基于simulink的qam调制解调实现(编辑修改稿)

基于simulink的qam调制解调实现(编辑修改稿)内容摘要：

MQAM 信号相干解调原理图 解调器输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经过低通滤波器输出两路多电平基带信号 X（ t）和 Y（ t）。 多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测， 这里需要 (L1)个判决门限，其中 L 为电平数， 再经 L 电平到 2 电平转换和并 /串变换器 ， 最终输出二进制 数据。 串∕并转换 2 到 L 电平转换 2 到 L 电平转换 预调制LPF 预调制LPF ∑ tcos tsin 载波恢复 定时恢复 并∕串转换 LPF LPF 多电平判决 多电平判决 L 到 2 电平转换 L到 2电平转换 5 MQAM 信号星 座图 信号矢量的端点的分布图称为星座图。 通常用星座图来描述 QAM 信号的空间分布状态。 对于 16QAM 来说，有多种分布形式的信号星座图。 如图 23 所示。 在图 23（ a）中信号点的分布成方形，故称 之 为方形 16QAM 星座图，也称为标准 16QAM 星座图。 在图 23(b)中信号点的分布成星型，故称为星型 16QAM 星座。 图 23 16QAM 的星座图 （ a）方形 16QAM 星座 （ b）星型 16QAM 星座 M=4,16,32， … ， 256 时 MQAM 信号星座图如图 24 所示 ： 图 24 MQAM 信号星座图 (0,) (0,) (,0) (,0) (0,) (0,) (,0) (,0) (b) 6 其中 M 为 2 的偶次方 时，如 M=4,16,64,256 时星座图为矩形，每个符号携带偶数个比特信息 ； 而 M 为 2 的奇次 时，如 M=32,128 时星座图为十字形，每个符号携带奇数个 比 特信息。 为了 比较 MQAM 和 MPSK 的抗干扰能力， 以 16 进制为例，在 图 25 所 示 的单位圆上分别画出了 16PSK 和 16QAM 的星座图。 星座图上各端点之间的最小距离满足下式 Msin2dM P SK  （ 24） 1M 21L 2dM Q A M  （ 25） 式中， L 为星座图上信号点在水平轴和垂直轴上投影的电平数， 2LM。 图 25 16QAM 和 16PSK 的星座图 当 M=16 时，可以计算得出 QAM16d ， PSK16d ， QAM16d ＞ PSK16d ， 星座图中，两个信号点距离越大，在噪声干扰使信号图模糊的情况下，要求分开两个可能信号点越容易办到。 通过比较发现 16QAM 系统抗干扰能力优于 16PSK。 QAM 的误码率性能 矩形 QAM 信号星座最突出的优点就是容易产生 PAM 信号可直接加到两个正交 载波相位上，此外它们还便于解调。 对于 M＝ k2 下的矩形信号星座图（ k 为偶数）， QAM 信号x y A A y x 16QAM 16PSK 7 星座图与正交载波上的两个 PAM 信号是等价的，这两个信号中的每一个上都有 2k2M个信号点。 因为相位正交分量上的信号能被相干判决极好的分离，所以易于通过 PAM 的误码率确定 QAM 的误码率。 M 进制 QAM 系统正确判决的概率是 ： 2)1( Mc PP  (26) 式中 MP 是 M 进制 PAM 系统的误码率，该 PAM 系统具有等价 QAM 系统的每一个正交信号中的一半平均功率。 通过适当调整 M 进制 PAM 系统的误码率，可得 )NE1M 3(Q)M11(2P0avM  （ 27） 其中0avNE 是每 个符号的平均信噪比。 因此 M 进制 QA M 的误码率为 2MM )P1(1P  （ 28） 当 k 为偶数时， MQAM 对 于 M＝ k2 情形时精确的，而当 k 为奇数时，就找不到等价的 M 进制 PAM 系统。 如果使用最佳距离量度进行判决的最佳判决器，可以求出任意k 1 误码率的严格上限 20)1(3211 NMEQP avM 0)1(34 NM kEQ av b (29) 其中0avNE 是 每比特的平均信噪比。 8 3 QAM 调制解调的实现与仿真 Simulink 软件 Simulink是一个与 MATLAB软件融为一体实现对动态系统进行模拟、仿真和分析的应用软件。 