畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于systemview的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

1、qam調(diào)制解調(diào)技術(shù)目錄第一章 緒 論311 qam簡(jiǎn)介31. 2 systemview軟件介紹及特點(diǎn)3第二章 正交振幅調(diào)制521 mqam信號(hào)的星座圖52. 2 qam的調(diào)制解調(diào)原理72. 3 qam的誤碼率性能82. 4 qam的改進(jìn)方案9第三章 systemview概述103. 1 systemview基本模塊庫(kù)介紹10第四章 16qam調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真124.1 16qam 調(diào)制模塊的模型建立與仿真144.1.1 信號(hào)源部分144.1.2 串并轉(zhuǎn)換模塊154.1.3 2/4電平轉(zhuǎn)換模塊174.1.4 其余模塊與調(diào)制部分的結(jié)果194.2 16qam解調(diào)模塊的模型建立與仿真224.2.

2、1 相干解調(diào)224.2.2 4/2電平判決與毛刺消除仿真電路254.2.3 并串轉(zhuǎn)換與最終解調(diào)結(jié)果對(duì)比30第五章 16qam抗噪聲性能研究345.1 16qam抗噪聲性能的systemview仿真345.2 16qam抗噪聲性能的matlab仿真38第六章 結(jié)論與總結(jié)416.1 本設(shè)計(jì)總結(jié)416.2 對(duì)設(shè)計(jì)軟件的不足與實(shí)驗(yàn)感想41參考文獻(xiàn)43 第一章 緒 論1.1 qam簡(jiǎn)介 在現(xiàn)代通信中，提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。近年來(lái)，隨著通信業(yè)務(wù)需求的迅速增長(zhǎng)，尋找頻譜利用率高的數(shù)字調(diào)制方式已成為數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制qam(quadrature amplitu

3、de modulation)就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，其在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在移動(dòng)通信中，隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現(xiàn)，使得信道傳輸特性發(fā)生了很大變化。 過(guò)去在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的正交振幅調(diào)制也引起人們的重視。qam數(shù)字調(diào)制器作為dvb系統(tǒng)的前端設(shè)備，接收來(lái)自編碼器、復(fù)用器、dvb網(wǎng)關(guān)、視頻服務(wù)器等設(shè)備的ts流，進(jìn)行rs編碼、卷積編碼和qam數(shù)字調(diào)制，輸出的射頻信號(hào)可以直接在有線(xiàn)電視網(wǎng)上傳送，同時(shí)也可根據(jù)需要選擇中頻輸出。它以其靈活的配置和優(yōu)越的性能指標(biāo)，廣泛的應(yīng)用于數(shù)字有線(xiàn)電視傳輸領(lǐng)域和數(shù)字mmds系統(tǒng)。作為國(guó)際

4、上移動(dòng)通信技術(shù)專(zhuān)家十分重視的一種信號(hào)調(diào)制方式之一，正交振幅調(diào)制（qam）在移動(dòng)通信中頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一，隨著微蜂窩（microcell）和微微蜂窩（picocell）系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得信道的傳輸特性發(fā)生了很大變化，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間通常具有很強(qiáng)的支達(dá)分量，以往在蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的但頻譜利用率很高的wam已引起人們的重視，許多學(xué)者已對(duì)16qam及其它變型的qam在pcn中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛深入地研究。1. 2 systemview軟件介紹及特點(diǎn)（1） systemview是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿(mǎn)足從數(shù)字信號(hào)

5、處理、濾波器設(shè)計(jì)到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層的設(shè)計(jì)、仿真要求。它基于windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(token)去描述程序，無(wú)需與復(fù)雜的程序語(yǔ)言打交道，不用寫(xiě)一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪(fǎng)問(wèn)與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。（2） systemview的庫(kù)資源十分豐富，包括含若干圖標(biāo)的基本庫(kù)（main library）及專(zhuān)業(yè)庫(kù)(optional library)，基本庫(kù)中包括多種信號(hào)源、接收器、加法器、乘法器，各種函數(shù)運(yùn)算器等；專(zhuān)業(yè)庫(kù)有通訊（communication）、邏輯（logic）、數(shù)字信號(hào)處理（dsp）、射頻/模擬（r

6、f/analog）等；它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證，尤其適合于無(wú)線(xiàn)電話(huà)、無(wú)繩電話(huà)、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析，及對(duì)各種邏輯電路、射頻/模擬電路（混合器、放大器、rlc電路、運(yùn)放電路等）進(jìn)行理論分析和失真分析。（3） 使用systemview時(shí)，用戶(hù)只關(guān)心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思想和過(guò)程，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)即可完成復(fù)雜通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試，而不用花費(fèi)太多的精力去通過(guò)編程來(lái)建立通信仿真模型。（4） system view能自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)連接檢查，給出連接錯(cuò)誤信息或尚懸空的待連接端信息，通知用戶(hù)連接出錯(cuò)并通過(guò)顯示指出出錯(cuò)的圖標(biāo)。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)用

7、戶(hù)系統(tǒng)的診斷是十分有效的。 （5） system view的另一重要特點(diǎn)是它可以從各種不同角度、以不同方式，按要求設(shè)計(jì)多種濾波器，并可自動(dòng)完成濾波器各指標(biāo)如幅頻特性（伯特圖）、傳遞函數(shù)、根軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。 （6） 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真分析方面，system view還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)波形。在窗口內(nèi)，可以通過(guò)鼠標(biāo)方便地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的圖形放大、縮小、滾動(dòng)等。另外，分析窗中還帶有一個(gè)功能強(qiáng)大的“接收計(jì)算器”，可以完成對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果的各種運(yùn)算、譜分析、濾波。system view還具有與外部文件的接口，可直接獲得并處理輸入/輸出數(shù)據(jù)。提供了與編程語(yǔ)言vc+或仿真工具matl

8、ab的接口，可以很方便的調(diào)用其函數(shù)。還具備與硬件設(shè)計(jì)的接口：與xilinx公司的軟件core generator配套，可以將system view系統(tǒng)中的部分器件生成下載fpga芯片所需的數(shù)據(jù)文件；另外，system view還有與dsp芯片設(shè)計(jì)的接口，可以將其dsp庫(kù)中的部分器件生成dsp芯片編程的c語(yǔ)言源代碼。 第二章 正交振幅調(diào)制 數(shù)字調(diào)制具有3種基本方式：數(shù)字振幅調(diào)制、數(shù)字頻率調(diào)制、數(shù)字相位調(diào)制，這3種數(shù)字調(diào)制方式都存在不足之處，如：頻譜利用率低、抗多徑抗衰弱能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴(yán)重等。為了改善這些不足，近幾十年來(lái)人們不斷提出一些新的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)，以適應(yīng)各種通信系統(tǒng)的要求

