基于Simulink的QAM调制解调实现.doc

本科生毕业设计 基于基于 simulinksimulink 的的 qamqam 调制解调实现调制解调实现 独独 创创 性性 声声 明明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成 果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或 撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中 作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 年 月 日 授授 权权 声声 明明 本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权 保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文 （设计）被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设 计） 。 本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无” ）： 签名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日 摘 要 本文设计的是基于 simulink 的 qam 调制解调的实现。首先介绍了 qam 调制解调 系统的基本原理，然后介绍了仿真软件 simulink 下系统建模与仿真的基本操作，重点是 对 16qam 系统各个模块进行建模与仿真，实现了 16qam 的调制与解调。最后做了一个 2dpsk 系统仿真，将它与 16qam 系统进行比较，得出 16qam 是一种相对优越的调制解 调系统这一结论。 关键字：qam 调制解调；simulink；仿真 abstract this design is based on simulink, qam modulation and demodulation implementation. qam modulation and demodulation first introduced the basic principles of the system, and then introduced the simulink simulation software for modeling and simulation of the systems basic operations, focused on each module 16qam system modeling and simulation, to achieve a 16qam modulation and demodulation. finally made a 2dpsk system simulation, the system will compare it with 16qam, 16qam obtained is a relatively superior modulation and demodulation system this conclusion. keyword: qam modulation and demodulation；simulink；simulation 目 录 1 绪论绪论.1 1.1 qma 简介及应用简介及应用 .1 1.2 simulink 软件与通信仿真软件与通信仿真1 1.3 论文主要内容论文主要内容2 2 现代数字调制技术现代数字调制技术 qam 3 2.1 qam 调制原理调制原理 .3 2.2 qam 解调原理解调原理 .4 2.3 mqam 信号星座图信号星座图5 2.4 qam 的误码率性能的误码率性能 .6 3 qam 调制解调的实现与仿真调制解调的实现与仿真 8 3.1 simulink 软件软件8 3.1.1 simulink 模块模块.8 3.1.2 simulink 建模与仿真建模与仿真.9 3.2 qam 调制模块建模与仿真调制模块建模与仿真 9 3.2.1 信号源模块信号源模块.10 3.2.2 串串并转换模块并转换模块.10 3.2.3 2/4 电平转换模块电平转换模块.12 3.2.4 其余模块其余模块.14 3.3 qam 解调模块建模与仿真解调模块建模与仿真 .15 3.3.1 4/2 电平判决模块电平判决模块.16 3.3.2 并并串转换模块串转换模块.18 3.3.3 其余模块其余模块.19 3.4 qam 抗噪声性能研究抗噪声性能研究 .19 3.5 16qam 与与 2dpsk 系统抗噪声性能比较系统抗噪声性能比较.21 4 总结总结.23 参考文献参考文献.24 附附 录录.25 致致 谢谢.26 1 1 绪论 1.1 qma 简介及应用简介及应用 在当今飞速发展的信息时代，随着数字通信技术和计算机技术的快速发展以及通信 网络与计算机网络的相互融合，信息科学技术已经成为 21 世纪国际社会和世界经济发展 的新的强大推动力。