【文章內(nèi)容簡介】 在RoF系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖中，有一個功率衰減器，通過不斷調(diào)節(jié)功率衰減器的衰減值，在眼圖工具中獲取系統(tǒng)傳輸?shù)恼`碼率值，然后記錄接收端的功率值和誤碼率值，打開MATLAB，獲得的數(shù)據(jù)如表31所示。用這些數(shù)據(jù)繪制RoF系統(tǒng)傳輸?shù)墓β收`碼率關(guān)系曲線，獲得的二維關(guān)系圖如圖39所示。圖39 功率誤碼率圖由圖39的功率誤碼率曲線關(guān)系可知，隨著功率的不斷降低，系統(tǒng)誤碼率不斷的增大。，系統(tǒng)的誤碼率幾乎為0。如果再增加功率的話，誤碼率也幾乎不變。從功率誤碼率圖可以看出，它們的關(guān)系幾乎是線性的。即隨著功率增加，系統(tǒng)的誤碼率會不斷線性降低，這個也與理論相符合。在傳輸過程中，系統(tǒng)必然會產(chǎn)生噪聲，當(dāng)信號的發(fā)射功率提高之后，受到系統(tǒng)傳輸產(chǎn)生的噪聲干擾就會減少。不管信號的功率多強(qiáng)，系統(tǒng)傳輸產(chǎn)生的噪聲功率基本是一樣的。誤碼率式檢測系統(tǒng)傳輸性能的一個中指標(biāo)，通過誤碼率的值，我們能看出系統(tǒng)的優(yōu)劣，如果誤碼率太高，就要適當(dāng)?shù)匦薷南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)，來改善傳輸性能，減少誤碼率。所以到目前為止，RoF系統(tǒng)算是搭建成功了，接下來就是使用MATLAB來編寫QAM調(diào)制解調(diào)模塊。 本章小結(jié)整體而言，RoF系統(tǒng)時一個比較復(fù)雜的傳輸系統(tǒng)。通過使用Optisystem構(gòu)建RoF系統(tǒng)仿真模型，并通過系統(tǒng)仿真，我們獲取了很多有用的數(shù)據(jù)，分析這些數(shù)據(jù)，我們可以看出RoF系統(tǒng)的一些傳輸特性?？梢钥闯?，影響RoF系統(tǒng)傳輸性能的主要有傳輸介質(zhì)、信號發(fā)射功率和基帶信號調(diào)制方式，通過眼圖，我們已經(jīng)看出通過光纖傳輸?shù)男盘栒`碼率很低，而改變信號接收端功率會對誤碼率產(chǎn)生很明顯的影響。而對與調(diào)制信號，主要是QAM信號，將在下一章介紹。第4章 16QAM設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在第一章里，已經(jīng)介紹了QAM調(diào)制解調(diào)原理。而且還給出了QAM調(diào)制的原理框圖。根據(jù)圖11 QAM調(diào)制框圖和圖12 QAM解調(diào)框圖，就可以進(jìn)行16QAM模塊代碼的編寫。而編寫代碼使用的則是MATLAB軟件。接著可以把16QAM代碼模塊分為16QM調(diào)制模塊和16QAM解調(diào)模塊，不過由于要在MATLAB中驗(yàn)證16QAM調(diào)制模塊的正確性，還需要再編寫星座圖模塊，來驗(yàn)證16QAM調(diào)制信號的正確性。除此之外，由于16QAM在RoF系統(tǒng)中傳輸時，無法使用Optisystem提供的眼圖觀察16QAM的系統(tǒng)誤碼率，還需要編寫測誤碼率來獲取16QAM的系統(tǒng)誤碼率信息。為了模擬系統(tǒng)信道傳輸，還應(yīng)該加入信號傳輸模塊。所以總的模塊由六個。整體代碼模塊流程如圖41。二進(jìn)制隨機(jī)信號序列信道傳輸16QAM解調(diào)16QAM調(diào)制畫星座圖測誤碼率圖41 整體模塊流程圖 16QAM調(diào)制模塊根據(jù)圖11 QAM調(diào)制模塊，在16QAM調(diào)制模塊中，主要可以分成以下幾個模塊：串并轉(zhuǎn)換模塊、2進(jìn)制轉(zhuǎn)4進(jìn)制模塊、基帶成形濾波器模塊、信號調(diào)制模塊。