9、。其主要研究?jī)?nèi)容圍繞著減小信號(hào)帶寬以提高信號(hào)頻譜利用率；提高功率利用率以增強(qiáng)抗噪聲性能；適應(yīng)各種隨參信道以增強(qiáng)抗多徑抗衰落能力等。例如，在恒參信道中，正交振幅調(diào)制（qam）方式具有高的頻譜利用率，因此正交振幅調(diào)制（qam）在衛(wèi)星通信和有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。所謂正交振幅調(diào)制是用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形對(duì)兩個(gè)互相正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制。在這種調(diào)制中，已調(diào)載波的振幅和相位都隨兩個(gè)獨(dú)立的基帶信號(hào)變化。采用多進(jìn)制正交振幅調(diào)制，可記為mqam（m2）。增大m可提高頻率利用率，也即提高傳輸有效性。下面介紹mqam的基本原理。 mqam信號(hào)的星座圖mqam信號(hào)表示式可寫(xiě)成 (2

10、.1.1)其中，ai和bi是振幅，表示為 (2.1.2)其中，i,j=1,2,，l，當(dāng)l=1時(shí)，是4qam信號(hào)；當(dāng)l=2時(shí)，是16qam信號(hào)；當(dāng)l=4時(shí)，是64qam信號(hào)。選擇正交的基本信號(hào)為 (2.1.3) 在信號(hào)空間中mqam信號(hào)點(diǎn) (i,j=1,2,l) (2.1.4) 圖2.1.1是mqam的星座圖，這是一種矩形的mqam星座圖。 圖2.1.1 mqam信號(hào)星座圖為了說(shuō)明mqam比mpsk具有更好的抗干擾能力，圖2.1.2示出了16psk和16qam的星座圖，這兩個(gè)星座圖表示的信號(hào)最大功率相等，相鄰信號(hào)點(diǎn)的距離d1，d2分別為： 2dpsk 16qam 結(jié)果表明，d2d1，大約超過(guò)1.

11、64db。合理地比較兩星座圖的最小空間距離應(yīng)該是以平均功率相等為條件?？梢宰C明，在平均功率相等條件下，16qam的相鄰信號(hào)距離超過(guò)16psk約4.19db。星座圖中，兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)距離越大，在噪聲干擾使信號(hào)圖模糊的情況下，要求分開(kāi)兩個(gè)可能信號(hào)點(diǎn)越容易辦到。因此16qam方式抗噪聲干擾能力優(yōu)于16psk。圖2.1.2 16qam和16psk的星座圖mqam的星座圖除正方形外，還有圓形、三角形、矩形、六角形等。星座圖的形式不同，信號(hào)點(diǎn)在空間距離也不同，誤碼性能也不同。mqam和mpsk在相同信號(hào)點(diǎn)數(shù)時(shí)，功率譜相同，帶寬均為基帶信號(hào)帶寬的2倍。 2. 2 qam的調(diào)制解調(diào)原理mqam的調(diào)制解調(diào)框圖如圖2

12、.2.1所示。在發(fā)送端調(diào)制器中串/并變換使得信息速率為rb的輸入二進(jìn)制信號(hào)分成兩個(gè)速率為rb/2的二進(jìn)制信號(hào)，2/l電平轉(zhuǎn)換將每個(gè)速率為rb/2的二進(jìn)制信號(hào)變?yōu)樗俾蕿閞b/（2lbl）的電平信號(hào)，然后分別與兩個(gè)正交載波相乘，再相加后即得mqam信號(hào)。在接收端解調(diào)器中可以采用正交的相干解調(diào)方法。接受到的信號(hào)分兩路進(jìn)入兩個(gè)正交的載波的相干解調(diào)器，再分別進(jìn)入判決器形成l進(jìn)制信號(hào)并輸出二進(jìn)制信號(hào)，最后經(jīng)并/串變換后得到基帶信號(hào)。mqam調(diào)制mqam的解調(diào)圖2.2.1 mqam調(diào)制解調(diào)框圖2.3 qam的誤碼率性能矩形qam信號(hào)星座最突出的優(yōu)點(diǎn)就是容易產(chǎn)生pam信號(hào)可直接加到兩個(gè)正交載波相位上，此外它們

13、還便于解調(diào)。對(duì)于m下的矩形信號(hào)星座圖（k為偶數(shù)），qam信號(hào)星座圖與正交載波上的兩個(gè)pam信號(hào)是等價(jià)的，這兩個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)上都有個(gè)信號(hào)點(diǎn)。因?yàn)橄辔徽环至可系男盘?hào)能被相干判決極好的分離，所以易于通過(guò)pam的誤碼率確定qam的誤碼率。m進(jìn)制qam系統(tǒng)正確判決的概率是式中是進(jìn)制pam系統(tǒng)的誤碼率，該pam系統(tǒng)具有等價(jià)qam系統(tǒng)的每一個(gè)正交信號(hào)中的一半平均功率。通過(guò)適當(dāng)調(diào)整m進(jìn)制pam系統(tǒng)的誤碼率，可得其中是每個(gè)符號(hào)的平均信噪比。因此m進(jìn)制qam的誤碼率為)可以注意到，當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)，這個(gè)結(jié)果對(duì)m情形時(shí)精確的，而當(dāng)k為奇數(shù)時(shí)，就找不到等價(jià)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

14、以求出任意k1誤碼率的嚴(yán)格上限其中是每比特的平均信噪比。2. 4 qam的改進(jìn)方案 為了適應(yīng)不同的需要，qam有一些改進(jìn)方案，如正交部分響應(yīng)幅度調(diào)制（mqpr）、非線(xiàn)性正交振幅調(diào)制（nla-qam）、疊加式正交振幅調(diào)制（sqam）等，還可以把qam調(diào)制與信道編碼技術(shù)結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)，取得最優(yōu)的可靠性和有效性，這種技術(shù)稱(chēng)為網(wǎng)格編碼調(diào)制（tcm）。1.mqpr調(diào)制這是一種在多電平正交調(diào)制中，上下兩支路的同相和正交基帶信號(hào)都用部分響應(yīng)信號(hào)（通常采用第類(lèi)和第類(lèi)部分響應(yīng)）的調(diào)制方式。qpr與qam相比，在相同信息傳輸速率條件下，嚴(yán)格帶寬受限的qpr優(yōu)于qam。2.nla-qam調(diào)制qam信號(hào)在進(jìn)行傳輸之前，

15、還要進(jìn)行功率放大，而高效的功率放大是非線(xiàn)性的功率放大器，故而需考慮非線(xiàn)性對(duì)qam的特性沒(méi)有明顯的影響措施，這就是nla-qam調(diào)制。nla-qam信號(hào)的產(chǎn)生方法與qam不相同，但解調(diào)的方法與qam完全一樣。3.sqam調(diào)制qam調(diào)制信號(hào)在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻有相位跳變的時(shí)刻，旁瓣分量比連續(xù)相位的調(diào)制信號(hào)要高。要改善qam的頻譜特性，應(yīng)改善其基帶波形以平滑碼元轉(zhuǎn)換時(shí)的相位變化，sqam就是從這個(gè)角度提出的。sqam的基本脈沖波形是由兩個(gè)寬度為tb的升余弦波形與一個(gè)寬度為2tb的升余弦波形疊加而成。采用正交調(diào)制方式時(shí)，在下支路要延時(shí)tb/2，并且上下兩支路放大倍數(shù)相差60db。sqam信號(hào)的功率譜與qam