现代数字通信技术的调制方式具有三种基本方式：数字振幅调制、 数字频率调制、数字相位调制，但这三种数字调制方式都存在不足之处，如：频谱利用 率低、抗多径抗衰弱能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。为了改善这些不足，近 几十年来人们不断提出一些新的数字调制解调技术，以适应各种通信系统的要求。其主 要研究内容围绕着减小信号带宽以提高信号频谱利用率；提高功率利用率以增强抗噪声 性能；适应各种随参信道以增强抗多径抗衰落能力等。 正交振幅调制 qam（quadrature amplitude modulation）就是一种频谱利用率很高的 调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信 系统等领域得到了广泛应用。qam 数字调制器作为 dvb 系统的前端设备，接收来自编 码器、复用器、dvb 网关、视频服务器等设备的 ts 流，进行 rs 编码、卷积编码和 qam 数字调制，输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可根据需要选择 中频输出。它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛的应用于数字有线电视传输领域 和数字 mmds 系统。例如，在恒参信道中， qam 方式具有高的频谱利用率，因此正交 振幅调制在卫星通信和有线电视网络高速数据传输等领域得到广泛应用。 1.2 simulink 软件与通信仿真软件与通信仿真 mathworks 公司推出的一种数学应用软件 matlab，现在已经开发了包括通信系统在内 的多个工具箱，从而成为目前科学研究和工程应用的最流行的软件包之一。simulink 是 matlab 中的一种可视化仿真工具，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环 境。在 simulink，不需要大量书写程序，而只需通过简单的鼠标操作和拷贝等命令建立起 直观的系统框图模型，用户可以很随意地改变模型中各个模块的参数，并可以马上看到 改变参数后的结果，从而达到方便、快捷地建模和仿真的目的。simulink 包括一个复杂的 接收器、信号源、线性和非线性组件以及连接组建的模块库，用户也可以根据需要定制 或者创建自己的模块。可以运用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的 2 建模和仿真中。所以 simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、 快捷高效、灵活方便等优点，并基于以上优点 simulink 已被广泛应用于控制理论和数字 信号处理及通信系统的仿真和设计。 实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对于这个系统作出的任何改变都 可能影响到整个系统的性能和稳定性。而 simulink 作为 matlab 提供的用于对动态系统进 行建模、仿真和分析的工具包，提供了仿真所需的信源编码、纠错编码、信道、调制解 调以及其它所用的全部库函数和模块。可见，不管对任何复杂的通信系统，用 simulink 对其仿真都是一个很好的选择。 1.3 论文主要内容论文主要内容 本文设计的是基于 simulink 的 qam 调制解调的实现。首先简绍了 qam 调制解调 系统的基本原理，然后介绍了实现通信仿真的应用软件 simulink 的库的基本知识及系统 建模与仿真的基本操作。重点是以 16qam 调制解调系统为例，根据其调制解调原理系统 框图，在 simulink 环境下建立各个模块的模型图，如串并转换模块、24 电平转换模块等， 设置参数并进行仿真。实现了 qam 系统的调制与解调，得到了个模块的波形图、调制解 调波形图，以及信号在加噪前后的星座图、眼图，而且在信噪比变化条件下，得到了 16qam 系统的误码率。