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正文內(nèi)容

基于simulink的qam調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)(編輯修改稿)

2024-07-16 12:39 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 電平轉(zhuǎn)換2 到 L電平轉(zhuǎn)換預(yù)調(diào)制LPF預(yù)調(diào)制LPF∑tcos?in圖 21 QAM 信號解調(diào)原理圖圖中,輸入二進(jìn)制序列經(jīng)過串∕并轉(zhuǎn)換輸出速率減半即 的兩路并行序列,再分別2Rb經(jīng)過 2 到 L 電平的轉(zhuǎn)換,形成了 L 電平的基帶信號。該 L 電平的基帶信號還要經(jīng)過預(yù)調(diào)制低通濾波器,是為了抑制已調(diào)信號的帶外輻射,經(jīng)過 LPF 后形成 X(t)和 Y(t),再分別對同向載波和正交載波相乘,最后將兩路信號加即得到 QAM 信號。 QAM 解調(diào)原理MQAM 信號可以采用正交相干解調(diào)方法,其解調(diào)器原理如圖 22 所示:載波恢復(fù) 定時恢復(fù) 并∕串轉(zhuǎn)換LPFLPF多電平判決多電平判決L 到 2 電平轉(zhuǎn)換L 到 2 電平轉(zhuǎn)換圖 22 MQAM 信號相干解調(diào)原理圖解調(diào)器輸入信號與本地恢復(fù)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(jìn)行判決和檢測,這里需5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(zhuǎn)換和并/串變換器,最終輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 MQAM 信號星座圖信號矢量的端點(diǎn)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(diǎn)的分布成方形,故稱之為方形 16QAM 星座圖,也稱為標(biāo)準(zhǔn) 16QAM 星座圖。在圖 23(b)中信號點(diǎn)的分布成星型,故稱為星型 16QAM 星座。 (0,)(0,)(,0) (,0)(0,)(0,)(,0)(,0)(b)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: 6圖 24  MQAM 信號星座圖其中 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(jìn)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(diǎn)之間的最小距離滿足下式 (2Msin2dPSK??4) (21LQA?5)式中,L 為星座圖上信號點(diǎn)在水平軸和垂直軸上投影的電平數(shù), 。2L?7xyA Ayx16QAM 16PSK圖 25 16QAM 和 16PSK 的星座圖當(dāng) M=16 時,可以計(jì)算得出 , , > ,星座圖中,?QAM16d?PSK16dQAM16dPSK16兩個信號點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diào)。對于 M= 下的矩形信號星座圖(k 為偶數(shù)) ,QAM 信2號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個信號點(diǎn)。因?yàn)橄辔徽环至可系男盘柲鼙幌喔膳袥Q極好的分離,所以易于通2kM?過 PAM 的誤碼率確定 QAM 的誤碼率。M 進(jìn)制 QAM 系統(tǒng)正確判決的概率是: (26)2)1(McP??式中 是 進(jìn)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MP正交信號中的一半平均功率。通過適當(dāng)調(diào)整 M 進(jìn)制 PAM 系統(tǒng)的誤碼率,可得 (27))NE13(Q)1(2P0av???其中 是每個符號的平均信噪比。因此 M 進(jìn)制 QA M 的誤碼率為0avNE8 (28)2MM)P1(?? 當(dāng) k 為偶數(shù)時,MQAM 對于 M= k情形時精確的,而當(dāng) k 為奇數(shù)時,就找不到等價的 進(jìn)制 PAM 系統(tǒng)。如果使用最佳距離量度進(jìn)行判決的最佳判決器,可以求出任意Mk?1 誤碼率的嚴(yán)格上限 20)1(321?????????NEQPavM (29)0)(4kavb其中 是每比特的平均信噪比。0avNE3 QAM 調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)與仿真 Simulink 軟件Simulink是一個與 MATLAB軟件融為一體實(shí)現(xiàn)對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行模擬、仿真和分析的應(yīng)用軟件。它是以框圖編程為基礎(chǔ)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(shí)現(xiàn)的,通過對這些基本模塊的調(diào)用,再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型() ,就可以進(jìn)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(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的模塊。9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(xué)運(yùn)算模塊,模型確認(rèn)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(xué)運(yùn)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 Simulink 建模與仿真建模的步驟如下: (1)首先確定一個設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖,這個系統(tǒng)框圖是描述系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、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(yùn)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(jié)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。10 (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(biāo)指向所需的信源模塊(如正弦波信源 sine wave),按下鼠標(biāo)左鍵,把它拖至 Untitled 窗口中,就生成一個正弦波信源復(fù)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(biāo)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(biāo)左鍵,把鼠標(biāo)箭頭拉到第二個模塊的輸入端口,這是鼠標(biāo)箭頭變成雙十字叉,放開鼠標(biāo)鍵。或者是用鼠標(biāo)選中源模塊,按下 Ctrl 鍵的同時單擊目標(biāo)模塊。構(gòu)建好一個系統(tǒng)的模型之后,接下來的事情就是運(yùn)行模型,得出仿真結(jié)果。運(yùn)行一個仿真的完整過程分成三個步驟:設(shè)置仿真參數(shù),啟動仿真和仿真結(jié)果分析。設(shè)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(shè)置。設(shè)置仿真參數(shù)和選擇解法器之后,就可以啟動仿真而運(yùn)行。選擇 Simulink 菜單下的 start選項(xiàng)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(shè)置無誤,則開始仿真運(yùn)行,結(jié)束時系統(tǒng)會發(fā)出一鳴叫聲。 QAM 調(diào)制模塊 建模與仿真前面介紹了QAM的調(diào)制解調(diào)和Simulink的基本知識,以及實(shí)現(xiàn)通信仿真的基本操作。本文就以16QAM
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