16、相比，旁瓣分量得到有效地抑制。 第三章 systemview概述3. 1 systemview基本模塊庫(kù)介紹3.1.1systemview的基本模塊庫(kù)介紹信號(hào)源脈沖串pulse train 參數(shù): 1.幅度 2.頻率(hz) 3.脈沖寬度(秒) 4.偏置 5.相位 功能: 產(chǎn)生具有設(shè)定幅度和頻率的周期性脈沖串，脈寬由設(shè)置決定。y(t)=+-a*pt(t)+bias 有方波選項(xiàng)。 高斯噪聲gauss noise 參數(shù): 1.標(biāo)準(zhǔn)差或功率譜密度(w/hz) 2.均值 功能: 產(chǎn)生一個(gè)具有高斯分布的隨機(jī)信號(hào)。 正弦波sinusoid 參數(shù): 1.幅度 2.頻率 3.相位 功能: 產(chǎn)生一個(gè)正弦波：y(

17、t)=asin(2pifct+*) 算子庫(kù)采樣器 sample 參數(shù): 1.采樣速率 2.采樣點(diǎn)時(shí)間寬度 3.采樣時(shí)間偏差 功能: 按設(shè)定的采樣率采樣，輸出的結(jié)果是輸入信號(hào)在采樣寬度內(nèi)的線(xiàn)性組合。 采樣延遲 smple delay 參數(shù): 1.延遲點(diǎn)數(shù) 2.初始化條件 3.圖符屬性(主動(dòng)/被動(dòng)) 功能: 增益 gain 參數(shù): 1.單位選擇2.增益 功能: 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大。 邏輯非 not 參數(shù): 1.門(mén)限 2.true值 3.false值 功能: 對(duì)輸入信號(hào)作邏輯非運(yùn)算。 低通濾波器功能：將信號(hào)中的高頻分量濾除函數(shù)庫(kù)限幅 limit 參數(shù): 1.最大輸入2.最大輸出 功能: y(t) =

18、( outmax /inmax)x(t), |x(t)| inmax = outmax sign(x(t), 其它情況 頻率調(diào)制 fm 參數(shù): 1.載波幅度a 2.頻率fc 3.相位q 4.調(diào)制增益g 通信庫(kù)pn序列產(chǎn)生器 pn gen參數(shù): 1.寄存器長(zhǎng)度（最大33位）2.種子3.時(shí)鐘門(mén)限4.真假輸出值5.抽頭項(xiàng)功能: 產(chǎn)生偽隨機(jī)序列碼。誤碼率測(cè)試器參數(shù)：1、ber實(shí)時(shí)值2、ber累計(jì)平均值3、錯(cuò)誤總數(shù)功能：實(shí)現(xiàn)誤碼率測(cè)量邏輯庫(kù)與 and 參考型號(hào): 通用參數(shù): 1.輸出延時(shí)2.輸出真假值3.閾值功能: 兩個(gè)或兩個(gè)以上的邏輯信號(hào)與操作。與非 nand 參考型號(hào): 通用參數(shù): 1.輸出延時(shí)2.

19、輸出真假值3.閾值功能: 兩個(gè)或兩個(gè)以上的邏輯信號(hào)與非操作?；?or 參考型號(hào): 通用參數(shù): 1.輸出延時(shí)2.輸出真假值3.閾值功能: 兩個(gè)或兩個(gè)以上的邏輯信號(hào)或操作。d觸發(fā)器 ff-d-1 參考型號(hào): 7474參數(shù): 1.輸出延時(shí)2.輸出真假值3.閾值功能: 帶置位、清零輸入，上升沿觸發(fā)的d觸發(fā)器。單刀雙擲開(kāi)關(guān) spdt 參考型號(hào): 自定義參數(shù): 1.輸出延時(shí)2.閾值功能: 由數(shù)字信號(hào)控制的單刀雙擲開(kāi)關(guān)信號(hào)接收計(jì)算庫(kù)分析 analysis 功能: systemview的基本信號(hào)接收器。該接收器平時(shí)無(wú)顯示，必須進(jìn)入系統(tǒng)分析窗口才能觀察和分析輸出結(jié)果。以及其他器件：加法器功能：實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的加法

20、乘法器功能：實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的乘法 第四章 16qam調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與仿真 前面兩章簡(jiǎn)單介紹了16qam的調(diào)制解調(diào)和systemview的工作原理，下面本文將用matlab數(shù)學(xué)軟件中的systemview模塊實(shí)現(xiàn)16qam調(diào)制、解調(diào)通信系統(tǒng)，并進(jìn)行仿真。由第二章mqam的調(diào)制解調(diào)原理可以得出，16qam的調(diào)制解調(diào)框圖如下所示： 圖4.1 16qam的調(diào)制解調(diào)框由圖4.1可以知道，16qam的調(diào)制解調(diào)原理比較簡(jiǎn)單，接下來(lái)，我們將通過(guò)調(diào)制與解調(diào)兩大模塊來(lái)介紹systemview下16qam的仿真結(jié)果，并且將對(duì)仿真結(jié)果作出分析并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一定的優(yōu)化，從而獲得較好的系統(tǒng)模型。下頁(yè)為本次仿真的系統(tǒng)總體電路

21、圖： 圖4.2 16qam調(diào)制解調(diào)電路框圖 4.1 16qam 調(diào)制模塊的模型建立與仿真 通過(guò)對(duì)圖4-1中16qam調(diào)制原理框圖的分析，16qam一個(gè)碼元所攜帶的信息為即4bit，是一般基帶數(shù)字調(diào)制（qpsk）碼元攜帶信息量的2倍。而且16qam調(diào)制是由兩路相互獨(dú)立的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，一個(gè)16qam碼元寬度是基礎(chǔ)信號(hào)的2倍。以下我將對(duì)系統(tǒng)仿真框圖中的各模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：4.1.1信號(hào)源部分本次仿真在信號(hào)源部分采用了偽隨機(jī)序列發(fā)生器，本系統(tǒng)只對(duì)基帶信號(hào)碼元速率設(shè)定為1000kbps，如果需要其他速率，只需將系統(tǒng)中的各個(gè)器件參數(shù)進(jìn)行修改即可。下面為信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的電路框圖：圖4.3 調(diào)制單元電路框圖說(shuō)

22、明：信源t50為激勵(lì)信號(hào)，其參數(shù)如圖中所示，t51為偽隨機(jī)序列發(fā)生器，其參數(shù)也顯示了出來(lái)。從t50中的頻率和脈沖寬度可以看出偽隨機(jī)序列的輸出脈沖寬度也就是碼元周期為0.001s，即pulsew*2=0.001s。t64為串并轉(zhuǎn)換模塊，將信源分成兩路輸出。t96和t128是2-4電平轉(zhuǎn)換模塊，該部分是將之前的兩路信號(hào)再進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換然后進(jìn)行二四電平轉(zhuǎn)換。4.1.2 串并轉(zhuǎn)換模塊由于系統(tǒng)仿真總框圖涉及模塊較多，為不失美觀同時(shí)又能顯的淺顯易懂特將串并轉(zhuǎn)化作成一個(gè)單獨(dú)子系統(tǒng)而嵌入總系統(tǒng)中。在這里，為了進(jìn)行波形的說(shuō)明，我將系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定的比較短，所以在觀察波形的時(shí)候，比較容易進(jìn)行分析，該子系統(tǒng)內(nèi)部框圖如下所

