【正文】 2。因?yàn)樵诮庹{(diào)器中可以將相位正交的兩個(gè)信號(hào)分量完全分開，所以 QAM 的錯(cuò)誤概率可以由 PAM 的錯(cuò)誤概率求得。因此， 16QAM 的錯(cuò)誤概率是 24 )1(1 PPe ??? 具體的源代碼如下： M = 16。 n = 3e4。 xsym = bi2de(reshape(x,k,length(x)/k).39。leftmsb39。 y = qammod(xsym,M)。 EbNo =5::10。 24)1( PPc ??ynoisy = awgn(ytx,snr,39。)。 zsym = qamdemod(yrx,M)。leftmsb39。 z = reshape(z.39。 [number(i),Pe(i)] = biterr(x,z)。 semilogy(EbNo,Pe,39。,39。,2)。 semilogy(EbNo,theoryBer,39。,39。,2)。theory39。simulation39。 xlabel(39。) ylabel(39。) title(39。) MQAM 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析 圖 3 0、 1等概分布的隨機(jī)信號(hào)波形圖 圖 4 16QAM星座圖 從上邊的星座圖上可以清楚的看到，任意相鄰的兩個(gè)點(diǎn)之間它們對應(yīng)的 4 個(gè) bit 中只有一個(gè)有差別，也就是格雷碼的特點(diǎn)。 圖 5 經(jīng)過插值后的兩路信號(hào)波形圖 I路和 Q 路信號(hào)經(jīng)過平方根升余弦濾波器后，成形后的波形如圖 6所示 圖 6 通過平方根升余弦濾波器后的兩路信號(hào) 圖 7 載波調(diào) 制信號(hào)展開圖 圖 8 加入高斯白噪聲的兩路信號(hào)波形 圖 9 經(jīng)過匹配濾波器后的波形 將 采樣的數(shù)據(jù)映射到星座圖上 圖 10 星座圖 圖 11 解調(diào)出來的序列 從圖 11 中可以看出解調(diào)出來的信號(hào)與輸入信號(hào)圖 3基本一致。 OFDM 基本原理 一個(gè)完整的 OFDM 系統(tǒng)原理如圖 1所示。 圖 1 OFDM 系統(tǒng)原理框圖 在發(fā)送端，輸入的高比特流通過調(diào)制映射產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換變成 N 條并行的低速子數(shù)據(jù)流，每 N個(gè)并行數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè) OFDM 符號(hào)。為了在接收端有效抑制碼間干擾 (InterSymbol Interference， ISI)，通常要在每一時(shí)域 OFDM 符號(hào)前加上保護(hù)間隔 (Guard Interval， GI)。 接收端將接收的信號(hào)進(jìn)行處理，完成定時(shí)同步和載波同步。除去循環(huán)前綴 (CP)經(jīng) FFT 變換后的信號(hào)可表示為： （ 4） 式中： H(m)為信道 h(n)的傅里葉轉(zhuǎn)換； Z(m)為符號(hào)間干擾和載波間干擾 z(n)的傅里葉變換； W(m)是加性高斯白噪聲 w(n)的傅里葉變換。 圖 2 OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型 從 OFDM 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型可以看出，輸入已經(jīng)過調(diào)制的復(fù)信號(hào)經(jīng)過串／并變換后，進(jìn)行 IDFT 或 IFFT 和并 ／串變換，然后插入保護(hù)間隔，再經(jīng)過數(shù)／模變換后形成 OFDM調(diào)制后的信號(hào) s(t)。 保護(hù)間隔和循環(huán)前綴 保護(hù)間隔 (GI) 無線多徑信道會(huì)使通過它的信號(hào)出現(xiàn)多徑時(shí)延，這種多徑時(shí)延如果擴(kuò)展到下一個(gè)符號(hào)，就會(huì)造成符號(hào)問串?dāng)_，嚴(yán)重影響數(shù)字信號(hào)的傳輸質(zhì)量。通過把輸入的數(shù)據(jù)流經(jīng)過串／并變換分配到N個(gè)并行的子信道上，使得每個(gè)用于去調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)符號(hào)周期可以擴(kuò)大為原始數(shù)據(jù)符號(hào)周期的 N倍，因此時(shí)延擴(kuò)展與符號(hào)周期的比值也同樣可降低為 1／ N。 當(dāng)多徑時(shí)延小于保護(hù)間隔時(shí)，可以保證在 FFT 的運(yùn)算時(shí)間長度內(nèi)，不會(huì)發(fā)生信號(hào)相位的跳變。然而，如果多徑時(shí)延超過了保護(hù)間隔，則在 FFT 運(yùn)算時(shí)間長度內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)相位的跳變，因此在第一路徑信號(hào)與第二路徑信號(hào)的疊加信號(hào)內(nèi)就不再只包括單純連續(xù)正弦波形信號(hào)，從而導(dǎo)致子載波之間的正交性有可能遭到破壞，就會(huì)產(chǎn)生信道間干擾 (ICI)，使得各載波之間產(chǎn)生干擾。將保護(hù)間隔內(nèi) (持續(xù) 時(shí)間用 Tg表示 )的信號(hào)稱為循環(huán)前綴 (CyclicPrefix， CP)。在接收端，首先將接收符號(hào)開始的寬度為 Tg 的部分丟棄，然后將剩余的寬度為 T 的部分進(jìn)行傅里葉變換，再進(jìn)行解調(diào)。 OFDM 基本參數(shù)的選擇 種 OFDM 參數(shù)的選擇就是需要 在多項(xiàng)要求沖突中進(jìn)行折衷考慮。