最后，在做了一个 2dpsk 系统设计与仿真之后，将它与 16qam 系统进行了比较，并得出了 16qam 是一种相对优越的调制解调系统这一结论。 3 2 现代数字调制技术 qam qam 是英文 quadrature amplitude modulation 的缩略语简称，意为正交幅度调制， 是一种在两个正交载波上进行幅度调制的数字调制方式，这两个载波通常是相位差为 90 度(/2)的正弦波，因此被称作正交载波，这种调制方式因此而得名。 2.1 qam 调制原理调制原理 所谓正交振幅调制是用两个独立的基带波形对两个互相正交的同频载波进行抑制载 波的双边带调制。利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数 字信号传输。 正交振幅调制信号的一般表达式为 （2-)tcos()ntt (ga) t (s ncs n nmqam 1） 式中是基带信号幅度，是宽度为的单个基带信号波形。上式变换成正交 n a)ntt (g s s t 表示形式： （2- tcoscos)ntt (ga) t (s cns n nmqam tsinsin)ntt (ga cns n n 2） 令 nnn cosax nnn sinay 则（2-2）式变为 tcos)ntt (gx) t (s cs n nmqam tsin)ntt (gy csn = (2-3)tsinytcos) t (x cnc 式中的振幅和可以表示为 n x n y acx nn acy nn 式中，a 是固定振幅，、有输入数据确定。、决定了已调 qam 信号在信号空间 n c n d n c n d 4 中的坐标点。 qam 调制解调框图如图 2-1 所示： 串并转换 2 到 l 电平转 换 2 到 l 电平转 换 预调制 lpf 预调制 lpf tcos tsin 图 2-1 qam 信号解调原理图 图中，输入二进制序列经过串并转换输出速率减半即的两路并行序列，再分别 2 rb 经过 2 到 l 电平的转换，形成了 l 电平的基带信号。该 l 电平的基带信号还要经过预调 制低通滤波器，是为了抑制已调信号的带外辐射，经过 lpf 后形成 x(t)和 y(t)，再分别 对同向载波和正交载波相乘，最后将两路信号加即得到 qam 信号。 2.2 qam 解调原理解调原理 mqam 信号可以采用正交相干解调方法，其解调器原理如图 2-2 所示： 载波恢复定时恢复并串转换 lpf lpf 多电平判决 多电平判决 l 到 2 电平 转换 l 到 2 电 平转换 图 2-2 mqam 信号相干解调原理图 解调器输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经过低通滤波器输出两路多电 平基带信号 x（t）和 y（t） 。多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测，这里需 5 要(l-1)个判决门限，其中 l 为电平数，再经 l 电平到 2 电平转换和并/串变换器，最终输 出二进制数据。 2.3 mqam 信号星座图信号星座图 信号矢量的端点的分布图称为星座图。通常用星座图来描述 qam 信号的空间分布状态。 对于 16qam 来说，有多种分布形式的信号星座图。如图 2-3 所示。在图 2-3（a）中信号 点的分布成方形，故称之为方形 16qam 星座图，也称为标准 16qam 星座图。在图 2- 3(b)中信号点的分布成星型，故称为星型 16qam 星座。 (0,4.61) (0,2.61) (2.61,0)(4.61,0) (0,-2.61) (0,-4.61) (-2.61,0)(-4.61,0) (b) 图 2-3 16qam 的星座图 （a）方形 16qam 星座 （b）星型 16qam 星座 m=4,16,32， ，256 时 mqam 信号星座图如图 2-4 所示： 6 图 2-4 mqam 信号星座图 其中 m 为 2 的偶次方时，如 m=4,16,64,256 时星座图为矩形，每个符号携带偶数个 比特信息；而 m 为 2 的奇次时，如 m=32,128 时星座图为十字形，每个符号携带奇数个 比特信息。 为了比较 mqam 和 mpsk 的抗干扰能力，以 16 进制为例，在图 2-5 所示的单位圆 上分别画出了 16psk 和 16qam 的星座图。星座图上各端点之间的最小距离满足下式 （2- m sin2dmpsk 4） （2- 1m 2 1l 2 dmqam 5） 式中，l 为星座图上信号点在水平轴和垂直轴上投影的电平数， 。 