23、示 圖4.4 串并轉(zhuǎn)換模塊由圖可知，本子系統(tǒng)有一個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口。1、 t45為時(shí)鐘序列，以雙極性為脈沖序列，作為t47和t52的觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)。系統(tǒng)首先將輸入的偽隨機(jī)序列同時(shí)送入兩個(gè)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端端口。t48和t53對(duì)觸發(fā)器提供使能端及清零端的偏置。2、 由于觸發(fā)器的置數(shù)端和清零端都是低電平有效，所以設(shè)置正弦信號(hào)發(fā)生器頻率和相位都為0，并以余弦端輸出至兩個(gè)端口端，這樣觸發(fā)器就能正常工作。3、 我們知道，觸發(fā)器是在上升沿出現(xiàn)的時(shí)候輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)一路信號(hào)送至t47時(shí)，t45的脈沖處于下降沿時(shí)，經(jīng)過(guò)t60的非門(mén)取反，對(duì)于t47就是上升沿，從而將該信號(hào)經(jīng)t47輸出到t54，而此時(shí)該下降沿對(duì)于t

24、52和t54都是沒(méi)有用的。4、 當(dāng)t45的脈沖處于上升沿時(shí)，將t61中的數(shù)據(jù)送至t52中，由于非門(mén)的作用，t47不再輸出數(shù)據(jù)，所以第二個(gè)碼元信號(hào)就從t52輸出了。同時(shí)由于第一次下降脈沖時(shí)，第一個(gè)碼元信號(hào)處于t56的輸入端，此時(shí)的脈沖對(duì)其有用，從而將第一個(gè)碼元從t54輸出?？傮w而言，就是單數(shù)碼元從t54輸出，雙數(shù)碼元從t52輸出，所以就實(shí)現(xiàn)了串行到并行的轉(zhuǎn)換。5、 實(shí)際運(yùn)行中各路信號(hào)圖形如下所示，圖中從上往下依次是串行輸入t55、并行輸出1（t56）和并行輸出2（t57）的波形。由圖可以得出經(jīng)串并轉(zhuǎn)換之后，并行輸出的每一路碼元傳輸速率降為了原來(lái)的一半，這也正是實(shí)際運(yùn)應(yīng)中所要求的。和假設(shè)不同的是每

25、一路輸出信號(hào)前邊都多了一個(gè)0碼元單位，這是由于系統(tǒng)延時(shí)所造成的。當(dāng)然這種延時(shí)對(duì)于后面各種性能的研究是不會(huì)造成影響的。 圖4.5 串并轉(zhuǎn)換各路信號(hào)圖分析：1、 對(duì)于第一個(gè)信號(hào)，是串行信號(hào)，二進(jìn)制信息為110111100001000101,對(duì)于第二個(gè)信號(hào)，是并行輸出第一路，二進(jìn)制信息為010110000001,對(duì)于第三個(gè)信號(hào)，是并行輸出第二路，二進(jìn)制信息為0111001011011,我們將第一路與第二路進(jìn)行合并可以得到合并后的信息0011011110001,這與第一路的串行信息是對(duì)應(yīng)的?？梢?jiàn)串并轉(zhuǎn)換成功。2、 從得到的波形信息可以看出，并行信號(hào)的碼元寬度是串行的兩倍，這也是實(shí)際中所需要的。當(dāng)然，與

26、實(shí)驗(yàn)電路中t45的脈沖設(shè)置也有關(guān)系。t45的脈沖寬度與信源碼元寬度是一樣的。從而在作為時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)候，可以將輸出的碼元寬度提高一倍。4.1.3 2/4電平轉(zhuǎn)換模塊對(duì)于2/4電平的轉(zhuǎn)換，其實(shí)是將輸入信號(hào)的4種狀態(tài)（00,01,10,11）經(jīng)過(guò)編碼以后變?yōu)橄鄳?yīng)的4電平信號(hào)。這里我們選擇的映射關(guān)系如下表所示： 映射前數(shù)據(jù) 電平/v 00 -3 01 -1 10 1 11 3表41 2/4電平映射關(guān)系表 根據(jù)以上映射關(guān)系，我們可以很容易的找出它們之間的一個(gè)數(shù)學(xué)關(guān)系。這里輸入信號(hào)為兩路二進(jìn)制信號(hào)，假設(shè)它們是ab，則在a=1時(shí)讓它輸出一個(gè)幅度為2的信號(hào)，當(dāng)a=0時(shí)輸出幅度為-2的信號(hào)。同理當(dāng)b=1是讓它輸

27、出一個(gè)幅度為1的信號(hào)，當(dāng)b=0時(shí)輸出幅度為-1的信號(hào)。如此一來(lái)便可以得到下面的結(jié)果： 當(dāng)ab=00時(shí) 輸出： y=-2 + -1=-3； ab=01時(shí) y=-2 + 1=-1； ab=10時(shí) y=2 + -1 =1； ab=11時(shí) y=2 + 1 =3； 由上所示我們可以得出：再設(shè)計(jì)2/4電平轉(zhuǎn)換模塊的時(shí)候，我們需要先將輸入信號(hào)再次進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，每路信號(hào)做一個(gè)簡(jiǎn)單的判決，再用一個(gè)相加模塊便可實(shí)現(xiàn)2/4電平的轉(zhuǎn)換功能。具體電路如下所示：說(shuō)明：1、 該電路部分是總圖中的t96子系統(tǒng)的內(nèi)部詳細(xì)結(jié)構(gòu)。各個(gè)器件參數(shù)具體值可見(jiàn)圖中所設(shè)置的。2、 對(duì)于t67、t72、t74所組成的電路就是之前進(jìn)行的串并轉(zhuǎn)換

28、電路。但要注意，此時(shí)t66的脈沖序列周期要變成原來(lái)的兩倍，這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后，并行電路的碼元寬度變成串行的兩倍。3、 t83、t86是單刀雙擲開(kāi)關(guān)。這里是利用了其在輸入與門(mén)限值比較大小而輸出根據(jù)比較的不同選擇不同的輸入。其輸入為input1和input2，以及control threshold（控制端口）。在輸入值比設(shè)定的門(mén)限值大時(shí)，輸出為input1的值，反之為input2的值。4、 對(duì)于t83，其input0為t81提供，t81為正弦函數(shù)，設(shè)定頻率和相位為0，幅度為-2，取cos輸出接至t83input0。另一個(gè)input1由t82提供，幅值為2。t83的控制端為并行輸出的第一路，也就

