基于Simulink的16QAM调制系统性能分析

信息系统综合设计报告书课题名称基于Simulink的16QAM调制系统性能分析姓名学号院、系、部电气工程系专业电子信息工程指导教师2013年1月8日※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2009级信息系统综合设计基于Simulink的16QAM调制系统性能分析一、设计目的数字调制具有3种基本方式：数字振幅调制、数字频率调制、数字相位调制，这3种数字调制方式都存在不足之处，为了改善这些不足，近几十年来人们不断提出一些新的数字调制解调技术，以适应各种通信系统的要求。其主要研究内容围绕着减小信号带宽以提高信号频谱利用率。所谓正交振幅调制是用两个独立的基带波形对两个互相正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制。在这种调制中，已调载波的振幅和相位都随两个独立的基带信号变化。采用多进制正交振幅调制，可记为MQAM（M2）。增大M可提高频率利用率，也即提高传输有效性。二、设计要求1.对16QAM调制系统基本原理进行了较为深入地理解与分析，并且根据其原理构建了Simulink的仿真模型。2.较为熟悉地掌握了Simulink软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法。3.利用Simulink实现了16QAM调制系统的设计，实现与仿真，并得到相应的调制波形。三、16QAM调制原理MQAM的调制框图如图所示。在发送端调制器中串/并变换使得信息速率为Rb的输入二进制信号分成两个速率为Rb/2的二进制信号，2/L电平转换将每个速率为Rb/2的二进制信号变为速率为Rb/（2lbL）的电平信号，然后分别与两个正交载波相乘，再相加后即得MQAM信号。MQAM调制MQAM信号表示式可写成)sincos(2)(twBtwATtSciciBMQAM(2.1.1)其中，Ai和Bi是振幅，表示为)12()12(jBjiAi(2.1.2)其中，i,j=1,2,…，L，当L=1时，是4QAM信号；当L=2时，是16QAM信号；当L=4时，是64QAM信号。选择正交的基本信号为twTttwTtcBcBsin2)(cos2)(21(2.1.3)在信号空间中MQAM信号点jiijBAS(i,j=1,2,…,L)(2.1.4)本次仿真在信号源部分采用了伪随机序列发生器，本序列发生器的基本参数设置如下：Generatorpolynomial:[1101011]Initialstates:[000001]Outputmaskvector:0Sampletime:1Outputdatatype:double3.1串并转换模块由于系统仿真总框图涉及模块较多，为不失美观同时又能显的浅显易懂特将串并转化作成一个单独子系统而嵌入总系统中。该子系统内部框图如下所示：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In1:001000001000011000101001则有Out1:010010010110Out2:000000100001实际运行中各路信号图形如下所示，图中从上往下依次是串行输入、并行输出1和并行输出2的波形。由图可以得出经串并转换之后，并行输出的每一路码元传输速率降为了原来的一半，这也正是实际运应中所要求的。和假设不同的是每一路输出信号前边都多了一个0码元单位，这是由于延迟模块所造成的。当然它们在这里同时被延迟了一个单元，但对后面各种性能的研究是不会造成影响的。3.22/4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）经过编码以后变为相应的4电平信号。这里我们选择的映射关系如下表所示：映射前数据电平/V00-301-1101113表1—12/4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：2/4电平转换模块3.3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。两载波信号发生器的参数设置如下所示：twccos：Amlitude:1twcsin：Amlitude:1Bias:0Bias:0Frequency（rad/sec）:7000Frequency(rad/sec)：7000Phase(rad):pi/2Phase(rad):0Sampletime：0Sampletime：0四、16QAM调制系统的仿真由图可以知道，16QAM的调制解调原理比较简单，接下来，我们将通过调制与解调两大模块来介绍Simulink下16QAM的仿真结果，并且将对仿真结果作出分析并对系统进行一定的优化，从而获得较好的系统模型。下页为本次仿真的系统总体框图：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图如图所示。五、设计总结通过本次课程设计，进一步学习了Sinmulink对图形的仿真,我得到了大量的锻炼并受益匪浅，不但提高了自身对理论基础知识的掌握，同时还锻炼了自己的动手实践能力。我想，这些不论是对我读研阶段的学习甚至是以后参加工作都是有很大帮助。通过这次课程设计，我更牢固地掌握了有关MQAM调制的理论知识，并简单了解了系统仿真建模的基本步骤，同时还加深了我对Simulink软件的理解与应用。在以后的学习中，我们会不断的摸索，不断实践，更好的利用各种手段帮助我们提高，使我们更好的理解所学的知识，弥补实践的不足，由理论联系到实际，深入了解科学的奥秘，真正的把知识吸收为自己的东西，以达到学以致用的目的六、参考文献[1]樊昌信，曹丽娜．通信原理．国防工业出版社，2001[2]曹志刚．现代通信原理．清华大学出版社，2006[3]李贺冰．Simulink通信仿真教程．国防工业出版社，2006[4]李妍．MATLAB通信仿真开发手册．国防工业出版社，2005[5]张辉．现代通信原理与技术．西安电子科技大学出版社，2002