【正文】 Changsha 410082。當然還是要感謝家人，在我做畢設的時候，總是時常的關心我，給我支持。這個過程很艱辛，我覺得我能完成畢業(yè)設計，最應該感謝的還是導師，沒有導師的指導，我很難完成這個畢業(yè)設計，畢竟我的知識還是有限的，而導師則學識淵博，所以很感謝導師耐心的指導。回想起來這真是個很漫長的過程。通過這個學習過程，我也掌握了如何使用Optisystem和MATLAB，并且懂得如何去聯(lián)合調制。16QAM的代碼模塊主要包括16QAM編碼模塊，16QAM解碼模塊，星座圖模塊。所以新型調制技術也就隨之出現(xiàn)，新型調制格式不僅能提高傳輸?shù)乃俾?，而且還沒有降低傳輸性能，這正是符合高速傳輸系統(tǒng)的需求。在不同功率下的眼圖，也說明了功率與誤碼率的這一關系。圖58 功率誤碼率曲線圖以下不同功率衰減下，16QAM調制信號接收端的眼圖。由圖58的功率誤碼率曲線關系可知，隨著功率的不斷降低，系統(tǒng)誤碼率不斷的增大?？梢钥闯觯鶐盘栴l率對系統(tǒng)傳輸誤碼率影響也比較大。而從發(fā)送端與接收端的頻譜圖，可以看出調制信號的頻譜出現(xiàn)了偏移，發(fā)送端的中心頻譜是3MHz，而在接收端的頻譜圖中，中心頻譜則是在4MHz。以下是仿真結果的各個圖。而信號源的二進制序列長度不要太長，1024比特就差不多了，太長了會影響仿真速度，要等半天，而太短也不好，仿真結果可能波動比較大。經(jīng)過改造，嵌入MATLAB Component組件之后，產生了一個新的RoF系統(tǒng)，其系統(tǒng)仿真圖與原來的類似，但是也略有不同。代碼就兩句話，可以直接寫在MATLAB Component的Run mand里面，命令如下。 %Sequence部分為二進制隨機序列 sig_length = length(random_signal)。 %載波頻率在以上代碼中，參數(shù)Parametr0、ParametrParametr2是RoF系統(tǒng)中的全局變量，與在信號調制時是一樣的，而第一行代碼比較關鍵，它正是需要的16QAM調制信號，因為該模塊是星座圖模塊，星座圖需要繪制的信號圖形就是16QAM調制信號。 x = 。 %載波頻率 y = 。所以其數(shù)據(jù)參數(shù)和信號輸入代碼如下。 %信號為時域信號 = y。代碼如下。 %載波頻率 Kbase = Parameter2。 Binary = 。通常這些都是在信號源里設置好，在RoF系統(tǒng)中，這些主要由系統(tǒng)設置，作為全局變量，而MATLAB Component組件中只要獲取這些信息就可以。所以關鍵是處理Electrical signal的Sampled部分。 Ey ]CentralFrequencyCentral frequencyFrequency | Time[ frequency array ] | [ time array ][ struct ]Parameterized[ struct ]Noise[ struct ]IndividualSample[ struct ]Channels[ channels array ]對于Optical信號，我們并未對它進行處理，因為它的處理過程都是由系統(tǒng)幫忙處理的，所以我們不必深入了解，只要知道它有這些結構就好。在Optisystem中，都已經(jīng)定義好了這三種信號類型的數(shù)據(jù)結構，對于每個數(shù)據(jù)結構，都已經(jīng)進行詳細的定義。不過好像要在代碼重新設置才能生效。其中包括一些重要信息。圖中的信號類型是Binary類型[28]。而RoF系統(tǒng)與這些模塊的橋梁就是Optisystem的MATLAB組件[27]。通過學習，已經(jīng)掌握了調試技巧。繪制的信噪比與誤碼率關系曲線如圖43所示。接下來是星座圖，在圖42(c)中，顯示的是一個16QAM星座圖，圖中有16個點，而且每個點都很清晰，沒有出現(xiàn)一堆的點集中在一個區(qū)域的情況，說明該信號誤碼率很低，而且每個點之間的間隔都相同，而且最小間隔都算比較大，這樣可以保證誤碼率比較低，而且說明系統(tǒng)的功率利用率比較高，頻帶利用率比較高。然后將已經(jīng)加入噪聲的調制信號作為16QAM解調模塊的輸入，觀察解調出來的信號的誤碼率和失真情況。 %加入不同強度的高斯白噪聲 y_output=qamdet(y_add_noise,fs,fb,fc)。在這個模塊中，主要是作用是在調制信號中混雜一些噪聲，來觀察接收端解調效果和傳輸?shù)恼`碼率[26]。然后判斷這個隨機數(shù)的值，則給序列的某一位賦值0，否則賦值1。 %獲取隨機值 if (temp), random_binary(i)=0。 隨機序列產生模塊由于要在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)。 end。而測誤碼率的原理也比較簡單，就是將QAM解調端的二進制序列與信號源的二進制序列進行逐個比較，如果不相等就是說明出現(xiàn)誤碼情況，這樣統(tǒng)計出總的誤碼數(shù)與序列長度之比，即是誤碼率。所以調制信號為4bit的碼元，所以星座圖中的繪制點有16個[25]。)。 ph=ph0angle(c(i))。c39。以上代碼就是實現(xiàn)這個轉換的代碼，x為輸入信號，ph0為原始相位，通過轉換就可以獲得數(shù)據(jù)矩陣C。 i=i+1。 while i = N/m。 n=fs/fc。在XY平面上信號的分布即是星座圖。在星座圖當中，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。 %調整序列中各位的原來位置 由于在之前進行串并轉換時，將隨機信號以奇數(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，實現(xiàn)兩路信號的合并。 %求其長度 xn = [xn(1: nn/2)。與2進制轉4進制類似，4進制轉2進制也是一個映射過程，就是將一個4進制的信號值轉換為2bit的二進制序列。 %映射 end。 1 0]。所以將電平映射到數(shù)字信號值時，也應該映射到0到3。 I3 = find(yn = )。 yn(I1) = ones(size(I1))。3) 門限判決模塊 I0 = find(yn )。 %設計巴特沃斯濾波器 I = filtfilt(b, a, I)即每隔dt時間進行抽樣。 t = 0: dt: (length(y)1)*dt。 %調制根據(jù)調制原理公式，可以直接寫出該模塊，其中表示調制載波頻率，通過將I路信號與Q路信號，分別調制，并將兩路信號疊加，最終生成變量y，即16QAM調制輸出信號。 y = filter(b, 1, x)。 if nargin 4。 end。再經(jīng)過電平處理，將4進制的數(shù)字映射到電平上。 end。 %電平處理 y=yn。 %取出長度為2的序列 yn(j) = T(xi(1), xi(2))。 %四進制中：0~3 n = length(x)。 Q=x(2: 2:nn)。所以總的模塊由六個。而編寫代碼使用的則是MATLAB軟件。而對與調制信號，主要是QAM信號，將在下一章介紹。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調制解調模塊。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。圖39 功率誤碼率圖由圖39的功率誤碼率曲線關系可知，隨著功率的不斷降低，系統(tǒng)誤碼率不斷的增大。而在抽樣的時候，信號未出現(xiàn)很大的失真。 (a) 10km的光纖長度 (b) 100km的光纖長度 圖37 接收端信號眼圖從圖圖37(a)和37(b)中可以看出，隨著光纖的不斷變長，系統(tǒng)傳輸接收端眼圖變得越來越差，即誤碼率越來越大，由于通過10km和100km眼圖的對比，可以看出，系統(tǒng)誤碼率上升的不是很快，這主要得益于光纖的低功耗特性，而在RoF網(wǎng)絡系統(tǒng)中，傳輸距離很少超過這個距離，所以光纖損耗可以忽略不計。 (a) 40dB的衰減功率 (b) 50dB的衰減功率圖36 接收端的信號眼圖從圖36(a)、圖36(b)可以看出，隨著衰減器的衰減值的增大，即接收端功率的不斷降低，系統(tǒng)的接收端眼圖也越來越差，而眼圖是衡量系統(tǒng)傳輸性能的標準，即測試系統(tǒng)誤碼率的標準。從圖35(a)和圖35(b)可以看出，調制信號經(jīng)過系統(tǒng)傳輸后，出現(xiàn)了明顯的被干擾得現(xiàn)象，這是因為系統(tǒng)傳輸必然會產生噪聲，影響接收端的信號的質量。 