29、是原理中的a。5、 對(duì)t86與t83設(shè)置相似，但是其input0和1分別由提供-1和1的正弦信源提供。我們假設(shè)t74和t72輸出為11，那么根據(jù)電路中的邏輯關(guān)系，得到的就是t83輸出2，t86輸出1，經(jīng)過(guò)t96的相加器，其輸出就是3.這樣就完成了24電平轉(zhuǎn)換圖4.5 2/4 電平轉(zhuǎn)換模塊以上電路中各器件的輸出波形圖如下所示：說(shuō)明：1、該模塊是前面t56觀察窗（第一次串并轉(zhuǎn)換輸出的第一路信號(hào)）的二四電平轉(zhuǎn)換電路。首先是t56的信號(hào)，后兩個(gè)是t76和t77信號(hào)，這兩個(gè)是t56經(jīng)過(guò)了串并轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)。具體信號(hào)變化就不在分析。整體上我們可以看出信號(hào)的碼元寬度又變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍。2、下面是將t76、t

30、77兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行24電平轉(zhuǎn)換的結(jié)果。從圖中可以看出前面24電平轉(zhuǎn)換獲得成功。我們以前幾個(gè)信號(hào)為例：t76前幾個(gè)碼元為0001000，t77為011000，那么其對(duì)應(yīng)的四電平就是00（-3），01（-1），10（+1），00（-3）等。這與第三個(gè)波形結(jié)果相同，也說(shuō)明了電平轉(zhuǎn)換得到成功！圖4.6 2/4電平轉(zhuǎn)換模塊各點(diǎn)波形對(duì)于另外一路信號(hào)運(yùn)用同樣的模塊進(jìn)行仿真即可得到相應(yīng)的2-4電平轉(zhuǎn)換結(jié)果。4.1.4 其余模塊 除以上所述的兩個(gè)子系統(tǒng)外，調(diào)制階段還包括正余弦信號(hào)發(fā)生器、加法器、乘法器、頻譜示波器和離散時(shí)間信號(hào)發(fā)散圖示波器等。在這里我們將載波頻率定為5khz，由于數(shù)字信源在經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換和二四電平轉(zhuǎn)

31、換后碼元速率已經(jīng)降為信源的1/4，為250kbps，按照載波速率為碼元速率的10到20倍，我們?nèi)?khz的載波所得到的調(diào)制信號(hào)是符合要求的。需要改變時(shí)對(duì)載波進(jìn)行頻率變化即可。所以載波信號(hào)發(fā)生器t129的參數(shù)設(shè)置如下所示： 上圖中先將兩路正交的信號(hào)和成一個(gè)復(fù)信號(hào)后，經(jīng)離散采樣加入到了信號(hào)發(fā)散圖示波器，這樣就可以得到原始信號(hào)的星座圖了。 進(jìn)行調(diào)制仿真得到的調(diào)制輸出波形和星座圖分別如圖4.7和圖4.8所示。 圖4.7 16qam調(diào)制波形分析： 上圖中一三行為并行輸出的兩路四電平信號(hào)，二四行為一三行分別與正交載波相乘后所得的兩路信號(hào)。最后一行為它們的和信號(hào)，也即為最終調(diào)制信號(hào)。至此16qam信號(hào)的調(diào)制

32、也就結(jié)束了。 圖4.8 16qam的星座圖此時(shí)的最終調(diào)制信號(hào)還未加入高斯噪聲，所以得到的信號(hào)星座圖比較清晰，是理想情況下的。下圖為加入高斯噪聲之前和之后的信號(hào)對(duì)比：圖4.9 調(diào)制后信號(hào)與加入高斯噪聲后信號(hào)對(duì)比可見(jiàn)加入高斯噪聲之后，信號(hào)的幅度發(fā)生了干擾，但是整體上還是反映了一定的信號(hào)形狀。4.2 16qam解調(diào)模塊的模型建立與仿真 16qam解調(diào)原理框圖如圖4.1所示，解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的核心在于4/2電平判決模塊及并串轉(zhuǎn)換模塊。在本次仿真中，載波恢復(fù)輸出的同頻同相波是直接由調(diào)制模塊中的載波提供的，也就是說(shuō)在仿真實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有做載波恢復(fù)。4.2.1 相干解調(diào)系統(tǒng)先前所得的16qam調(diào)制信號(hào)通過(guò)高斯白噪聲信

33、道以后便可以解調(diào)了。本系統(tǒng)所采用的解調(diào)器原理為相干解調(diào)法，即已調(diào)信號(hào)與載波相乘，送入到低通濾波器，其對(duì)應(yīng)原理圖中信號(hào)輸入并與載波相乘后通過(guò)lpf的部分，輸出送入到判決器判決，在這里，低通濾波器的設(shè)計(jì)很重要，在systemview中提供了一些濾波器，我們可以加以利用，但它的參數(shù)設(shè)定對(duì)后續(xù)判決產(chǎn)生誤差有很大關(guān)系，所以要對(duì)該濾波器的參數(shù)設(shè)定要慎重。在本實(shí)驗(yàn)中涉及的仿真濾波器均選擇貝塞爾低通濾波器。這里對(duì)lpf的參數(shù)設(shè)定如下，而輸出波形如圖4.10所示。下面為解調(diào)部分總電路和低通濾波器的參數(shù)值設(shè)置：圖4.10 解調(diào)部分總電路電路說(shuō)明：1、 這部分電路分為直接用與調(diào)制端相同的載波進(jìn)行解調(diào)和用設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)

34、進(jìn)行鎖相之后進(jìn)行解調(diào)兩個(gè)部分。將兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。2、 鎖相環(huán)t164內(nèi)部具體電路如下，fm參數(shù)見(jiàn)圖中所示。fm為調(diào)頻器。將其內(nèi)部參數(shù)的頻率值設(shè)定為5khz與調(diào)制載波頻率相同。兩路輸入均為經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)。將其與fm輸出的同相和正交分量進(jìn)行相乘，然后會(huì)得到高頻分量，經(jīng)過(guò)低通濾波器后將高頻分量濾除，就會(huì)得到相應(yīng)的相位信息，再將兩路相位信息相乘經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器，該相位信息反映了輸入信號(hào)與fm產(chǎn)生的載波的相位差，從而可以調(diào)整fm的輸出信號(hào)的相位。具體數(shù)學(xué)模型見(jiàn)下：pn碼產(chǎn)生器載波產(chǎn)生器vcolf低通低通鎖相環(huán)原理框圖3、 鎖相環(huán)電路原理框圖在這里，我們假設(shè)t172輸入的信息表達(dá)式為，經(jīng)過(guò)與fm輸出的載

35、波相乘后得到,經(jīng)化簡(jiǎn)可得：，同樣t166的輸出是再經(jīng)過(guò)低通濾波器后將的頻率濾除，得到和。這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)t171相乘器后得到。再經(jīng)過(guò)帶通濾波器后得到相位信息。該相位信息由在fm調(diào)頻器中反映出fm的輸出信號(hào)相位情況。fm的功能函數(shù)為：，其輸入經(jīng)過(guò)積分就可以改變fm輸出載波的相位，從而達(dá)到調(diào)節(jié)相位的作用。說(shuō)明：fm為調(diào)頻器，所以其頻率初始應(yīng)與接收信號(hào)調(diào)制時(shí)的設(shè)置不同以表現(xiàn)其調(diào)頻作用，這里設(shè)為5002hz，調(diào)制增益為7.2hz/v。同時(shí)兩個(gè)低通濾波器的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了變化。定位900hz，能夠達(dá)到濾波的作用。t169截止頻率設(shè)定為300hz，將得到的壓控信號(hào)進(jìn)行再次濾波，是環(huán)路濾波器的作用。圖4.11