串并轉(zhuǎn)換模塊： I=x(1: 2: nn1)。 Q=x(2: 2:nn)。I路分量為奇數(shù)位序列，Q路分量為偶數(shù)為序列。1) 二進(jìn)制轉(zhuǎn)四進(jìn)制模塊： T = [0 1。3 2]。 %四進(jìn)制中：0~3 n = length(x)。 %算出序列長度 j = 1。 for i = 1: 2: n1。 xi=x(i: i+1)+1。 %取出長度為2的序列 yn(j) = T(xi(1), xi(2))。 %2進(jìn)制映射到4進(jìn)制 j = j + 1。 end。 yn = yn 。 %電平處理 y=yn。 for i = 1: m1。 y=[y。 yn]。 end。 y=y(:)39。 %；；；2進(jìn)制轉(zhuǎn)4進(jìn)制的原理就是0 0 表是0；0 1 表示 1；1 0 表示3；1 1表示2；這個考慮到碼間串?dāng)_，所以沒有用1 0 表示2，1 1表示3。通過使用這個映射表，將2進(jìn)制序列轉(zhuǎn)換為4進(jìn)制序列。再經(jīng)過電平處理，將4進(jìn)制的數(shù)字映射到電平上。2) 基帶成形濾波器模塊 function y=bshape(x,fs,fb,N,alfa,delay)。 %設(shè)置默認(rèn)參數(shù) if nargin 6。 delay = 8。 end。 if nargin 5 。 alfa = 。 end。 if nargin 4。 N = 16。 end。 b = firrcos(N, fb, 2*alfa*fb, fs)。 y = filter(b, 1, x)。該成形濾波器采用的是基帶升余弦成形濾波器，主要需要使用到firrcos和filter兩個matlab函數(shù)。通過這兩個函數(shù)，可以定義濾波器的截至頻率，濾波邊沿的滾降幅度，以及延時等。3) 信號調(diào)制模塊：y = I .* cos(2 * pi * fc * t) – Q .* sin( 2 * pi * fc * t)。 %調(diào)制根據(jù)調(diào)制原理公式，可以直接寫出該模塊，其中表示調(diào)制載波頻率，通過將I路信號與Q路信號，分別調(diào)制，并將兩路信號疊加，最終生成變量y，即16QAM調(diào)制輸出信號。 16QAM解調(diào)模塊16QAM解調(diào)模塊與16QAM調(diào)制模塊正好相反，是一個逆向過程。根據(jù)16QAM解調(diào)框圖，可以將16QAM解調(diào)模塊代碼分成以下幾個模塊：信號解調(diào)模塊、低通濾波模塊、4進(jìn)制轉(zhuǎn)2進(jìn)制模塊、并串轉(zhuǎn)換模塊。1) 信號解調(diào)模塊 dt = 1 / fs。 t = 0: dt: (length(y)1)*dt。 I = y .* cos(2 * pi * fc * t)。 %I路分量解調(diào) Q = y .* sin(2 * pi * fc * t)。 %Q路分量解調(diào)為抽樣頻率，dt為抽樣間隔。即每隔dt時間進(jìn)行抽樣。然后將抽取的I路信號與Q路信號同時進(jìn)行解調(diào)。然后就可以4進(jìn)制電平信號。2) 低通濾波模塊 [b, a] = butter(2, 2 * fb / fs)。 %設(shè)計(jì)巴特沃斯濾波器 I = filtfilt(b, a, I) %I路濾波 Q = filtfilt(b, a, Q)。 %Q路濾波 使用butter函數(shù)，設(shè)置濾波器的濾波截至頻率。然后對I路分量以及Q路分量同時使用filtfilt函數(shù)進(jìn)行濾波。3) 門限判決模塊 I0 = find(yn )。 yn(I0) = zeros(size(I0))。 %設(shè)置門限電平，判決 I1 = find(yn = amp。 yn )。 yn(I1) = ones(size(I1))。 I2 = find(yn = amp。 yn )。 yn(I2) = ones(size(I2))*2。 