2 lm 7 x y a a y x 16qam16psk 图 2-5 16qam 和 16psk 的星座图 当 m=16 时，可以计算得出0.47，0.39，星座图中， qam16 d psk16 d qam16 d psk16 d 两个信号点距离越大，在噪声干扰使信号图模糊的情况下，要求分开两个可能信号点越 容易办到。通过比较发现 16qam 系统抗干扰能力优于 16psk。 2.4 qam 的误码率性能的误码率性能 矩形 qam 信号星座最突出的优点就是容易产生 pam 信号可直接加到两个正交载波 相位上，此外它们还便于解调。对于 m下的矩形信号星座图（k 为偶数） ，qam 信 k 2 号星座图与正交载波上的两个 pam 信号是等价的，这两个信号中的每一个上都有 个信号点。因为相位正交分量上的信号能被相干判决极好的分离，所以易于通 2k 2m 过 pam 的误码率确定 qam 的误码率。m 进制 qam 系统正确判决的概率是： (2-6) 2 )1 ( m c pp 式中是进制 pam 系统的误码率，该 pam 系统具有等价 qam 系统的每一个 m pm 正交信号中的一半平均功率。通过适当调整 m 进制 pam 系统的误码率，可得 （2-7）) n e 1m 3 (q) m 1 1 (2p 0 av m 其中是每个符号的平均信噪比。因此 m 进制 qa m 的误码率为 0 av n e 8 （2-8） 2 m m )p1 (1p 当 k 为偶数时，mqam 对于 m k 2 情形时精确的，而当 k 为奇数时，就找不到等 价的进制 pam 系统。如果使用最佳距离量度进行判决的最佳判决器，可以求出任意m k1 误码率的严格上限 2 0 ) 1( 3 211 nm e qp av m (2-9) 0 ) 1( 3 4 nm ke q avb 其中是每比特的平均信噪比。 0 av n e 3 qam 调制解调的实现与仿真 3.1 simulink 软件软件 simulink是一个与matlab软件融为一体实现对动态系统进行模拟、仿真和分析的应 用软件。它是以框图编程为基础的系统模拟及仿真软件，并为此提供了基本的系统建模 模块。用户只需知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实 现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型 （以.mdl文件进行存取） ，就可以进行仿真与分析。 3.1.1 simulink 模块模块 simulink的模块分为两大类，一类是基本模块，另一类是与应用领域相关的模块。 9 其基本模块集由16个模块子集组成，它们分别是：常用模块，连续时间系统用模块，非 连续时间系统用模块，离散时间系统模块，逻辑与位操作模块，查表模块，数学运算模 块，模型确认模块，系统模型工具模块，端口与子系统模块，信号属性模块，信号布线 模块，信号终端模块，信号源模块，用户自定义模块，其他数学运算及离散系统用模块。 simulink 的通信模块集 communications blockset 提供了丰富的通信系统仿真模块， 几乎包括了通信系统仿真中所用到的所有信源、信宿、操作和算法。如图 3-1 所示，用户 可以利用这些模块方便地完成自己通信系统的仿真和分析。 图3-1 通信系统仿真模块 3.1.2 simulink 建模与仿真建模与仿真 建模的步骤如下： （1）首先确定一个设计的系统框图，这个系统框图是描述系统的基本结构、信号流 向、子系统信号的输入与输出、子系统之间的接口以及系统运行所需的控制等。这样的 系统框图有助于 simulink 建立系统模型。 （2）启动 simulink，在 matlab 命令窗口（command window）中输入 simulink，结果 是在桌面上出现一个称为 simulink library browser 的窗口，在这个窗口中列出了按功能 分类的各种模块的名称。也可以通过 matlab 主窗口的快捷按钮来打开 simulink library browser 窗口。 10 （3）单击 simulink 模块库窗口左上角的 file 菜单下的新建模型或空白模型按钮打开 一个名为 untilied 的空白模型窗口。从 simulink 的模块库中选取合适的基本模块，用鼠标 指向所需的信源模块（如正弦波信源 sine wave）,按下鼠标左键，把它拖至 untitled 窗口 中，就生成一个正弦波信源复制品。 （4）在选取了建立系统模型所需的模块后，就是根据系统框图将模块连接起来。连 接方法如下：把鼠标箭头放在第一个模块的输出端口上，这是箭头会变成一个十字叉， 单击并持续按下鼠标左键，把鼠标箭头拉到第二个模块的输入端口，这是鼠标箭头变成 双十字叉，放开鼠标键。