36、鎖相環(huán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路及參數(shù)設(shè)置下圖為低通濾波器濾除的信號(hào)和沒(méi)有濾波而只是載波與接收到的信號(hào)相乘的波形。第一個(gè)為低通濾波后的波形，第二個(gè)為接收信號(hào)與載波相乘的波形，可見(jiàn)經(jīng)過(guò)濾波，將高頻分量濾除了，得到的信號(hào)與之前的信號(hào)包絡(luò)相似。下圖為沒(méi)有經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)直接用與調(diào)制端同頻同相載波和經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)產(chǎn)生的載波解調(diào)后再經(jīng)低通濾波器后得到的波形：（另外一路信號(hào)與之相似，不再對(duì)比）圖4.10解調(diào)后信號(hào)對(duì)比4.2.2 4/2電平判決由于前面采用的是模擬低通濾波器，所以在4/2電平判決之前得到的是一個(gè)模擬的4電平信號(hào)。之后要想得到2電平的數(shù)字信號(hào)，需經(jīng)一系列的抽樣、量化和編碼。這里我們?cè)俅问褂米酉到y(tǒng)這一概念，假設(shè)上述模塊

37、輸入為x，輸出分別為為y、z1、z2，則它完成的功能是： 這樣兩路二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)并串轉(zhuǎn)換后，便完成了以下映射關(guān)系，也最終實(shí)現(xiàn)了4/2電平的轉(zhuǎn)換。 映射前數(shù)據(jù) 電平/v -3 00 -1 01 1 10 3 11表4.2 4/2電平映射關(guān)系表t501所包括的42電平判決子系統(tǒng)如下圖所示：圖 4.11 4/2電平轉(zhuǎn)換模塊說(shuō)明：1、 對(duì)于電平判決，我們可以將四電平分成兩級(jí)，第一級(jí)為門(mén)限值為0v的一級(jí)。這一級(jí)將四電平分為正值和負(fù)值，正值時(shí)兩位二進(jìn)制輸出的第一位為1，負(fù)值時(shí)兩位二進(jìn)制輸出第一位為0。第二級(jí)分成兩個(gè)部分，第一個(gè)部分判決門(mén)限為2v，在第一級(jí)輸出為1的前提下，如果第二級(jí)大于2v時(shí)輸出第二位為1，

38、小于2v時(shí)輸出第二位為0；同樣在第一級(jí)輸出為0的前提下，如果第二級(jí)大于-2v時(shí)輸出第二位為1，小于-2v時(shí)輸出第二位為0。該部分的功能是有電路中t464、t467、t466實(shí)現(xiàn)的。2、 在實(shí)際電路中，為了判決的精確性，三個(gè)判決門(mén)限設(shè)定為2.1v，0.1v，-2.2v，這是在對(duì)比了經(jīng)過(guò)低通濾波器后的波形與之前得到的四電平波形對(duì)比得到的。如下圖中，拿綠色波形（經(jīng)過(guò)低通濾波器后的波形）與黃色的波形對(duì)比，后面有一部分綠色為0，但是經(jīng)過(guò)判決應(yīng)該得到的數(shù)字波形值為1，這是將判決門(mén)限設(shè)定為0就會(huì)有很多毛刺或者判決錯(cuò)誤。在不引起其他電平判決出錯(cuò)的情況下，我將判決電平設(shè)定為0.1v，這樣得到的波形也比較理想。其

39、他幾個(gè)判決門(mén)限也是經(jīng)過(guò)這樣的思考后確定的。3、 t473是完成對(duì)第二級(jí)輸出的組合。由于第二級(jí)輸出的二進(jìn)制由t466和t467產(chǎn)生，所以必須在第一級(jí)確定的情況下對(duì)第二級(jí)輸出進(jìn)行選擇。t473實(shí)現(xiàn)的就是這個(gè)功能。t473的輸入控制端由t464提供，也就是第一級(jí)輸出的二進(jìn)制控制。在第一級(jí)輸出為1時(shí)，我們控制t466的結(jié)果輸出即可，所以t473的input1與t466輸出端相連，input0與t467輸出端相連。從而完成了第二路（就是并行數(shù)據(jù)第二路）的數(shù)據(jù)輸出。4、 對(duì)于該部分，t470為第一路輸出，應(yīng)該與前面的t76，我們看下面的波形就可以知道。在下面的波形中，大體上可以看出判決是正確的。但是由于模

40、擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)時(shí)所設(shè)定的判決門(mén)限會(huì)使得判決時(shí)碼元寬度的不同，所以具體來(lái)講碼元寬度不完全相同。在下面的信號(hào)整形中，我們會(huì)消除這一缺點(diǎn)。圖4.12 t76與t470信號(hào)對(duì)比4、t474輸出的波形應(yīng)該與前面的t77對(duì)應(yīng)，我們看下面的對(duì)比波形。下面的對(duì)比波形中，第一個(gè)為t77，第二個(gè)為t474?？梢钥闯?，在t474中，有很小的部分，碼元出現(xiàn)了突變。這個(gè)可以從原理上解釋。由于開(kāi)關(guān)門(mén)限判決是對(duì)模擬信號(hào)判決的，二進(jìn)制數(shù)字信息在被判決出后，已經(jīng)不會(huì)是與之前的信號(hào)絕對(duì)同寬度。所以在進(jìn)行第二路判決時(shí)有部分毛刺。其實(shí)在第一路進(jìn)行判決的時(shí)候已經(jīng)可以預(yù)測(cè)出來(lái)這一結(jié)果了。圖4.12 4/2電平轉(zhuǎn)換中各點(diǎn)波形毛刺消除電

41、路：鑒于前面所得到的判決信息有部分毛刺，這對(duì)以后進(jìn)一步進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換有很大影響，我設(shè)計(jì)了下面的電路進(jìn)行毛刺消除。電路中各個(gè)參數(shù)已經(jīng)顯示出來(lái)了。電路原理主要是通過(guò)觀察之前的信號(hào)中，毛刺所占一個(gè)碼元的時(shí)間很少，而正常情況下，經(jīng)過(guò)判決后，一個(gè)碼元周期應(yīng)該是0.004s，所以根據(jù)d觸發(fā)器的特性，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，輸出信號(hào)不會(huì)變化，只會(huì)與時(shí)鐘上升沿時(shí)的輸入有關(guān)，然后持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期。所以在這里，d觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)源t441的時(shí)鐘周期應(yīng)該為0.002s，選擇這樣的時(shí)鐘周期的原因是經(jīng)過(guò)兩個(gè)脈沖即為一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，從而可以得到相應(yīng)的碼元周期比較準(zhǔn)確的結(jié)果。在這里加入一個(gè)t447非門(mén)的主要原因是前面由于延時(shí)的原因，

