实验一 16QAM调制与解调仿真

实验一 16QAM调制与解调仿真 实验一 16QAM调制与解调仿真 一、实验目的 (1) 掌握16QAM调制与解调原理。 2) 掌握Matlab/Simulink仿真软件使用 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。 ( (3) 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 16QAM调制与解调仿真电路，观察同相支路、正交支路波形及16QAM星座图。 二、实验环境与仪器 Windows98/2000/XP、Matlab(R2010a)/Simulink 三、实验内容 1、熟悉地掌握了MATLAB软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法。 2、搭建16QAM调制解调仿真系统; 3、运行仿真系统，得出各模块部分的波形及并进行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。 四、实验原理 1、16QAM调制原理 16QAM是用两路独立的正交4ASK信号叠加而成，4ASK是用多电平信号去键控载波而得到的信号。它是2ASK体制的推广，和2ASK相比，这种体制的优点在于信息传输速率高。 正交幅度调制是利用多进制振幅键控(MASK)和正交载波调制相结合产生的。16进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。16QAM的产生有2种方法:(1)正交调幅法，它是有2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成;(2)复合相移法:它是用2路独立的四相位移相键控信号叠加而成。这里采用正交调幅法。16QAM正交调制的原理如下图1.1所示。 图1.1 16QAM调制器组成框图 图中串/并变换器将速率为Rb的二进制码元序列分为两路，速率为Rb/2。2-4电平变换为Rb/2的二进制码元序列变成速率为RS=Rb/log16的4个电平信号,4电2 平信号与正交载波相乘，完成正交调制，两路信号叠加后产生16QAM信号。在两路速率为Rb/2的二进制码元序列中，经2-4电平变换器输出为4电平信号，即M=16。经4电平正交幅度调制和叠加后，输出16个信号状态，即16QAM RS=Rb/log16=Rb/4，本实验采用便是这种方式。 2 2、QAM解调原理 16QAM信号采取正交相干解调的方法解调，解调器首先对收到的16QAM信号进行正交相干解调，一路与cosωct相乘，一路与sinωt相乘。然后经过低通滤c 波器，低通滤波器LPF滤除乘法器产生的高频分量，获得有用信号，低通滤波器LPF输出经抽样判决可恢复出电平信号。16QAM正交相干解调如图1.2所示。 1.2 16QAM解调器组成框图 图 五、实验步骤 1、16QAM调制模块的模型建立与仿真 以下为系统仿真框图及各模块的简单介绍描述: 1.1 信号源 本次仿真在信号源部分采用了伪随机序列发生器，要求系统基带信号码元速 率19.2kbps，则序列发生器的基本参数设置如下: Generator polynomial:[1 0 0 0 0 1 1] Initial states:[0 0 0 0 0 1] Output mask vector:0 Sample time:1/19200 Output data type:double 1.2 串并转换模块 仿真中串并转换作为一个单独子系统嵌入到总系统中。该子系统内部框图如 下所示: 图1.3 串并转换模块 由图可知，本子系统有一个输入端口和两个输出端口。系统首先将输入的伪 随机序列分成两路并将其中的一路直接按整数因子2抽取，然后进行一个单位的 延时，这样便得到了原随机序列的奇数码元;对于另外一路则先进行延迟然后下 采样便可得到原序列的偶数码元，至此串并转换也是结束了。 假设输入In1: 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 则有 Out1: 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 Out2: 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1.3 2/4电平转换模块 对于2/4电平的转换，其实是将输入信号的4种状态(00,01,10,11)经过编码 电平信号。这里我们选择的映射关系如下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 所示: 以后变为相应的4 映射前数据 电平/V 00 -3 01 -1 10 1 11 3 表1—1 2/4电平映射关系表 根据以上映射关系，我们可以很容易的找出它们之间的一个数学关系。这里输入信号为两路二进制信号，假设它们是ab，则在a=1时让它输出一个幅度为2的信号，当a=0时输出幅度为-2的信号。同理当b=1是让它输出一个幅度为1的信号，当b=0时输出幅度为-1的信号。