16-QAM基帶傳輸系統(tǒng)

1、16-QAM基帶傳輸系統(tǒng)1.引言隨著通信業(yè)迅速的發(fā)展，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)越來(lái)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(wú)限增加頻道數(shù)目來(lái)解決系統(tǒng)容量問(wèn)題。另外，人們亦不能滿足通信單一的語(yǔ)音服務(wù)，希望能利用移動(dòng)電話進(jìn)行圖像等多媒體信息的通信。但由丁圖像通信比電話需要更大的信道容量。高效、可靠的數(shù)字傳輸系統(tǒng)對(duì)丁數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)很重要，正交幅度調(diào)制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是多進(jìn)制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調(diào)制方式是一種比較好的選擇。為了加深對(duì)QAM調(diào)制解調(diào)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的理解，本實(shí)驗(yàn)對(duì)整個(gè)1

2、6-QAM基帶傳輸系統(tǒng)的仿真，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：2.QAM調(diào)制解調(diào)原理2.1QAM調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是多進(jìn)制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調(diào)制方式是一種比較好的選擇。正交幅度調(diào)制（QAM）信號(hào)采用了兩個(gè)正交載波cos2lfct和sin2；rfct,每個(gè)載波都被一個(gè)獨(dú)立的信息比特序列所調(diào)制。發(fā)送信號(hào)波形如圖2.1.1所示m=1,2,.M,Um（t）=AmcgT（t）cos2二fctAmsgT（t）sin2二fj,圖2.1.1M=16QAM信號(hào)星座圖式中Amc和Ams是電平集合，這些電平是

3、通過(guò)將k比特序列映射為信號(hào)振幅而獲得的。例如一個(gè)16位正交幅度調(diào)制信號(hào)的星座圖如下圖所示，該星座是通過(guò)用M=4PAM信號(hào)對(duì)每個(gè)正交載波進(jìn)行振幅調(diào)制得到的。利用PAM分別調(diào)制兩個(gè)正交載波可得到矩形信號(hào)星座。QAM可以看成是振幅調(diào)制和相位調(diào)制的結(jié)合。因此發(fā)送的QAM信號(hào)波形可表小為Umn(t)=AmgT(t)cos(2一fctL),m=1,2,.M,1,n=1,2,.M2,如果M1=2k1,M2=2k2,那么qam方法就可以達(dá)到以符號(hào)速率RB./(k/k2)同時(shí)發(fā)送k1*k2=log2M2M«二進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖2.1.2給出了QAM調(diào)制器的框圖。二進(jìn)制數(shù)據(jù)圖2.1.2QAM調(diào)制器框圖2.2Q

4、AM的解調(diào)和判決假設(shè)在信號(hào)傳輸中存在載波相位偏移和加性高斯噪聲。因此r(t)可以表示為r(t)=AmcgT(t)cos(2f")AmsgT(t)sin(2fc)n(t)其中©是載波相位偏移，且n(t)=nc(t)cos2,靜-ns(t)2,fj將接收信號(hào)與下述兩個(gè)相移函數(shù)進(jìn)行相關(guān)i（t）=gT（t）cos（2二fct）'2(t)=gT(t)sin(2二fct)如圖2.2.1所示，相關(guān)器的輸出抽樣后輸入判決器。使用圖2.2.1中所示的鎖相環(huán)估算接收信號(hào)的載波相位偏移'，相移甲i和甲2(t)對(duì)該相位偏移進(jìn)行補(bǔ)償。輸出判決圖2.2.1QAM信號(hào)的解調(diào)和判決假設(shè)圖中

5、所示的時(shí)鐘與接收信號(hào)同步，以使相關(guān)器的輸出在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻及時(shí)被抽樣。在這些條件下兩個(gè)相關(guān)器的輸出分別為G=Amcnccos-nssinHCcs2=Amcncsin一nscos其中1 T,、一n-n(t)gT(t)dt01Tns=sns(t)gT(t)dt20噪聲分量是均值為0,方差為N°/2的互不相關(guān)的高斯隨機(jī)變量。最佳判決器計(jì)算距離量度2D(r,sm)=rsmm=1,2,.M.2.3QAM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，此外它們還便丁解調(diào)。k對(duì)丁M=2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

6、信號(hào)是等價(jià)的，這兩個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)上都有"M=2"2個(gè)信號(hào)PAM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，所以易丁通過(guò)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2Pc=(1-Pm)2式中Pm是阿進(jìn)制PAM系統(tǒng)的誤碼率，該P(yáng)AM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，M1=2(1-)Eav其中No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Pm=1-(1-Pm)2k.可以注意到，當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)，這個(gè)結(jié)果對(duì)M=2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、'M進(jìn)制PAM系統(tǒng)。如果使用

7、最佳距離量度進(jìn)行判決的最佳判決器，可以求出任意k芝1誤碼率的嚴(yán)格上限PmQ2V(M-1)NoEavb其中No是每比特的平均信噪比。3.16-QAhM帶傳輸系統(tǒng)的Matlab仿真圖3.1為16-QAM基帶傳輸系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)框圖16-QAM信號(hào)利用載波的四種不同電平(土1.土3)表征數(shù)字信息。由于該信號(hào)的一個(gè)碼元可以表示4種不同的數(shù)字調(diào)制狀態(tài)，因此需要將輸入的一進(jìn)制序列通過(guò)串少變換分為奇序列和偶序列兩路，分路之后的雙比特碼元通過(guò)一定的編碼映射關(guān)系與四種電平狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：00"+3、01“+1、10"-1、11“-3,為了防止碼間串?dāng)_，成形濾波器米用平方根升余弦信號(hào)：RCosWave=rcosfir(0.5,-1,1,12,1,'sqrt'),Rcosfir函數(shù)用來(lái)產(chǎn)生FIR升余弦濾波器。它的原型為rcosfir(r,N_T,rate,T,fil_type)，其中r為滾降系數(shù)，取值范圍0<r<1;N_TN_T為長(zhǎng)度為2的向量，用來(lái)表示輸入樣值的范圍；rate為每個(gè)輸入樣值對(duì)應(yīng)的輸出樣值數(shù)；T為輸入樣值周期；fil_type用來(lái)標(biāo)志是否產(chǎn)生平方根升余弦濾波器。脈沖成形濾波器為生平方根升