【文章內容簡介】 送端眼圖 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 26 圖 42 16QAM 信號的接收端眼圖 由圖 4 42 比較可知，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。 星座圖 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生1 個比特的差錯，使平均比特差錯概率最小 [10]。 空間星座點的最小歐幾里得距離的計算公式如下： DDL DM Dd Q A M ?????? (41) 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 27 在 (41)式中， D 為已調信號的最大幅度， 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。 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)誤碼，星座間的最小距離可以表示調制的歐幾里得距離，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 44 所示： 圖 43 16QAM 信號空間星座圖 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 28 圖 44 16QAM 信號加噪后的星座圖 由圖 4 44 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)性能較優(yōu)越。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 29 誤碼率 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 進制 QAM 的誤碼率為： ])(1log3[)11(022 nEL Le r f cLP be ??? (42) 式中， ML? ， Eb為每碼元能量， no為噪聲單邊功率譜密度。 方形 QAM 的誤碼率曲線如圖 45 所示 。 圖 45 M進制 QAM的誤碼率曲線 對系統(tǒng)進行仿真，在仿真之前，我們要確定一些仿真參數(shù)，由圖 45所示的 16QAM 誤碼率曲線可以看出，當大信噪比 (16dB)時誤碼率為 106級，對于個人計算機要計算到如此精度耗時過長，所以，在仿真過程中將只把精度計算到 105級。由于實際仿真中很多地方都會有延時，所以得石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 30 到的 16QAM 解調信號需經一定的延時后才可以與原隨機序列進行比較。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 31 中 Error Rate Calculation 的參數(shù)設置如下： Receive delay: 8 Computation delay: 0 Computation mode: Entire frame 當信噪比超過 50dB 時，系統(tǒng)誤碼率早已為 0，可見這一延時是沒有問題的。通過調整高斯白噪聲信道的信噪比 SNR(Eb/No)，可以得到 誤碼率 如圖 46 所示 。 圖 46 16QAM誤碼率圖 通過和圖 45 相比較，可以確定這里得到的結果基本上是可信的，也就是說本次仿真是成功的。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 31 16QAM 與 2DPSK 系統(tǒng)性能比較 本節(jié)設計一個 2DPSK 調制和解調系統(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行比較。在取相同的碼元速率和載波速率的情況下，設計出 2DPSK 調制解調系統(tǒng)如圖 47 所示 。 圖 47 DPSK調制解調系統(tǒng)框圖 圖 47 采用的是差分相干解調的方法，所以并不需要做載波恢復。解 調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 48 所示。這樣在高斯白噪聲信道處調整信噪比，得到 誤碼率圖 如圖 49 所示 。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 32 圖 48 2DPSK判決模塊 圖 49 16QAM與 2DPSK誤碼率曲線圖 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大于 2DPSK 的加性白噪聲的功率，故 16QAM 調制解調系統(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優(yōu)越的。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 33 第 5 章 16QAM 的應用 QAM 調制主要用在有線數(shù)字視頻廣播和寬帶接入等通信系統(tǒng)方面。QAM調制方式的多媒體高速寬帶數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)采用 DVBC有線數(shù)字視頻廣播標準，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，可在一個標準 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，也可以是帶數(shù)字機頂盒的電視機。 QAM 在安全授權方面比 QPSK 調制方式更可靠，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。 正交振幅調制技術 (QAM)是一種功率和帶寬相對高效的信道調制技術， 16QAM 就是一種系統(tǒng)可靠性較高，頻帶利用率較高的數(shù)字調制技術，已廣泛應用于微波通信，衛(wèi)星通信，移動通信系統(tǒng)中 [11]。正交幅度調制QAM (Quadrature Amplitude Modulation)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方案。 16QAM 目前還被廣泛用于 ADSL 調制技術，在 16QAM 調制中，發(fā)送數(shù)據(jù)在比特 /符號編碼器內被分成速率各為原來 1/2 的兩路信號，分別與一對正交調制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調出兩個相反碼流，均衡器補償由信道引起的失真，判決器識別復數(shù)信號并石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 34 映射回二進制信號。采用 16QAM 調制技術，信道帶寬至少要等于碼元速率，為了定時恢復，還需要另外的帶寬，一般要增加 15%左右。與其他調制技術相比， 16QAM 調制技術具有充分利用帶寬、抗噪聲強等特點。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 35 第 6 章 結論與總結 本文總結 本文研究的重點是對基于 MATLAB/SIMULINK 的 16QAM 調制解 調系統(tǒng)進行設計與仿真，并與 2DPSK 系統(tǒng)進行了比較，得到以下的結論 16QAM 調制解調系統(tǒng)基本原理進行了較為深入地理解與分析，并且根據(jù)其原理構建了 Simulink 的仿真模型。 Matlab/Simulink 軟件在通信系統(tǒng)設計與仿真的基本步驟與方法。 Matlab/Simulink 實現(xiàn)了 16QAM 調制與解調系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)與仿真，并得到相應的調制解調波形，發(fā)現(xiàn)解調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 。 16QAM 調制解調系統(tǒng)的抗噪聲性能進行分析，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。 16QAM 調制解調系統(tǒng)與 2DPSK 系統(tǒng)的抗噪聲性能進行對比，獲得了他們兩者的誤碼率曲線，進行比較，發(fā)現(xiàn) 16QAM 的抗噪聲性能不如2DPSK，這是與理論相符的，也即，當信噪比一定的情況下， M 越大，誤碼率 Pe 也越大。 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石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 36 遠大于 2DPSK 的加性白噪聲的功率，故 16QAM 調制解調系統(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優(yōu)越的。 不足與展望 在本文所涉及的設計仿真工作存在一些不完善的地方，需要進行改進，完善，主要包括以下幾個方面： Matlab/Simulink 軟件雖然功能齊全，但不適用于對復雜通信系統(tǒng)的模塊化設計，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，使得設計模型的方式不夠靈活。 在系統(tǒng)設計中存在解調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。需要進行改進模型，減小時延。 由于時間的原因，本次仿真并沒有做載波恢 復，希望自己在以后的學習實踐中可以彌補這一遺憾。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 37 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 38 參考文獻 [1] 李建東，郭梯云．鄔國揚．移動通信 (第四版 )．西安電子科技大學出版社． [2] 西蒙赫金．通信系統(tǒng) (第 4 版 )[M]．電子工業(yè)出版社． 2021． [3] 鄔國揚．蜂窩通信 [M]．西安電子科技大學． 2021． [4] 戴嵐，羅武忠，王鈺．短波 16QAM 信號數(shù)字解調算法的仿真．計算機仿真． 2021， 23 卷 (期 )： 7477． [5] 藏嵐，羅武忠，王鈺．短波 16QAM 信號數(shù)字解調算法的仿真 [期刊論文 ]計算機仿真 2021(03) [6] 李賀等．《 Simulink 通信仿真教程》 國防工業(yè)出版社． 2021 年． [7] 李妍等．《 MATLAB 通信仿真開發(fā)手冊》．國防工業(yè)出版社． 2021 年． [8] 李建新等．《現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真 —— MATLAB 通信工具箱》．西安電子科技大學出版社． 2021 年． [9] 賈秋玲等．《 MTLAB7． X/Simulink/Stateflow系統(tǒng)仿真、分析與設計》．西北工業(yè)大學出版社． 2021 年． [10] 樓天順等．《 MATLAB 程序設計語言》．西安電子科技大學出 版社． 2021 年． [11] 唐朝亮 .現(xiàn)代通信原理 [M].北京：電子工業(yè)出版社 ,2021. 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 39 [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 ,2021. 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