42、會(huì)使時(shí)鐘上升沿判決時(shí)正好與信號(hào)跳變?cè)谝黄穑鸩荒茴A(yù)料的結(jié)果。圖4.13 毛刺消除子系統(tǒng)t449為經(jīng)過(guò)毛刺消除后的信號(hào)，改信號(hào)應(yīng)該與之前的t474對(duì)應(yīng)，與調(diào)制之前的t77相對(duì)應(yīng)。我們看下面的波形對(duì)比情況：第一行位t77，也就是調(diào)制之前的信號(hào)，第二行為t474，為判決后的信號(hào)，第三號(hào)為t449，為消除毛刺后的信號(hào)。第三路和第一路信號(hào)是基本相同的，除了有寫(xiě)延時(shí)以外，可見(jiàn)這個(gè)電路是比較成功的。對(duì)另外一路信號(hào)，進(jìn)行同樣的電路就可以完成判決和信號(hào)整形了。圖4.14 毛刺消除后波形對(duì)比4.2.3 并串轉(zhuǎn)換 本系統(tǒng)中的并串轉(zhuǎn)換模塊由兩個(gè)異或門(mén)，一個(gè)與門(mén)，兩個(gè)d觸發(fā)器構(gòu)成。我們以下面的數(shù)字電路做說(shuō)明。圖4.1

43、5 用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)并串轉(zhuǎn)換電路該電路中，第一個(gè)輸入為并行數(shù)據(jù)的第一路輸入，第二個(gè)為其中一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，第三個(gè)為兩個(gè)觸發(fā)器的輸入時(shí)鐘信號(hào)，第四個(gè)為并行數(shù)據(jù)第二路信號(hào)。d觸發(fā)器的清零和置數(shù)端口不再說(shuō)明。時(shí)鐘的設(shè)置是，第二個(gè)輸入時(shí)鐘周期（一個(gè)時(shí)鐘周期包括一個(gè)上升單元和下降單元）與輸入信號(hào)相同，第三個(gè)輸入（d觸發(fā)器的時(shí)鐘）時(shí)鐘周期為輸入信號(hào)的一半。當(dāng)?shù)诙€(gè)輸入為0時(shí)，第一路信號(hào)可以通過(guò)與門(mén)送至后面的或門(mén)，而第二路信號(hào)的輸出端不能通過(guò)與門(mén)到下一級(jí)或門(mén)，所以此時(shí)d觸發(fā)器的輸出為第一路信號(hào)。當(dāng)?shù)诙€(gè)輸入為1時(shí)，則第二個(gè)觸發(fā)器的輸出信號(hào)可以通過(guò)與門(mén)送至第一個(gè)觸發(fā)器的輸入的，經(jīng)觸發(fā)器clk激發(fā)即可輸出第二路信號(hào)。

44、從而實(shí)現(xiàn)并變串的轉(zhuǎn)換。下圖為仿照數(shù)字電路的systemview電路連接。各個(gè)器件的參數(shù)設(shè)置如下，可以從中看出兩個(gè)時(shí)鐘的脈寬與前面分析的一致。圖4.16 systemview并串轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)所以，當(dāng)輸入脈沖序列為0時(shí)，選擇器輸出第一路信號(hào)；當(dāng)輸入脈沖序列為1時(shí)，選擇器輸出第二路信號(hào)。這樣本次仿真經(jīng)并串轉(zhuǎn)換以后便最終實(shí)現(xiàn)了16qam信號(hào)的解調(diào)，其并變串波形如下，t246為并變串的輸出，應(yīng)該與前面進(jìn)行2-4電平轉(zhuǎn)換時(shí)輸入的t56相對(duì)應(yīng)?？梢?jiàn)并變串是正確的。這只是4-2電平變換后的并串轉(zhuǎn)換波形。對(duì)于另一路4-2電平變換的并串轉(zhuǎn)換也可用同樣的子系統(tǒng)。將最后得到的兩路信號(hào)在進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換即可。該電路圖部分中t

45、440和t721實(shí)現(xiàn)的就是上面的經(jīng)過(guò)四二電平轉(zhuǎn)換和波形整形后進(jìn)行的并串轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)。在t1002中再次調(diào)用并串轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，即可將最后的兩路并行信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)。但是要注意此時(shí)的兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)脈寬設(shè)定。由于t440和t721的輸出信號(hào)碼元周期已經(jīng)發(fā)生變化，所以按照之前設(shè)定的比例，就要重新設(shè)定兩個(gè)脈寬。具體設(shè)定如下：經(jīng)最后的轉(zhuǎn)換輸出波形應(yīng)與最初的信源波形一樣，也就是t808要與信源t55相同。我們看下面的波形即可： 分析：上圖中，兩個(gè)信號(hào)分別為信源輸出波形和解調(diào)輸出波形，從波形上來(lái)看，第二路輸出結(jié)果是正確的，但是存在時(shí)間上的延時(shí)，但整體來(lái)講解調(diào)得到的信號(hào)是完全正確的。第五章 16qam抗噪聲性能研究

46、5.1 16qam的誤碼率性能的systemview仿真在對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)或數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，常借助二維平面的信號(hào)星座圖（signal constellation）來(lái)形象地說(shuō)明某種數(shù)字調(diào)制信號(hào)的“幅度-相位”關(guān)系，從而可以定性地表明與抗干擾能力有關(guān)的“最小信號(hào)距離”。我們以16qam系統(tǒng)為例，發(fā)送端理想的信號(hào)星座圖如圖1所示。在接收系統(tǒng)輸出，由于信道特性不理想和干擾噪聲的影響，信號(hào)點(diǎn)產(chǎn)生發(fā)散現(xiàn)象，信號(hào)點(diǎn)的發(fā)散程度與信道特性不理想程度和噪聲強(qiáng)度有關(guān)。圖2為接收濾波器輸出在有噪聲時(shí)的信號(hào)星座圖，這張圖是systemview經(jīng)過(guò)大量統(tǒng)計(jì)分析得到的，每組4電平基帶碼正交矢量合成為一個(gè)信號(hào)點(diǎn)。除可以

47、觀察信號(hào)星座圖外，利用systemview還可觀察信號(hào)的相位轉(zhuǎn)換圖。在出現(xiàn)信號(hào)星座圖顯示活動(dòng)窗口后，單擊分析窗中第二行“工具欄”的按鈕4（點(diǎn)繪）可觀察星座圖，單擊按鈕5（連點(diǎn)）可觀察信號(hào)的相位路徑轉(zhuǎn)換圖，兩種操作可相互切換。點(diǎn)的大小可利用“preferencesmaller points in normal/small/pixel”命令修改。 圖一、16qam信號(hào)星座圖（未加噪聲時(shí)理想情況）圖二、16qam信號(hào)在加入高斯白噪聲后的星座圖分析：從加入高斯白噪聲后的星座圖中我們也可以看出：16qam信號(hào)的判決門(mén)限其實(shí)是比較大的。也就是說(shuō)它的性能比較好。能夠在較大的誤碼率下解調(diào)出正確的結(jié)果。圖三、信

