【正文】 ................................................................................ 36 3 前言 隨著 通信 業(yè)迅速的發(fā)展，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)越來越不能滿足當(dāng)前用戶的要求，而 可用頻譜資源有限，業(yè)不能靠無限增加頻道數(shù)目來解決系統(tǒng)容量問題。但 由于 圖像 通信比電話需要更大的信道容量 。 如今每一天大約有 15 萬人成為新的無線用戶，全球范圍內(nèi)的無線用戶數(shù)量目前已經(jīng)超 過 2億。他們使用無線 通信 技術(shù)的方式和他們自身的工作一樣都在不斷地更新。所以了解和掌握衰落信道中無線通信系統(tǒng)的性能成為一個關(guān)鍵問題。 正交幅度調(diào)制（ QAM）信號采用了兩個正交載波 tftf cc ?? 2s in2co s 和 ，每一個載波都被一個獨(dú)立的信息比特序列所調(diào)制。例如一個 16 位正交幅度調(diào)制信號的星座圖如下圖所示，該星座是通過用 M＝ 4PAM信號對每個正交載波進(jìn)行振幅調(diào)制得到的。 QAM 可以看成是振幅調(diào)制 和相位調(diào)制的結(jié)合。圖 12給出了 QAM調(diào)制器的框圖。因此 r(t)可以表示（ 13）式 ： )()2s i n ()()2c o s ()()( tnftgAftgAtr cTmscTmc ????? ???? （ 13） 其中 ? 是載波相位偏移，且 n(t)表示為（ 14） 所示 ： tftntftntn cscc ?? 2)(2c o s)()( ?? （ 14） 將接收信號與下述兩個相移函數(shù) 式（ 15）和（ 16） 進(jìn)行相關(guān) 運(yùn)算 )2c o s ()()(1 ??? ?? tftgt cT （ 15） )2s i n ()()(2 ??? ?? tftgt cT （ 16） 如圖 13 所示，相關(guān)器的輸出抽樣后輸入判決器。 6 圖 13 QAM信號的解調(diào)和判決 假設(shè)圖中所示的時鐘與接收信號同步，以使相關(guān)器的輸出在適當(dāng)?shù)臅r刻及時被抽樣。 最佳判決器計算距離量度 表示為（ 111）式所示 ： 2),( mm srsrD ?? Mm ,...2,1? （ 111） QAM 的誤碼性能 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)。因?yàn)橄辔徽环至可系男盘柲鼙幌喔膳袥Q極好的 分離，所以易于通過 PAM的誤碼率確定 QAM的誤碼率。通過適當(dāng)調(diào)整 M 進(jìn)制 PAM系統(tǒng)的誤碼率，可得 式（ 113）所示 ： )13()11(2 0NEMQP avMM ??? （ 113） 其中 0NEav是每個符號的平均信噪比。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 k? 1 誤碼率的嚴(yán)格上限 表示為（ 115）所示 ： 20)1(3211???????????? NMEQP avM （ 116） 0)1(34 NM kEQ av b?? 其中 0NEavb是每比特的平均信噪比。而描述這樣一種信道的常用信道模型便是瑞利衰落信道 。這種模型假設(shè)信號通過無線信道之后，其信號幅度是隨機(jī)的， 表現(xiàn)為 “衰落 ”特性 ，并且 多徑衰落的信號 包絡(luò)服從 瑞利分布 。 這一信道模型能夠描述由電離層和對流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán)境。 假設(shè)經(jīng)反射（或散射）到達(dá)接收天線的信號為 N 個幅值和相位均隨機(jī)的且統(tǒng)計獨(dú)立的信號之和。多徑衰落信道模型框圖如圖 21所示： 9 圖 21 多徑衰落信道模型框圖 假設(shè)經(jīng)反射（或散射）到達(dá)接收天線的信號為 N個幅值和相位均隨機(jī)的且統(tǒng)計獨(dú)立的信號之和。 串并變換的規(guī)則是根據(jù)序列編號的 12 奇偶行，將編號為奇的碼元編成一路信號，將編號為偶的碼元編成一路信號。這里選擇的映射關(guān)系如下所示： 映射前數(shù)據(jù) 雙極性 電平 /V 00 1 1 3 01 1 1 1 13 10 1 1 1 11 1 1 3 根據(jù)以上的映射關(guān)系，可得到上下支路分別 為上支路 d_NRZ1： 1 1 1 1； 下支路 d_NRZ2： 1 1 1 1； 24電平轉(zhuǎn)換信號： 上支路 d_NRZ1： 1 1 1 1 24電平轉(zhuǎn)換后： 3 1 下支路 d_NRZ2： 1 1 1 1 24電平轉(zhuǎn)換后： 3 1 0 2 4 6 8432101234時間 ( S )幅度2 4 電平轉(zhuǎn)換后上支路信號時域波形圖0 2 4 6 8432101234時間 ( S )幅度2 4 轉(zhuǎn)換后下支路信號時域波形圖 圖 43 24電平轉(zhuǎn)換后上下支路信號時域波形圖 這里 4電平信號的碼元傳輸速率已降為 Rb/4 增加載波 在本課題中， 選用的載波 是載波幅度 A=1，載波頻率 fc=2Hz,上支路 分量的載波是 h1t=A*cos(2*pi*fc*t),正交分量的載波是 h2t=A*sin(2*pi*fc*t) 。