或者是用鼠标选中源模块，按下 ctrl 键的同时单击目标模块。 构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一 个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。设置仿真 参数和选择解法器，选择 simulation 菜单下的 parameters 命令，就会弹出一个仿真参数对 话框，它主要用 solver 页 workspaceio 页 diagnostics 页三个页面来管理仿真的参数设置。 设置仿真参数和选择解法器之后，就可以启动仿真而运行。选择 simulink 菜单下的 start 选项来启动仿真，如果模型中有些参数没有定义，则会出现错误信息提示框。如果一切 设置无误，则开始仿真运行，结束时系统会发出一鸣叫声。 3.2 qam 调制模块调制模块建模与仿真建模与仿真 前面介绍了qam的调制解调和simulink的基本知识，以及实现通信仿真的基本操作。 本文就以16qam为例，利用simulink模块实现qam调制、解调通信系统建模并进行仿真。 由第二章mqam的调制解调原理可以得出，16qam的调制解调系统框图如图3-2所示： 串并转换并串转换 24 电 平转换 42 电 平转换 42 电 平转换 lpf lpflpf 24 电 平转换 lpf 相 加 t cos 输 入 输 出 图3-2 16qam的调制解调 lpf tcos tsintsin tcos 11 由图3-2可以知道16qam的调制解调原理，通过调制与解调两大模块来对16qam系 统建模与仿真，并对仿真结果作出分析，从而对系统进行一定的优化，获得较好的系统 模型。本次仿真的系统总体框图见附录。 3.2.1 信号源模块信号源模块 通过对图3-1中16qam调制原理框图的分析，16qam一个码元所携带的信息为 即4bit，是一般基带数字调制（qpsk）码元携带信息量的2倍。而且16qam调制 mlog2 是由两路相互独立的信号进行调制，一个16qam码元宽度是基础信号的2倍。以下我将对 系统仿真框图中的各模块进行简单的介绍。 本次仿真在信号源部分采用了伪随机序列发生器，由于系统要求基带信号码元速率 19.2kbps，则本序列发生器的基本参数设置如下： generator polynomial:1 0 0 0 0 1 1 initial states:0 0 0 0 0 1 output mask vector:0 sample time:1/19200 output data type:double 3.2.2 串串并转换模块并转换模块 由于系统仿真总框图涉及模块较多，为不失美观同时又能显的浅显易懂特将串并转 化作成一个单独子系统而嵌入总系统中。该子系统内部框图如图 3-3 所示： 图3-3 串并转换模块 12 由图3-3可知，本子系统有一个输入端口和两个输出端口。系统首先将输入的伪随机 序列分成两路并将其中的一路直接按整数因子2抽取，然后进行一个单位的延时，这样便 得到了原随机序列的奇数码元；对于另外一路则先进行延迟然后进行采样便可得到原序 列的偶数码元。 假设输入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 则有 out1: 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 out2: 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 实际运行中各路信号如图3-4所示，图中从上往下依次是串行输入、并行输出1和并行 输出2的波形。 图3-4 串并转换各路信号图 由图可以看出经串并转换之后，并行输出的每一路码元传输速率降为了原来的一半， 这也是符合理论的。但每一路输出信号前边都多了一个0码元单位，这是由于延迟模块所 造成的，对后面各种性能的研究是不会造成影响的。 3.2.3 2/4 电平转换模块电平转换模块 对于 2/4 电平的转换，其实是将输入信号的 4 种状态（00,01,10,11）经过编码以后为 相应的 4 电平信号。这里选择映射关系如表 3-1 所示： 表31 2/4电平映射关系表 映射前数据电平/v 13 根据以上映射关系，能容易找出它们之间的一个数学关系。这里输入信号为两路二 进制信号，假设它们是ab，则在a=1时让它输出一个幅度为2的信号，当a=0时输出幅度为- 2的信号。同理当b=1是让它输出一个幅度为1的信号，当b=0时输出幅度为-1的信号。