頻譜圖通過系統(tǒng)仿真，獲得調制信號輸出端與系統(tǒng)接收端未去噪聲和去噪聲后的頻譜圖如圖34(a)、圖34(b)和圖34(c)所示。圖33 RoF系統(tǒng)仿真結構圖在這個RoF系統(tǒng)中，設置波特率為10Mbit/s，二進制序列長度為1024bit，載波速率要高一點，為6GHz。我們在仿真中的處理是將輸入信號簡化為一串串長度固定的二進制序列，然后將二進制信號進過一個基帶調制模塊，生成調制信號，再將這個信號與高頻載波混頻，然后通過直接調制的方式，進過激光器，將電信號轉換為光信號，然后通過光纖傳輸，在接收端再添加光電轉換器，即光電檢測器檢測，重新獲取電信號，即調制信號。由于PIN光電二極管具有響應速度快、工作電壓較低、轉換線性度好等優(yōu)勢，所以選擇PIN光電二極管作為光電轉換部分。外調制模式是通過將激光器的輸出光引入外調制器，以調制信號來控制外調制器，通過外調制器的物理效應來改變輸出光的強度等參數(shù)。電光轉換光電轉換微波收發(fā)信號分離裝置光纖饋電線路微波衰減器 微波收發(fā)信號共用裝置微波放大器主機天線光電光轉換光電轉換微波衰減器微波放大器光纖饋電線路圖31 RoF系統(tǒng)結構圖在這個RoF傳輸系統(tǒng)中，由于主機發(fā)射功率過大，如果直接調制和光電轉換，很有可能損壞器件，因此要在微波信號發(fā)送端與電光轉換之間添加一個衰減器，來減低信號功率。而光電轉換器件就是實際的光電探測器，完成光信號到電信號的轉換。而由于傳輸介質又是光纖，傳輸過程中的功率消耗將大大降低，所以總的功率消耗也會大大降低。4) 便于維護和安裝：由于RoF系統(tǒng)的結構就是將簡單設備放在基站，將復雜設備放在中心站。高帶寬帶來的好處是顯而易見的，可以很容易地使用頻率的上下轉換和濾波等信號處理。而光纖的特性就是低損耗，所以當傳輸距離比較遠的時候，信號的傳送功率會比較小。所以固定長度的光纖里，隨著頻率提高，接收端的射頻功率會非周期性減少。當光信號中不同頻率部分傳輸時速度不一樣，就會產生色散現(xiàn)象。以此，對于相干探測的使用不多。光探測器分為對相位調制信號的檢測，對強度調制信號的直接檢測和想干檢測。在實現(xiàn)上，直接調制技術也有兩個方向，模擬調制與數(shù)字調制[18]。而在實現(xiàn)過程中，有兩種外調制器，分別是強度調制和相位調制。光調制技術包括外調制與直接調制。其中RoF的簡單鏈路包括光調制技術、光探測器和長距離傳輸時光纖色散的影響。圖21 RoF的網(wǎng)絡結構圖當信號是下行傳輸時，剛開始在中心節(jié)點，要利用全光技術和光器件對信號進行調制，然后進行光電轉換。第2章 RoF技術分析RoF技術是一種新型傳輸技術，它是利用光纖替代原來的大氣進行信號傳輸[15]。第三章使用Optisystem軟件建立光載無線通信系統(tǒng)，并且測試系統(tǒng)接收端的信號 誤碼率，通過獲取不同工功率下的誤碼率來繪制功率誤碼率曲線，測試RoF系統(tǒng)的性能。 (113)調制信號通過帶通濾波器后，帶寬變?yōu)?B，所以QAM信號的系統(tǒng)頻帶利用率表達式如式（114）[14]。 頻帶利用率為輸入調制器的基帶二進制信號序列，經(jīng)過串并轉換后，將信號一分為二，所以兩路信號的比特率都是2分之一的比特率,再經(jīng)過2進制轉L進制的電平轉換后，傳輸?shù)拇a率就變?yōu)?，其中L為M進制的平方根。 (111)式111中，為平均信噪比。所以能夠獲得M進制QAM的判決概率如下。由于方型星座圖比較容易產生PAM信號且容易解調，所以應用比較廣泛。所以，從數(shù)學上看，該解調方法是正確的。假設通信信道為理想信道，QAM解調的數(shù)學公式如式16和式17。根據(jù)QAM解調原理，設計出的QAM解調器原理框圖如圖12。 (12)令 (13)將式（13）代入（12）中，得 (14)QAM調制信號中的振幅和表示如（15）。 QAM調制及解調原理QAM調制是振幅相位聯(lián)合調制技術，實質上，QAM調制是抑制載波的雙邊帶調制，它是利用正交的單頻載波對獨立的兩路基帶信號進行相位與幅度聯(lián)合調制[12]。在相位調制格式中，最經(jīng)常使用的是DPSK，它的頻譜寬度是在RZ碼與NRZ碼之間的，而且相對與RZ碼，有著更高的頻譜效率，