )/( Hzsbit . ,16QAM modulation bandwidth utilization is 4 bit /(s . Hz).Through the figure 2 we can see SNR ≥ 8that when the SNR is big( ) , the BER of three kinds of modulation mode ar

106、e very close. From the above analysis,we know in condition of big SNR,the communication system adopt 16QAM modulation can achieve the similar BER to QPSK and BPSK modulation, but it</p><p>　　LMDS is a kind o

107、f wireless broadband in fixed access network,which is used in integrated video,voice and high-speed data services,such as high-speed data access of Interne,interactive video,video conferencing,video on demand, real-time

108、multimedia file transfer ,remote access of LAN and telephone.The characteristic of LMDS is big communication capacity,its system bandwidth can reach 1.3GHz.If it uses 16QAM modulation,the bandwidth utilization is 4 bit/(