基于Simulink的QAM調(diào)制系統(tǒng)性能研究

1、探%2009級(jí)信息系統(tǒng)汰綜合設(shè)計(jì)%探信息系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課題名稱(chēng)基于Simulink的16QAM調(diào)制系統(tǒng)性能分析姓名學(xué)號(hào)院、系 部1、電氣工程系專(zhuān)業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師2018年1月8日基于Simulink的16QAM調(diào)制系統(tǒng)性能分析一、設(shè)計(jì)目的數(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，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。其主要研究 內(nèi)容圍繞著減小信號(hào)帶寬以提高信號(hào)頻譜利用率。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

2、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 MQAM2 ）。增大M可提高頻率利用率，也即提高 傳輸有效性。二、設(shè)計(jì)要求1. 對(duì)16QAM調(diào)制系統(tǒng)基本原理進(jìn)行了較為深入地理解與分析，并且根據(jù)其原 理構(gòu)建了 Simulink的仿真模型。2. 較為熟悉地掌握了 Simulink軟件在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本步驟與方法。3. 利用Simulink實(shí)現(xiàn)了 16QAM調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與仿真，并得到相 應(yīng)的調(diào)制波形。三、16QAM調(diào)制原理MQAM的調(diào)制框圖如圖所示。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)

3、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?Rb/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)3(i,j=1,2,丄(2.1.4本次仿真在信號(hào)源部分采用了偽隨機(jī)序列發(fā)生器，本序列發(fā)生器的基本參數(shù)設(shè) 置如下：Generator polynomial:1 1 0 1 0 1 1In itial states:0 0 0 0 0 1Output mask vector:。Sample time:1Outp

4、ut data type:double3.1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。該子系統(tǒng)內(nèi)部框圖如下所 示：4 2 1 _ K _=_OuilDownBmpI Unit D&liyCDIn1Delays J 土 一駅遼二)JOut2Tapped Dslay DBwnssnniplEl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。系統(tǒng)首先將輸入的 偽隨機(jī)序列分成兩路并將其中的一路直接按整數(shù)因子2抽取，然后進(jìn)行一個(gè)單位的延時(shí)，這樣便得到了原隨機(jī)序列的奇數(shù)碼元；對(duì)于另外一路則先進(jìn)行延遲然 后下采樣便可得到原序列的

5、偶數(shù)碼元，至此串并轉(zhuǎn)換也是結(jié)束了。假設(shè)輸入 Ini: 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1則有 Out1: 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0Out2: 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1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、并行 輸出1和并行輸出2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 的是每一路輸出信號(hào)前邊都多了一個(gè)0碼元單位，這是由于延遲模塊所造成的 當(dāng)然它們?cè)谶@里同時(shí)被延遲了一個(gè)單元，但對(duì)后面各種性能

6、的研究是不會(huì)造成 影響的。3.22/4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N00-301-1101113表1 12/4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) ab=01 時(shí) ab=10 時(shí) a

7、b=11 時(shí)輸出：y=-2 + -1=-3；y=-2 + 1=-1；y=2 + -1 =1y=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)相加模塊便實(shí)現(xiàn)2/4電平的轉(zhuǎn)換功能。具體模塊如下所示:2/4電平轉(zhuǎn)換模塊3.3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。兩載波信號(hào)發(fā)生器 的參數(shù)設(shè)置如下所示：3 : Amlitude: 1勺:Amlitude:1Bias: 0Frequency: pi/2Sample time

8、： 0Bias: 0Frequency(rad/sec 7000Phase(rad: 0Sample time 0四、16QAM調(diào)制系統(tǒng)的仿真由圖可以知道，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Simulink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)總體框圖：對(duì)各模塊參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定，便可實(shí)現(xiàn)其調(diào)制功能。進(jìn)行仿真得到的調(diào)制 輸出波形圖如圖所示。Q Scope5I =回Ol flAH Bi勺0J4BB10Time offset: 0o Scope0 回s自Qq川盹迢諳日垢Jf

9、l Scope3L 回 iTJw.e酋iplQ爐躍翁囪垢Ob_5 |iiiiiiiji|012345678910Thne offset: 0gj Scopelo Q0寵 aia b l-.：-i 環(huán)Q Scope4亠一-q I 回M岸圉|冏爐Q|曲圍詞o 垢 Scopt2一 u | 1 = 19 垢1068Tuna aCiset D五、設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了Sinmulink對(duì)圖形的仿真，我得到了大量的鍛煉并受益匪淺，不但提高了自身對(duì)理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，同時(shí)還鍛煉了自 己的動(dòng)手實(shí)踐能力。我想，這些不論是對(duì)我讀研階段的學(xué)習(xí)甚至是以后參加工 作都是有很大幫助。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我更牢固地掌握了有關(guān)MQAM調(diào)制的理論知識(shí)，并簡(jiǎn)單 了解了系統(tǒng)仿真建模的基本步驟，同時(shí)還加深了 我對(duì) Simuli nk軟件的理解與應(yīng)用。在以后的學(xué)習(xí)中，我們會(huì)不斷的摸索，不斷實(shí)踐，更好的利用各種手段幫助我 們提高，使我們更好的理解所學(xué)的知識(shí)，彌補(bǔ)實(shí)踐的不足，由理論聯(lián)系到實(shí) 際，深入了解科學(xué)的奧秘，真正的把知識(shí)吸收為自己的東西，以達(dá)到學(xué)以致用 的目的