【文章內(nèi)容簡介】 MQAM 信號相干解調原理圖 解調器輸入信號與本地恢復的兩個正交載波相乘后，經(jīng)過低通濾波器輸出兩路多電平基帶信號 X（ t）和 Y（ t）。多電平判決器對多電平基帶信號進行判決和檢測， 這里需要 (L1)個判決門限，其中 L 為電平數(shù)， 再經(jīng) L 電平到 2 電平轉換和并 /串變換器 ， 最終輸出二進制 數(shù)據(jù) 。 串∕并轉換 2 到 L 電平轉換 2 到 L 電平轉換 預調制LPF 預調制LPF ∑ tcos? tsin? 載波恢復 定時恢復 并∕串轉換 LPF LPF 多電平判決 多電平判決 L 到 2 電平轉換 L到 2電平轉換 5 MQAM 信號星 座圖 信號矢量的端點的分布圖稱為星座圖。通常用星座圖來描述 QAM 信號的空間分布狀態(tài)。對于 16QAM 來說，有多種分布形式的信號星座圖。如圖 23 所示 。 在圖 23（ a）中信號點的分布成方形，故稱 之 為方形 16QAM 星座圖，也稱為標準 16QAM 星座圖。在圖 23(b)中信號點的分布成星型，故稱為星型 16QAM 星座。 圖 23 16QAM 的星座圖 （ a）方形 16QAM 星座 （ b）星型 16QAM 星座 M=4,16,32， … ， 256 時 MQAM 信號星座圖如圖 24 所示 ： 圖 24 MQAM 信號星座圖 (0,) (0,) (,0) (,0) (0,) (0,) (,0) (,0) (b) 6 其中 M 為 2 的偶次方 時，如 M=4,16,64,256 時星座圖為矩形，每個符號攜帶偶數(shù)個比特信息 ； 而 M 為 2 的奇次 時，如 M=32,128 時星座圖為十字形，每個符號攜帶奇數(shù)個 比 特信息。 為了 比較 MQAM 和 MPSK 的抗干擾能力， 以 16 進制為例，在 圖 25 所 示 的單位圓上分別畫出了 16PSK 和 16QAM 的星座圖。星座圖上各端點之間的最小距離滿足下式 Msin2dM P SK ?? （ 24） 1M 21L 2dM Q A M ???? （ 25） 式中， L 為星座圖上信號點在水平軸和垂直軸上投影的電平數(shù)， 2LM? 。 圖 25 16QAM 和 16PSK 的星座圖 當 M=16 時，可以計算得出 ?QAM16d ， ?PSK16d ， QAM16d ＞ PSK16d ， 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辦到。 通過比較發(fā)現(xiàn) 16QAM 系統(tǒng)抗干擾能力優(yōu)于 16PSK。 QAM 的誤碼率性能 矩形 QAM 信號星座最突出的優(yōu)點就是容易產(chǎn)生 PAM 信號可直接加到兩個正交 載波相位上，此外它們還便于解調。對于 M＝ k2 下的矩形信號星座圖（ k 為偶數(shù)）， QAM 信號x y A A y x 16QAM 16PSK 7 星座圖與正交載波上的兩個 PAM 信號是等價的，這兩個信號中的每一個上都有 2k2M?個信號點。因為相位正交分量上的信號能被相干判決極好的分離，所以易于通過 PAM 的誤碼率確定 QAM 的誤碼率。 M 進制 QAM 系統(tǒng)正確判決的概率是 ： 2)1( Mc PP ?? (26) 式中 MP 是 M 進制 PAM 系統(tǒng)的誤碼率，該 PAM 系統(tǒng)具有等價 QAM 系統(tǒng)的每一個正交信號中的一半平均功率。通過適當調整 M 進制 PAM 系統(tǒng)的誤碼率，可得 )NE1M 3(Q)M11(2P0avM ??? （ 27） 其中0avNE 是每 個符號的平均信噪比。因此 M 進制 QA M 的誤碼率為 2MM )P1(1P ??? （ 28） 當 k 為偶數(shù)時， MQAM 對 于 M＝ k2 情形時精確的，而當 k 為奇數(shù)時，就找不到等價的 M 進制 PAM 系統(tǒng)。如果使用最佳距離量度進行判決的最佳判決器，可以求出任意k? 1 誤碼率的嚴格上限 20)1(3211???????????? NMEQP avM 0)1(34 NM kEQ av b?? (29) 其中0avNE 是 每比特的平均信噪比 。 8 3 QAM 調制解調的實現(xiàn)與仿真 Simulink 軟件 Simulink是一個與 MATLAB軟件融為一體實現(xiàn)對動態(tài)系統(tǒng)進行模擬、仿真和分析的應用軟件。 它是 以框圖編程為基礎的系統(tǒng)模擬及仿真軟件，并為此提供了基本的系統(tǒng)建模模塊 。 