如此 一来便可以得到下面的结果： 当ab=00时 输出： y=-2 + -1=-3； ab=01时 y=-2 + 1=-1； ab=10时 y=2 + -1 =1； ab=11时 y=2 + 1 =3； 由以上关系式得出：在设计2/4电平转换模块的时候，需要先将输入信号再次进行串 并转换，然后每路信号做一个简单的判决，再用一个相加模块便可实现2/4电平的转换功 能。具体模块如图3-5所示： 图3-5 2/4 电平转换模块 以上模块中各点的信号图如图3-6所示： 00-3 01-1 101 113 14 图3-6 2/4电平转换模块各点波形 上图中第一行为输入信号，第二三行分别为经串并转换后的两行信号，最后为输出4 电平信号。观察各行波形可以得出： 输入：0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 并行1： 0 0 0 1 0 0 1 1 1 并行2： 0 1 0 0 1 1 0 1 0 输出： -3 -1 -3 1 -1 -1 1 3 1 比较各行波形可以发现这个模块已经很好的实现了2/4电平的转换，这里4电平信号的 码元传输速率已降为rb/4。 3.2.4 其余模块其余模块 除以上两个子系统外，调制阶段还包括正余弦信号发生器、加法器、乘法器、频谱 示波器和离散时间信号发散图示波器等。由于系统要求载波频率为 76.8khz，所以两载 波信号发生器的参数设置如下所示： ：amlitude: 1 ：amlitude:1 twccostwcsin bias: 0 bias: 0 frequency（rad/sec）:76800*2*pi frequency(rad/sec)：76800*2*pi phase(rad): pi/2 phase(rad): 0 sample time：1/768000 sample time：1/768000 对于离散时间信号发散图示波器，这里做了一个子系统如图3-7所示： 15 图3-7 离散时间信号发散图示波器 上图中先将两路正交的信号和成一个复信号后，经离散采样加入到了信号发散图示 波器，就可以得到原始信号的星座图。 将以上各模块、子系统按原理图进行连接，并对各模块参数进行相应的设定，便可 实现其调制功能。仿真得到的调制输出波形图如图 3-8 所示，星座图如图 3-9 所示： 图3-8 16qam调制波形 上图中一三行为并行输出的两路四电平信号，二四行为一三行分别与正交载波相乘 后所得的两路信号。第五行为它们的和信号，也即为最终调制信号。 16 图3-9 16qam的星座图 3.33.3 qam 解调模块解调模块建模与仿真建模与仿真 系统先前所得的16qam调制信号通过高斯白噪声信道后便可以解调了。16qam解 调原理框图如图3-2所示，解调器实现的核心在于4/2电平判决模块及并串转换模块。 本文所采用的解调器原理为相干解调法，即已调信号与载波相乘，送入到低通滤波 器，其对应原理图中信号输入并与载波相乘后通过lpf的部分，输出送到判决器判决。在 本文仿真用到的滤波器均选择贝塞尔低通滤波器。lpf的参数设定如下，输出波形如3-10 所示。 desige method : bessel filter type : lowpass filter order: 8 pass edge frequency (rad/s) : 15360*2*pi 17 图3-10 上图中，一三行为调制波与载波相乘的结果，二四行分别为它们经过低通滤波器后 所得的波形。 3.3.1 4/2 电平判决电平判决模块模块 由于前面采用的是模拟低通滤波器，所以在 4/2 电平判决之前得到的是一个模拟的 4 电平信号。之后要想得到 2 电平的数字信号，需经一系列的抽样、量化和编码。4/2 电平 判决子系统如图 3-11 所示： 图 3-11 4/2电平转换模块 上图中，对模拟信号做了常数为2的增益后，让其通过了一个量化编码器，再通过离 散采样以后便得到了标准的4电平数字信号。然后信号被分为两路，分别进行量化编码后 得到了两路二进制信号，最后经串并转换得到了最终结果。此处三个量化编码器的参数 设置如下所示： 量化编码器 2 quantization partition: -2.0 0 2.0 quantization codebook: -3 -1 1 3 量化编码器 3 quantization partition: -2.0 0 2.0 quantization codebook: 0 0 1 1 量化编码器 4 quantization partition: -2.0 0 2.0 quantization codebook: 0 1 0 1 假设上述模块输入为x，输出分别为为y、，则它完成的功能是： 1 z 2 z 18 2x; 3 2x0 ; 1 0x2; 1 2x; 3 y 3y; 1 1y; 1 1y; 0 3y; 0 z1 3y; 1 1y; 0 1y; 1 3y; 0 z2 这样两路二进制信号经并串转换后，便完成了如表3-2所示的映射关系，也最终实现 了4/2电平的转换。 