I3 = find(yn = )。 yn(I3) = ones(size(I3))*3。由于信號在傳輸過程中是以電平的形式存在，所以首先要進(jìn)行門限判決，從電平值來判斷代表的信號值。由于在前面將信號轉(zhuǎn)為電平時，把信號值0到3分別映射到電平的 ，；。所以將電平映射到數(shù)字信號值時，也應(yīng)該映射到0到3。find函數(shù)就是來判斷電信號的電平值，zeros函數(shù)表示判決其值為0，ones函數(shù)表示判決其值為1.4) 四進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制模塊 T = [0 0。 0 1。 1 1。 1 0]。 %2進(jìn)制4機(jī)制映射表 n = length(yn)。 %求序列長度 for i=1: n。 xn(i,:) = T(yn(i)+1, :)。 %映射 end。 xn = xn39。 xn = xn(:)。 xn = xn39。與2進(jìn)制轉(zhuǎn)4進(jìn)制類似，4進(jìn)制轉(zhuǎn)2進(jìn)制也是一個映射過程，就是將一個4進(jìn)制的信號值轉(zhuǎn)換為2bit的二進(jìn)制序列。由于在2進(jìn)制轉(zhuǎn)4進(jìn)制時，是將0 0 映射到0，0 1 映射到 1，1 0 映射到3，1 1 映射到2。所以在4進(jìn)制到2進(jìn)制的轉(zhuǎn)換中，就是將0映射到 0 0，1映射到0 1，2映射到1 1，3映射到1 0。5) 并串轉(zhuǎn)換模塊 nn = length(xn)。 %求其長度 xn = [xn(1: nn/2)。 xn(nn/2+1: nn)]。 %獲得一路信號 xn = xn(:)。 xn = xn39。 %調(diào)整序列中各位的原來位置 由于在之前進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換時，將隨機(jī)信號以奇數(shù)位和偶數(shù)位方式分開，所以在信號合并時，就需要將I路信號安排在奇數(shù)位，將Q路信號安排在偶數(shù)位，實(shí)現(xiàn)兩路信號的合并。其方法如代碼所示，先用一個行數(shù)為2的矩陣來裝下兩路信號，再將兩路信號合成成一路信號，再調(diào)整信號序列的位置，這樣就能重組該信號序列，獲得正確的二進(jìn)制序列。 星座圖模塊在多元調(diào)制技術(shù)當(dāng)中，眼圖是一種重要的測量方式。它能夠在信號空間當(dāng)中顯示信號所在位置[23]，所以能夠提供具體的、直觀的顯示結(jié)果，便于我們來觀察系統(tǒng)傳輸特性。在星座圖當(dāng)中，我們可以觀察到系統(tǒng)的功率利用率和頻率利用率是否充分利用?？梢钥吹?，在特定調(diào)制方式下信號空間中信號的排列與分布情況[24]。經(jīng)過系統(tǒng)傳輸后，調(diào)制信號的最小距離能否保證誤碼率要求，也能通過星座圖觀察得到。在星座圖當(dāng)中，可以用X軸表示16QAM的同相分量，用Y軸表示16QAM的正交分量。在XY平面上信號的分布即是星座圖。部分代碼如下。 N = length(x)。 m = 2*fs/fb。 n=fs/fc。 i1=mn。 i=1。 ph0=(i11)*2*pi/n。 while i = N/m。 xi=x(i1:i1+n1)。 y=2*fft(xi)/n。 C(i)=y(2)。 i=i+1。 i1=i1+m。 end。由于QAM調(diào)制信號是相位幅度聯(lián)合調(diào)制信號，如果要使用這個信號來作為輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制星座圖，則要先將16QAM調(diào)制信號進(jìn)行處理，獲得我們所需要的數(shù)據(jù)。以上代碼就是實(shí)現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換的代碼，x為輸入信號，ph0為原始相位，通過轉(zhuǎn)換就可以獲得數(shù)據(jù)矩陣C。 