48、號(hào)的相位路徑轉(zhuǎn)換圖（未加噪聲時(shí)理想情況）說(shuō)明：信號(hào)的相位路徑轉(zhuǎn)換圖（理想情況下）其實(shí)就是星座圖的另一種反映形式。表明了型號(hào)相位及幅度之間轉(zhuǎn)換的關(guān)系。這是經(jīng)過(guò)多個(gè)周期后的運(yùn)行后得到的轉(zhuǎn)移圖像。圖四、經(jīng)過(guò)高斯白噪聲后解調(diào)出的信號(hào)星座圖對(duì)于qam，可以看成是由兩個(gè)相互正交且獨(dú)立的多電平ask信號(hào)疊加而成。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： 式中，eb為每碼元能量，n0為噪聲單邊功率譜密度。下圖為測(cè)量誤碼率時(shí)的部分電路。說(shuō)明：t51為信源信號(hào)。t1013為雙極性信號(hào)變換為單極性信號(hào)。t1012為信號(hào)延時(shí)器，目的是將信源信號(hào)經(jīng)過(guò)延時(shí)與解調(diào)信號(hào)一樣。t1002為解調(diào)輸出信號(hào)，

49、將兩個(gè)信號(hào)送至t1008（誤碼率測(cè)試器），進(jìn)行誤碼率測(cè)試。后面的t1010為停止接受計(jì)算器符它的功能是當(dāng)輸入值超過(guò)設(shè)定的門(mén)限值時(shí)，停止本次仿真。這里我設(shè)定了門(mén)限值為200v，該器件與誤碼率測(cè)試器件的總錯(cuò)誤數(shù)連接，其作用是將所有錯(cuò)誤數(shù)加起來(lái)與200v的門(mén)限值比較，從而可以得到200v以?xún)?nèi)的誤碼率，經(jīng)過(guò)循環(huán)可以得到信噪比變化后誤碼率的變化。t1014為示波器，其輸出窗口會(huì)顯示相應(yīng)的時(shí)間對(duì)應(yīng)的誤碼率。關(guān)于誤碼率測(cè)試器的參數(shù)說(shuō)明：參數(shù)圖如下，其中“no.trials”為對(duì)比試驗(yàn)的比特?cái)?shù)，通常這個(gè)取值有一定的要求。如果希望測(cè)出1e-4的ber，則至少進(jìn)行1e+5個(gè)比特的對(duì)比試驗(yàn)。這樣經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得到ber才

50、比較可信。同時(shí)，系統(tǒng)的每個(gè)循環(huán)采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)該比這個(gè)比特?cái)?shù)大。得到的結(jié)果才比較正確。由于系統(tǒng)內(nèi)存的限制，本次仿真只能設(shè)定比特采樣數(shù)為10e+3。如果過(guò)大就要修改系統(tǒng)的采樣點(diǎn)數(shù)。這樣系統(tǒng)就會(huì)溢出。不能達(dá)到正常的仿真。本電路部分需要進(jìn)行另外的設(shè)定，電路如右邊所示，t1016為一個(gè)增益器。該增益器需要如下設(shè)定：高斯噪聲源（t135）與加法器（137）之間插入一個(gè)增益隨每次循環(huán)改變的“gain”圖符塊（t1016），執(zhí)行“toolsglobal parameter links”命令，出現(xiàn)一個(gè)“global token parameter links”對(duì)話(huà)框，在其中的“l(fā)inked system token

51、s”欄內(nèi)單擊選中“1016 operator(gain)”項(xiàng)（變成反白條），在“define algebraic relationship f(gi,vi)”欄內(nèi)輸入“gain”圖符塊的循環(huán)增益變化式：-3*cl-15，該式表示每次循環(huán)高斯噪聲功率減小3db，5次循環(huán)后“gain”圖符塊的增益變成-30db，最后，單擊ok按鈕關(guān)閉此對(duì)話(huà)框返回系統(tǒng)窗。t135為高斯噪聲，這里設(shè)定其噪聲功率譜密度為0.02，比較大，所以得到的誤碼率會(huì)比較大。下圖給出了方形qam的誤碼率曲線(xiàn)。圖五、16qam的誤碼率曲線(xiàn)分析：誤碼率反映了系統(tǒng)的抗噪聲性能。進(jìn)行誤碼率測(cè)量時(shí)采用了systemview的一個(gè)器件。該器件

52、是將輸入信源與解調(diào)出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，然后與門(mén)限值比較，大于門(mén)限值則說(shuō)明解調(diào)出錯(cuò)。最后統(tǒng)計(jì)出錯(cuò)誤碼元數(shù)與整個(gè)碼元數(shù)比，得到誤碼率。由于本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)占用內(nèi)存過(guò)大，所以系統(tǒng)仿真時(shí)間設(shè)定比較小循環(huán)次數(shù)比較少，觀察到的后期誤碼率下降速度就不是很明顯，與其他信號(hào)進(jìn)行對(duì)比的時(shí)候也不方便觀察，另外，要得到更低的誤碼率，需要將ber器件的比特?cái)?shù)提高，同時(shí)系統(tǒng)的采樣點(diǎn)數(shù)也要比比特?cái)?shù)高，這樣就會(huì)使得系統(tǒng)仿真占用內(nèi)存更大，會(huì)出現(xiàn)仿真錯(cuò)誤。但是總的來(lái)說(shuō)得到的曲線(xiàn)還是反映了一定的16qam的性能。隨著信噪比的（橫坐標(biāo)）增加，誤碼率（縱坐標(biāo)）下降。在仿真過(guò)程中有許多的因素決定著16qam調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能，例

53、如濾波器的性能以及它的通頻帶的設(shè)計(jì)、抽樣判決的位置、判決門(mén)限的設(shè)定和時(shí)間延遲等都或大或小的影響著它的結(jié)果。 下圖六為理論上qam與其它信號(hào)對(duì)比的誤碼率性能?？梢钥闯觯琿am信號(hào)的誤碼率性能還是比較好的。5.2 16qam的誤碼率性能的systemview仿真用systemview進(jìn)行16qam誤碼率測(cè)量時(shí)有個(gè)問(wèn)題就是當(dāng)高斯噪聲設(shè)定比較小的時(shí)候，其輸出誤碼率不能達(dá)到理想的比較小的值。同時(shí)如果設(shè)定比特采樣數(shù)過(guò)大，內(nèi)存會(huì)溢出，不能仿真比較小的誤碼率結(jié)果，這兩個(gè)問(wèn)題一直不能很好的解決。下面我用matlab編程對(duì)qam進(jìn)行簡(jiǎn)單的誤碼率仿真。代碼用理論推導(dǎo)的誤碼率公式和實(shí)驗(yàn)里經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)和噪聲干擾的進(jìn)行對(duì)比。需要用到幾個(gè)函數(shù)。分別為：1、 高斯白噪聲函數(shù)：functiongsrv1,gsrv2=gngauss(m,sgma)% gsrv1,gsrv2=gngauss(m,sgma)% gsrv1,gsrv2=gngauss(sgma)% gsrv1,gsrv2=