如此一来便可以得到下面的结果: 当ab=00时 输出: y=-2 + -1=-3; ab=01时 y=-2 + 1=-1; ab=10时 y=2 + -1 =1; ab=11时 y=2 + 1 =3; 由上所示我们可以得出:再设计2/4电平转换模块的时候，我们需要先将输入信号再次进行串并转换，每路信号做一个简单的判决，再用一个相加模块便可实现2/4电平的转换功能。具体模块如下所示: 图1.4 2/4 电平转换模块 1.4 其余模块 除以上所述的两个子系统外，调制阶段还包括正余弦信号发生器、加法器、乘法器、频谱示波器和离散时间信号发散图示波器等。由于系统要求载波频率为76.8KHZ，所以两载波信号发生器的参数设置如下所示: sinwctcoswct:Amlitude: 1 :Amlitude:1 Bias: 0 Bias: 0 Frequency(rad/sec):76800*2*pi Frequency(rad/sec):76800*2*pi Phase(rad): pi/2 Phase(rad): 0 Sample time:1/768000 Sample time:1/768000 对于离散时间信号发散图示波器，做了一个子系统如下图所示: 图1.5 离散时间信号发散图示波器 上图中先将两路正交的信号和成一个复信号后，经离散采样加入到了信号发散图示波器，这样就可以得到原始信号的星座图了。 1.5 调制系统的实现 将以上各模块、子系统按原理图进行连接，并对各模块参数进行相应的设定，便可实现其调制功能。进行仿真得到的调制输出波形和星座图。 2、16QAM解调模块的模型建立与仿真 16QAM解调原理框图如图1.1所示，解调器实现的核心在于4//2电平判决模块及并串转换模块。在本次仿真中，载波恢复输出的同频同相波是直接由调制模块中的载波提供的，也就是说在仿真实验中并没有做载波恢复。 2.1 相干解调 系统先前所得的16QAM调制信号通过高斯白噪声信道以后便可以解调了。本次实验采用的解调器原理为相干解调法，即已调信号与载波相乘，送入到低通滤波器，其对应原理图中信号输入并与载波相乘后通过LPF的部分，输出送入到判决器判决，在这里，低通滤波器的设计很重要，在Simulink中提供了一些滤波器，我们可以加以利用，但它的参数设定对后续判决产生误差有很大关系，所以要对该滤波器的参数设定要慎重。在本实验中涉及的仿真中滤波器均选择贝塞尔低通滤波器。这里提供一个参考的LPF参数设定如下: Desige method : Bessel Filter type : Lowpass Filter order: 8 Pass edge frequency (rad/s) : 15360*2*pi。 2.2 4/2电平判决 由于前面采用的是模拟低通滤波器，所以在4/2电平判决之前得到的是一个 电平信号。之后要想得到2电平的数字信号，需经一系列的抽样、量化和模拟的4 编码。这里我们再次使用了子系统这一概念，如下图所示: 图 1.6 4/2电平转换模块 上图中，对模拟信号做了常数为2的增益后，让其通过了一个量化编码器，再通过离散采样以后便得到了 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的4电平数字信号。然后信号被分为两路，分别进行量化编码后得到了两路二进制信号，最后经串并转换得到了最终结果。此处三个量化编码器的参数设置如下所示: 2 Quantization partition: [-2.0 0 2.0] Quantization codebook: [-3 -1 1 3] 3 Quantization partition: [-2.0 0 2.0] Quantization codebook: [0 0 1 1] 4 Quantization partition: [-2.0 0 2.0] Quantization codebook: [0 1 0 1] 假设上述模块输入为x，输出分别为为y、z1、z2，则它完成的功能是: 0;y,,30;y,,3,3;x,,2,,, ,,,0;y,,11;y,,1,1;,2,x,0,,,z1,y,z2,,,,1;y,11;0,x,20;y,1,,, ,,,1;y,31;y,33;x,2,,, 这样两路二进制信号经并串转换后，便完成了以下映射关系，也最终实现了 4/2电平的转换。 映射前数据 电平/V -3 00 -1 01 1 10 3 11 表1-2 4/2电平映射关系表 2.3 并串转换 系统中的并串转换模块由一个脉冲序列发生器和一个选择器构成。其中的脉 冲序列发生器用来产生占空比为0.5的全一序列，而选择器用来决定在哪一个时 候输出哪一路信号。它的参数设置如下: Switch:Criteria for passing first input: u2>=Threshold Threshold: 0.5 所以，当输入脉冲序列为1时，选择器输出第一路信号;当输入脉冲序列为0 时，选择器输出第二路信号。这样本次仿真经并串转换以后便最终实现了16QAM 信号的解调。 2.4 其它模块 除以上各模块之外，解调阶段还用到了包括眼图、发散图示波器和错误率统计等信宿模块。 3、16QAM调制解调系统整体仿真模型 图 1.7 16QAM系统整体仿真模型 六、实验要求 1、搭建系统，完成系统仿真，得出各部分仿真波形并进行系统分析; 2、观察系统调制前与解调后的星座图，并进行对比分析; 3、观察系统眼图，改变信道的信噪比SNR值，观察眼图的变化情况并记录下来。