cmax=max(abs(c))。 ph=(0:5:360)*pi/180。 %相位序列 plot(*cos(ph),*sin(ph),39。c39。)。 %繪制一個圓形 hold on。 for i=1:length(c)。 ph=ph0angle(c(i))。 %相位值 a=abs(c(i))/cmax*。 plot(a*cos(ph),a*sin(ph),39。r*39。)。 %將數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制到圖中 end。前面的代碼部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，接下來就可以使用這個數(shù)據(jù)作為繪制星座圖的數(shù)據(jù)。經(jīng)過相位轉(zhuǎn)換后，就可以通過繪圖函數(shù)，將該相位點(diǎn)繪制到圖中，由于是調(diào)制信號是I路信號與Q路信號的疊加，而兩路信號都是由2bit為碼元。所以調(diào)制信號為4bit的碼元，所以星座圖中的繪制點(diǎn)有16個[25]。隨著功率的增加，星座圖中的各個點(diǎn)處的點(diǎn)集合會越來越集中，直到集中成為真正的一個點(diǎn)。這時誤碼率幾乎為0。 測誤碼率模塊系統(tǒng)誤碼率是檢測系統(tǒng)的傳輸性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。而測誤碼率的原理也比較簡單，就是將QAM解調(diào)端的二進(jìn)制序列與信號源的二進(jìn)制序列進(jìn)行逐個比較，如果不相等就是說明出現(xiàn)誤碼情況，這樣統(tǒng)計(jì)出總的誤碼數(shù)與序列長度之比，即是誤碼率。代碼如下。 numoferr=0。 %初始化誤碼數(shù)為0 for i=1:N if (y_output(i) ~= random_binary(i)), %通過比較判斷是否出現(xiàn)誤碼[26] numoferr = numoferr+1。 end。 end。 Pe(j)=numoferr/N。 %統(tǒng)計(jì)誤碼率y_output為QAM解調(diào)輸出信號，random_binary為信號源的二進(jìn)制信號，N為二進(jìn)制序列長度，通過不斷比較，統(tǒng)計(jì)誤碼數(shù)，最后獲取誤碼率值。 隨機(jī)序列產(chǎn)生模塊由于要在MATLAB軟件中測試所編寫代碼的正確性，需要一個信號源作為16QAM調(diào)制的輸入信號，而MATLAB里面并未提供這樣的函數(shù)，所以我們要自己編寫這樣一個函數(shù)。其原理也是比較簡單，就是選用MATLAB提供的隨機(jī)函數(shù)，通過一個隨機(jī)過程產(chǎn)生0或1，作為序列的值。代碼如下。 for i=1:N, temp=rand。 %獲取隨機(jī)值 if (temp), random_binary(i)=0。 % 1/2的概率輸出為0else random_binary(i)=1。 % 1/2的概率輸出為1 end end。rand是MATLAB提供的函數(shù)，可以產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)，temp是獲取這個隨機(jī)數(shù)。然后判斷這個隨機(jī)數(shù)的值，則給序列的某一位賦值0，否則賦值1。如此循環(huán)N次，即序列長度，就可以給序列的每一位都賦值，而每一位的值都是隨機(jī)的0或者1，隨意產(chǎn)生的是一個隨機(jī)序列。 信道傳輸模塊信道傳輸模塊是模擬調(diào)制信號在傳輸介質(zhì)中傳輸?shù)哪K。由于在MATLAB中無法使用實(shí)際的信道，所以只能模擬出來這個模塊。在這個模塊中，主要是作用是在調(diào)制信號中混雜一些噪聲，來觀察接收端解調(diào)效果和傳輸?shù)恼`碼率[26]。以此來檢驗(yàn)編寫的所有模塊連接后，是