用戶只需知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，通過對這些 基本模塊的調用，再將它們連接起來就可以構成所需要的系統(tǒng)模型（以 .mdl文件進行存取）， 就可以 進行仿真與分析。 Simulink 模塊 Simulink的模塊分為兩大類，一類是基本模塊，另一類是與應用領域相關的模塊。其基本模塊集由 16個模塊子集組成，它們分別是：常用模塊，連續(xù)時間系統(tǒng)用模塊，非連續(xù)時間系統(tǒng)用模塊，離散時間系統(tǒng)模塊，邏輯與位操作模塊，查表模塊，數(shù)學運算模塊，模型確認模塊，系統(tǒng)模型工具模塊，端口與子系統(tǒng)模塊，信號屬性模塊，信號布線模塊，信號終端模塊，信號源模塊，用戶自定義模塊 ，其他數(shù)學運算及離散系統(tǒng)用模塊。 Simulink 的通信模塊集 Communications Blockset 提供了豐富的通信系統(tǒng)仿真模塊，幾乎包括了通信系統(tǒng)仿真中所用到的所有信源、信宿、操作和算法。如圖 31 所示，用戶可以利用這些模塊方便地完成自己通信系統(tǒng)的仿真和分析。 圖 31 通信系統(tǒng)仿真模塊 9 Simulink建模與仿真 建模的步驟如下： （ 1）首先確定一個設計的系統(tǒng)框圖，這個系統(tǒng)框圖是描述系統(tǒng)的基本結構、信號流向、子系統(tǒng)信號的輸入與輸出、子系統(tǒng)之間的接口以及系統(tǒng)運行所需的控制 等。這樣的系統(tǒng)框圖有助于 Simulink 建立系統(tǒng)模型。 （ 2）啟動 Simulink，在 Matlab 命令窗口（ Command Window）中輸入 simulink，結果是在桌面上出現(xiàn)一個稱為 Simulink Library Browser 的窗口，在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。也可以通過 Matlab 主窗口的快捷按鈕 來打開 Simulink Library Browser 窗口。 （ 3）單擊 Simulink 模塊庫窗口左上角的 File 菜單下的新建模型或空白模型按鈕打開一個名為 Untilied 的空白模型窗口。從 Simulink 的模塊庫中選取合適的基本模塊，用鼠標指向所需的信源模塊（如正弦波信源 sine wave） ,按下鼠標左鍵，把它拖至 Untitled 窗口中，就生成一個正弦波信源復制品。 （ 4）在選取了建立系統(tǒng)模型所需的模塊后，就是根據(jù)系統(tǒng)框圖將模塊連接起來。連接方法如下：把鼠標箭 頭放在第一個模塊的輸出端口上，這是箭頭會變成一個十字叉，單擊并持續(xù)按下鼠標左鍵，把鼠標箭頭拉到第二個模塊的輸入端口，這是鼠標箭頭變成雙十字叉，放開鼠標鍵?；蛘呤怯檬髽诉x中源模塊，按下 Ctrl 鍵的同時單擊目標模塊。 構建好一個系統(tǒng)的模型之后，接下來的事情就是運行模型，得出仿真結果。運行一個仿真的完整過程分成三個步驟：設置仿真參數(shù)，啟動仿真和仿真結果分析。設置仿真參數(shù)和選擇解法器，選擇 Simulation 菜單下的 Parameters 命令，就會彈出一個仿真參數(shù)對話框，它主要用 Solver 頁 WorkspaceI∕O頁 Diagnostics 頁三個頁面來管理仿真的參數(shù)設置。設置仿真參數(shù)和選擇解法器之后，就可以啟動仿真而運行。選擇 Simulink 菜單下的 start 選項來啟動仿真，如果模型中有些參數(shù)沒有定義，則會出現(xiàn)錯誤信息提示框。如果一切設置無誤，則開始仿真運行，結束時系統(tǒng)會發(fā)出一鳴叫聲。 QAM 調制模塊 建模與仿真 前面介紹了 QAM的調制解調和 Simulink的基本知識，以及實現(xiàn)通信仿真的基本操作。本文 就以 16QAM為例，利用 Simulink模塊實現(xiàn) QAM調制、解調通信系統(tǒng)建模并進行仿真。由第二章 MQAM的 調制解調原理可以得出， 16QAM的調制解調系統(tǒng)框圖如圖 32所示： 10 圖 32 16QAM的調制解調 由圖 32可以知道 16QAM的調制解調原理，通過調制與解調兩大模塊來 對 16QAM系統(tǒng)建模與仿真，并對仿真結果作出分析，從而對系統(tǒng)進行一定的優(yōu)化，獲得較好的系統(tǒng)模型。本次仿真的系統(tǒng)總體框圖見附