按照慣例，保護(hù)間隔的時(shí)間長度應(yīng)該為應(yīng)用移動(dòng)環(huán)境信道下時(shí)延均方根值的 2～ 4 倍。為了最大限度地減少由于插入保護(hù)間隔所帶來的信噪比損失，希望 OFDM 符號(hào)周期長度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保護(hù)間隔長度。因此在實(shí)際應(yīng)用中，一般選擇符號(hào)周期是保護(hù)間隔長度的 5 倍，這樣由于插入保護(hù)比特所造成的信噪比損耗只有 1 dB 左右。每個(gè)信道中所傳輸?shù)谋忍厮俾士梢杂烧{(diào)制類型、編碼速率和符號(hào)速率來確定。在實(shí)際應(yīng)用中，載波的偏移和相位的穩(wěn)定性會(huì)影響兩個(gè)載波之間間隔的大小，如果為移動(dòng)著的接收機(jī)，則載波間隔必須足夠大，這樣才能忽略多普勒頻移。 子載波數(shù) 子載波數(shù)目越多，有用信號(hào)越平坦，帶外衰減也快，越接近矩形，越符合通信要求，但子載波數(shù)目不能過多，越接近矩形的結(jié)果對接收端的濾波器要求越高 (只有理想濾波器才能過濾，否則就造成交調(diào)干擾 )。 子載波數(shù)可以由信道帶寬、數(shù)據(jù)吞吐量和有用符號(hào)持續(xù)時(shí)間 T所決定： N=1/T 子載波數(shù)可以被設(shè)置為有用符號(hào)持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)，其數(shù)值與 FFT 處理過的數(shù)據(jù)點(diǎn)相對應(yīng)。對于 OFDM 系統(tǒng)來說，只能采用前兩種調(diào)制方法，而不能采用頻率調(diào)制的方法，這是因?yàn)樽虞d波是頻率正交，而且攜帶獨(dú)立的信息，調(diào)制子載波頻率會(huì)破壞這些子載波的正交特性，這是頻率調(diào)制不能在 OFDM 系統(tǒng)中采用的原因。正交幅度調(diào)制要改變載波的幅度和相位，他是 ASK 和 PAK 的結(jié)合。此外，它們也相對容易解調(diào)。采用這種調(diào)制方法的步長必須為 2，而利用 MPSK 調(diào)制可傳輸任意比特?cái)?shù)量如 1， 2， 3，分別對應(yīng) 2PSK， 4PSK 以及 8PSK，并且 MPSK 調(diào)制的另一個(gè)好處就是該調(diào)制方案是等能量調(diào)制，不會(huì)由于星座點(diǎn)的能量不等而為 OFDM 系統(tǒng)帶來 PAPR較大的問題。在上述前提條件下，仿真結(jié)果如下： BPSK 和 QPSK 仿真結(jié)果與分析 由圖 3，圖 4 誤碼率曲線圖可以看出，在只有高斯白噪聲的情況下， BPSK 和 QPSK 兩種調(diào)制方式下，隨著信噪比的不斷增大，誤碼率在不斷地減小，而且輸入信號(hào)的 信噪比越大，影響越明顯。 圖 4 QPSK調(diào)制方式下系統(tǒng)的誤碼率 由圖 3，圖 4 中還可以看到，由于多徑傳輸引起頻率選擇性衰落的存在，在 BPSK和 QPSK 中對誤碼率產(chǎn)生了比較大的影響，嚴(yán)重地影響了系統(tǒng)的性能。由此可見， BPSK 在性能方面稍好于 QPSK。 圖 6 64QAM調(diào)制方式下系統(tǒng)的誤碼率 由圖 5，圖 6還可以看出，加上頻率選擇性衰落后，在 16QAM 和 64QAM 中頻率選擇性衰落對誤碼率的影響也是比較大的，而且輸入信噪比越大，對誤碼率的影響也就越大。 所以，綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以清晰地比較出兩種調(diào)制方式，即 MPSK 和 MQAM 的優(yōu)缺點(diǎn)。每個(gè)子信道可采用不同的調(diào)制方式，選擇時(shí)要兼顧數(shù)據(jù)速率、頻譜效率以及傳輸?shù)目煽啃裕灶l譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則，采用自適應(yīng)技術(shù)，特性較好的子信道可采用效率較高的調(diào)制方式，而衰落較大的子信道選用效率較低的調(diào)制方式，選擇滿足一定誤碼率的最佳調(diào)制方式可以獲得最佳的頻譜效率。 中頻調(diào)制模塊電路 AD 采樣電路 FPGA程序的設(shè)計(jì) 差分編碼模塊： 內(nèi)部電路圖： 串并轉(zhuǎn)換模塊： 內(nèi)部電路圖： 五 、 結(jié)論與心得 六 、 參考文獻(xiàn) [1] 余兆明、余智．?dāng)?shù)字電視原理．西安電子科技大學(xué)出版社， 2021． 2 [2] 劉連青，數(shù)字通信技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社， 2021， 2 [3] 樊昌信，通信原理，國防工業(yè)出版社， 2021， 2 [4] 張威 .MATLAB 基礎(chǔ)與編程入門（第二版） .西安電子科技大學(xué)出版社， [5] 龔純、王正林 .精通 MATLAB 最優(yōu)化計(jì)算機(jī) .電子工業(yè)出版社， 2021 [6] 邵佳，董辰輝 . MATLAB/Simulink 通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例精講 [J].電子工業(yè)出版社， 2021 [7] 王正林，陳國順 . MATLAB/Simulink 與控制系統(tǒng)仿真 [J]. 電子工業(yè)出版社， 2021 [8] 鄧華， MATLAB 通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解 [J]. 人民郵電出版社， 202134 教師評語及設(shè)計(jì)成績 教師評語 ： 課程設(shè)計(jì)成績： 指導(dǎo)教師：（簽名） 日期：年月日