它是 以框图编程为基础的系统模拟及仿真软件，并为此提供了基本的系统建模模块。 用户只需知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些 基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以 .mdl文件进行存取）， 就可以 进行仿真与分析。 Simulink 模块 Simulink的模块分为两大类，一类是基本模块，另一类是与应用领域相关的模块。 其基本模块集由 16个模块子集组成，它们分别是：常用模块，连续时间系统用模块，非连续时间系统用模块，离散时间系统模块，逻辑与位操作模块，查表模块，数学运算模块，模型确认模块，系统模型工具模块，端口与子系统模块，信号属性模块，信号布线模块，信号终端模块，信号源模块，用户自定义模块 ，其他数学运算及离散系统用模块。 Simulink 的通信模块集 Communications Blockset 提供了丰富的通信系统仿真模块，几乎包括了通信系统仿真中所用到的所有信源、信宿、操作和算法。 如图 31 所示，用户可以利用这些模块方便地完成自己通信系统的仿真和分析。 图 31 通信系统仿真模块 9 Simulink建模与仿真 建模的步骤如下： （ 1）首先确定一个设计的系统框图，这个系统框图是描述系统的基本结构、信号流向、子系统信号的输入与输出、子系统之间的接口以及系统运行所需的控制 等。 这样的系统框图有助于 Simulink 建立系统模型。 （ 2）启动 Simulink，在 Matlab 命令窗口（ Command Window）中输入 simulink，结果是在桌面上出现一个称为 Simulink Library Browser 的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。 也可以通过 Matlab 主窗口的快捷按钮 来打开 Simulink Library Browser 窗口。 （ 3）单击 Simulink 模块库窗口左上角的 File 菜单下的新建模型或空白模型按钮打开一个名为 Untilied 的空白模型窗口。 从 Simulink 的模块库中选取合适的基本模块，用鼠标指向所需的信源模块（如正弦波信源 sine wave） ,按下鼠标左键，把它拖至 Untitled 窗口中，就生成一个正弦波信源复制品。 （ 4）在选取了建立系统模型所需的模块后，就是根据系统框图将模块连接起来。 连接方法如下：把鼠标箭 头放在第一个模块的输出端口上，这是箭头会变成一个十字叉，单击并持续按下鼠标左键，把鼠标箭头拉到第二个模块的输入端口，这是鼠标箭头变成双十字叉，放开鼠标键。 或者是用鼠标选中源模块，按下 Ctrl 键的同时单击目标模块。 构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。 运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。 设置仿真参数和选择解法器，选择 Simulation 菜单下的 Parameters 命令，就会弹出一个仿真参数对话框，它主要用 Solver 页 WorkspaceI∕O页 Diagnostics 页三个页面来管理仿真的参数设置。 设置仿真参数和选择解法器之后，就可以启动仿真而运行。 选择 Simulink 菜单下的 start 选项来启动仿真，如果模型中有些参数没有定义，则会出现错误信息提示框。 如果一切设置无误，则开始仿真运行，结束时系统会发出一鸣叫声。 QAM 调制模块 建模与仿真 前面介绍了 QAM的调制解调和 Simulink的基本知识，以及实现通信仿真的基本操作。 本文 就以 16QAM为例，利用 Simulink模块实现 QAM调制、解调通信系统建模并进行仿真。 由第二章 MQAM的 调制解调原理可以得出， 16QAM的调制解调系统框图如图 32所示： 10 图 32 16QAM的调制解调 由图 32可以知道 16QAM的调制解调原理，通过调制与解调两大模块来 对 16QAM系统建模与仿真，并对仿真结果作出分析，从而对系统进行一定的优化，获得较好的系统模型。 本次仿真的系统总体框图见附。