上下支路信號加載波后的圖形如圖 44 所示： 0 2 4 6 8432101234時間 ( S )幅度上支路已調(diào)信號時域波形圖0 2 4 6 8432101234時間 ( S )幅度下支路已調(diào)信號時域波形圖 圖 44上下支路調(diào)制信號時域波形圖 調(diào)制信號形成 上下支路調(diào)制信號形成后，將兩個分量相加，既可得到 16QAM 調(diào)制信號，如 下 圖 45 所示： 15 0 1 2 3 4 5 6 7 842024時間 ( S )幅度已調(diào)信號時域波形圖 1 0 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 4 0 2 0020頻率 ( H z )功率譜密度(dB/Hz)已調(diào)信號功率譜圖 圖 45 已調(diào)信號波形圖 16QAM 調(diào)制信號的噪聲疊加 本次仿真采用的噪聲是高斯白噪聲，這是一種最常見的噪聲，白噪聲的功率譜密度在所有頻率上均為一常數(shù)，且僅 在 t=0 時才相關(guān)，而在任意兩個時刻的隨機(jī)變量都是不相關(guān)的。 y = wgn(m,n,p) 產(chǎn)生一個 m 行 n 列的高斯白噪聲的矩陣， p 以 dBW 為單位指定輸出噪聲的強(qiáng)度。本文所采用的解調(diào)器原理為相干解調(diào)法，即已調(diào)信號與載波相乘，送入到低通濾波器，其對應(yīng)原理圖中信號輸入并與載波相乘后通過 LPF 的部 分，輸出送入到判決器判決， 再經(jīng) 42 電平轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換即可得到解調(diào)信號。巴特沃斯低通濾波器的標(biāo)準(zhǔn)形式為： [b,a]=butter(N,W0)。 N 表示要選取的低通濾波器的階數(shù)， W0表示濾波器的截止頻率， [b,a]為濾波器返回的特性參數(shù)。整個函數(shù)表示信號通過濾波 器的過程。 17 42 電平轉(zhuǎn)換是 24 電平轉(zhuǎn)換的逆過程，其映射關(guān)系如下圖 47 所示 ： 映射前數(shù)據(jù) 電平 /V 雙極性 3 00 1 1 1 01 1 1 1 10 1 1 3 11 1 1 0 2 4 6 842024時間 ( S )幅度上支路抽樣判決后信號時域波形圖0 2 4 6 842024時間 ( S )幅度下支路抽樣判決后信號時域波形圖0 2 4 6 842024時間 ( S )幅度上支路 4 2 變換后信號時域波形圖0 2 4 6 842024時間 ( S )幅度下支路 4 2 電平變換后信號時域波形圖 圖 47上下支路抽樣判決及 42轉(zhuǎn)換后信號時域波形圖 并串轉(zhuǎn)換 經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換即可得到解調(diào)信號，采用循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)， for s=1:N/2 ddd(2*s1)=dd111111(s)。 end 18 將兩路并聯(lián)信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換成為一路信號，下圖為基帶信號和解調(diào)信號的對比及它們的頻率譜密度圖 如圖 48 所示 ： 0 2 4 6 842024時間 ( S )幅度基帶信號時域波形圖 1 0 5 0 5 10 4 0 2 0020頻率 ( H z )功率譜密度(dB/Hz)基帶信號功率譜圖0 2 4 6 842024時間 ( S )幅度解調(diào)信號時域波形圖 P n = 1 0 d B 1 0 5 0 5 10 4 0 2 0020頻率 ( H z )功率譜密度(dB/Hz)解調(diào)信號功率譜圖 P n = 1 0 d B 圖 48基帶與解調(diào)信號 可以看出，并沒有錯碼，可見本次仿真是成功的 。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： ])(1l o g3[)11(022 nEL Le r f cLP be ??? (411) 式中， ML? ， Eb 為每碼元能量， n0為噪聲單邊功率譜密度。 20 總結(jié) 通信綜合訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。 在設(shè)計過程中困難有 很多，其主要表現(xiàn)在不熟練軟件編程。 不做系統(tǒng)，許多細(xì)小的環(huán)節(jié)是注意不到的，而這諸多環(huán)節(jié)往往影響你整個系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這一切告訴我 做任何事情必須從全局出發(fā)，并且要注意其中的任何一個細(xì)節(jié)。 out=zeros(M,N)。 out=reshape(out,1,M*N)。 dt=