表3-2 4/2电平映射关系表 映射前数据电平/v -300 -101 110 311 以上子系统中各点波形如图3-12所示： 图3-12 4/2电平转换中各点波形 19 3.3.2 并并串转换串转换模块模块 本系统中的并串转换模块由一个脉冲序列发生器和一个选择器构成。其中的脉冲序列 发生器用来产生占空比为 0.5 的全一序列，而选择器用来决定在哪一个时候输出哪一路信 号。它的参数设置如下： switch：criteria for passing first input: u2=threshold threshold: 0.5 所以，当输入脉冲序列为1时，选择器输出第一路信号；当输入脉冲序列为0时，选 择器输出第二路信号。本次仿真经并串转换以后便最终实现了16qam信号的解调，其波 形如图3-13所示： 图3-13 16qam解调输出波形 上图中，一三两行为4/2判决器的输出，第二行为解调出的16qam最终信号。 3.3.3 其余模块其余模块 除以上各模块之外，解调阶段还用到了包括眼图、发散图示波器和错误率统计等信 宿模块。图 3-14 和 3-15 显示了信道信噪比 snr 为 10db 时的 16qam 信号星座图和 4/2 判决之前的眼图。 20 图3-14 16qam信号加噪声后的星座图 图3-15 16qam信号的眼图 3.4 qam 抗噪声性能研究抗噪声性能研究 对于方形qam，可以看成是由两个相互正交且独立的多电平ask信号叠加而成。因 此，利用多电平误码率的分析方法，可得到m进制qam的误码率为： (3-1) )( 1 log3 ) 1 1 ( 0 2 2 n e l l erfc l p b e 式中，为每码元能量，为噪声单边功率谱密度。图3-16给出了方形 ml b e 0 n qam的误码率曲线。 21 图3-16 m进制qam的误码率曲线 对16qam抗噪声性能仿真，由图3-16所示的16qam误码率曲线可以看出，当大信噪 比（16db）时误码率为级，对于个人计算机要计算到如此精度耗时过长，所以，在 6 10 仿真过程中将只把精度计算到级。由于实际仿真中很多地方都会有延时，所以得到的 5 10 16qam解调信号需经一定的延时后才可以与原随机序列进行比较。这一延时是通过错误 率统计模块实现的，系统总体框图中error rate calculation的参数设置如下所示： receive delay: 8 computation delay: 0 computation mode: entire frame 当信噪比超过50db时，系统误码率早已为0，可见这一延时是没有问题的。通过调整 高斯白噪声信道的信噪比snr（eb/no） ，可以得到如下所示的误码率图3-17： 22 图3-17 16qam误码率图 通过和图3-16相比较，可以确定这里得到的结果基本上是可信的，也就是说本次仿真 是成功的。在仿真过程中有许多的因素决定着16qam调制解调系统的抗噪声性能，例如 滤波器的性能以及它的通频带的设计、抽样判决的位置、判决门限的设定和时间延迟等 都或大或小的影响着它的结果。 3.5 16qam 与与 2dpsk 系统抗噪声性能比较系统抗噪声性能比较 本节设计了一个2dpsk调制和解调系统的仿真模型，以观察其与16qam信号的抗噪 声性能，并对它们的误码率进行比较。在取相同的码元速率和载波速率的情况下，设计 出2dpsk调制解调系统如图3-18下所示： 图3-18 2dpsk调制解调系统框图 23 2dpsk采用的是差分相干解调的方法，不需要做载波恢复。解调部分的滤波器采用 了贝塞尔函数低通滤波器，且判决模块如图3-19所示： 图3-19 2dpsk判决模块 这样在高斯白噪声信道处调整信噪比，得到如图 3-20 所示的误码率图： 图3-20 16qam与2dpsk误码率曲线图 从仿真过程看，在相同信噪比的条件下，16qam的加性白噪声的功率远大于2dpsk 的加性白噪声的功率，故16qam调制解调系统一般工作在大信噪比的环境下，其误码率 将很小，也两个系统在同等噪声条件下，16qam的抗噪声性能是相当优越的。 24 4 总结 本文重点是研究现代数字调制技术qam的调制与解调，基于matlab之simulink通信仿 真软件，以16qam调制解调系统为例进行设计与仿真，实现了qam系统的调制与解调， 最后与2dpsk系统进行了比较。 本