【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 送端眼圖 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 42 16QAM 信號(hào)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(shuō)明 16QAM 的系統(tǒng)性能比較優(yōu)越。 星座圖 16QAM 信號(hào)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(diǎn)僅差 1 個(gè)比特 )完成的。采用格雷映射會(huì)使得出錯(cuò)事件僅產(chǎn)生1 個(gè)比特的差錯(cuò)，使平均比特差錯(cuò)概率最小 [10]。 空間星座點(diǎn)的最小歐幾里得距離的計(jì)算公式如下： DDL DM Dd Q A M ?????? (41) 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 在 (41)式中， D 為已調(diào)信號(hào)的最大幅度， L 為星座上信號(hào)點(diǎn)在水平方向和垂直方向上投影的電平數(shù)，對(duì)于 16QAM 來(lái)說(shuō)， L=4。 星座間的距離越大 ,信號(hào)的抗干擾能力就越強(qiáng)，接收端判決再生時(shí)就越不容易出現(xiàn)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(hào)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(hào)空間星座圖 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 44 16QAM 信號(hào)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(diǎn)分布比較集中。說(shuō)明 16QAM 系統(tǒng)性能較優(yōu)越。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 誤碼率 對(duì)于 QAM，可以看成是由兩個(gè)相互正交且獨(dú)立的多電平 ASK 信號(hào)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： ])(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(jìn)制 QAM的誤碼率曲線 對(duì)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 45所示的 16QAM 誤碼率曲線可以看出，當(dāng)大信噪比 (16dB)時(shí)誤碼率為 106級(jí)，對(duì)于個(gè)人計(jì)算機(jī)要計(jì)算到如此精度耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，所以，在仿真過(guò)程中將只把精度計(jì)算到 105級(jí)。由于實(shí)際仿真中很多地方都會(huì)有延時(shí)，所以得石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 到的 16QAM 解調(diào)信號(hào)需經(jīng)一定的延時(shí)后才可以與原隨機(jī)序列進(jìn)行比較。這里的這一延時(shí)是通過(guò)錯(cuò)誤率統(tǒng)計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)的，仿真圖 31 中 Error Rate Calculation 的參數(shù)設(shè)置如下： Receive delay: 8 Computation delay: 0 Computation mode: Entire frame 當(dāng)信噪比超過(guò) 50dB 時(shí)，系統(tǒng)誤碼率早已為 0，可見(jiàn)這一延時(shí)是沒(méi)有問(wèn)題的。通過(guò)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 46 所示 。 圖 46 16QAM誤碼率圖 通過(guò)和圖 45 相比較，可以確定這里得到的結(jié)果基本上是可信的，也就是說(shuō)本次仿真是成功的。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 16QAM 與 2DPSK 系統(tǒng)性能比較 本節(jié)設(shè)計(jì)一個(gè) 2DPSK 調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型，以觀察其與 16QAM信號(hào)的抗噪聲性能，并對(duì)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(jì)出 2DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)如圖 47 所示 。 圖 47 DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖 圖 47 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(jiǎn)單如圖 48 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 49 所示 。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 圖 48 2DPSK判決模塊 圖 49 16QAM與 2DPSK誤碼率曲線圖 從仿真過(guò)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(shuō)，兩個(gè)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。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 第 5 章 16QAM 的應(yīng)用 QAM 調(diào)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(diào)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(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(shí)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(gè)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(jì)算機(jī)，也可以是帶數(shù)字機(jī)頂盒的電視機(jī)。 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。 正交振幅調(diào)制技術(shù) (QAM)是一種功率和帶寬相對(duì)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(dòng)通信系統(tǒng)中 [11]。正交幅度調(diào)制QAM (Quadrature Amplitude Modulation)以其高頻譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢(shì)，成為寬帶無(wú)線接入和無(wú)線視頻通信的重要技術(shù)方案。 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(hào)編碼器內(nèi)被分成速率各為原來(lái) 1/2 的兩路信號(hào)，分別與一對(duì)正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過(guò)程，正交解調(diào)出兩個(gè)相反碼流，均衡器補(bǔ)償由信道引起的失真，判決器識(shí)別復(fù)數(shù)信號(hào)并石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 映射回二進(jìn)制信號(hào)。采用 16QAM 調(diào)制技術(shù)，信道帶寬至少要等于碼元速率，為了定時(shí)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(qiáng)等特點(diǎn)。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 第 6 章 結(jié)論與總結(jié) 本文總結(jié) 本文研究的重點(diǎn)是對(duì)基于 MATLAB/SIMULINK 的 16QAM 調(diào)制解 調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真，并與 2DPSK 系統(tǒng)進(jìn)行了比較，得到以下的結(jié)論 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。 Matlab/Simulink 軟件在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本步驟與方法。 Matlab/Simulink 實(shí)現(xiàn)了 16QAM 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)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(hào)波形與輸入信號(hào)波形存在一定時(shí)延，所以該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有不足，但并不影響對(duì)誤碼率的檢測(cè)，以及系統(tǒng)能夠的抗噪聲性能 。 16QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能進(jìn)行分析，通過(guò)仿真得到了16QAM 系統(tǒng)的誤碼率曲線，曲線趨勢(shì)與理論曲線基本一致。 16QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)與 2DPSK 系統(tǒng)的抗噪聲性能進(jìn)行對(duì)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。 從仿真過(guò)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(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 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(shuō)，兩個(gè)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。 不足與展望 在本文所涉及的設(shè)計(jì)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(gè)方面： Matlab/Simulink 軟件雖然功能齊全，但不適用于對(duì)復(fù)雜通信系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在仿真速度緩慢，對(duì)于一些通信專用模塊并沒(méi)有提供，使得設(shè)計(jì)模型的方式不夠靈活。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在解調(diào)輸出波形與輸入信號(hào)波形有較長(zhǎng)時(shí)延，這對(duì)于通信的實(shí)時(shí)性是不利的。需要進(jìn)行改進(jìn)模型，減小時(shí)延。 由于時(shí)間的原因，本次仿真并沒(méi)有做載波恢 復(fù)，希望自己在以后的學(xué)習(xí)實(shí)踐中可以彌補(bǔ)這一遺憾。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 參考文獻(xiàn) [1] 李建東，郭梯云．鄔國(guó)揚(yáng)．移動(dòng)通信 (第四版 )．西安電子科技大學(xué)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(guó)揚(yáng)．蜂窩通信 [M]．西安電子科技大學(xué)． 2021． [4] 戴嵐，羅武忠，王鈺．短波 16QAM 信號(hào)數(shù)字解調(diào)算法的仿真．計(jì)算機(jī)仿真． 2021， 23 卷 (期 )： 7477． [5] 藏嵐，羅武忠，王鈺．短波 16QAM 信號(hào)數(shù)字解調(diào)算法的仿真 [期刊論文 ]計(jì)算機(jī)仿真 2021(03) [6] 李賀等．《 Simulink 通信仿真教程》 國(guó)防工業(yè)出版社． 2021 年． [7] 李妍等．《 MATLAB 通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè)》．國(guó)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 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