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实验一：16QAM调制与解调一、实验目的1、熟悉16QAM信号的调制与解调，掌握SYSTEMVIEW软件中，观察眼图与星座图的方法。2、强化SYSTEMVIEW软件的使用，增强对通信系统的理解。二、实验原理1、16QAM16QAM是指包含16种符号的QAM调制方式。16QAM调制原理方框图：图一16QAM调制框图16QAM解调原理方框图：图二16QAM解调框图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。在这里我们使用第一种方法。16QAM信号的星座图：图三16QAM星座图上图是16QAM的星座图，图中f1(t)和f2(t)是归一化的正交基函数。各星座点等概出现。星座图中最近的距离与解调误码率有很密切的关系。上图中的最小距离是dmin=2。16QAM的每个星座点对应4个比特。哪个星座点代表哪4比特，叫做星座的比特映射。通常采用格雷映射，其规则是：相邻的星座点只差一个比特。实验所需模块连接图如下所示：图四模块连接图各个模块参数设置：元件编号属性类型参数设置0,2SourcePNseqAmp=1V；Rate=10Hz；Levels=44,13SourceSinusiodAmp=1V；Rate=100Hz12SourceGaussNoiseStdDev=0V;Mean=0V5,7,9,10Multipler——————3Adder——————17,18OperatorLinearSysButterworth,3Poles,fc=10Hz19,14,15Sink——————设置系统时间为20Sec（观察眼图），仿真频率1000Hz三、实验步骤（1）按照实验所需模块连接图，连接各个模块（2）设置各个模块的参数：①信号源部分：PN序列发生器产生双极性NRZ序列，频率10HZ图五信号源设置示意图②载频：频率设置为100Hz。图六载频发生器设置示意图③高斯噪声：均值为0，方差为0。图七高斯噪声设置示意图④低通滤波器：3Poles，Fc=10Hz；图八低通滤波器设置示意图（3）观察调制波形和眼图。（4）逐渐加入噪声，观察其对眼图和星座图的影响（5）改变带宽时，通过眼图和星座图观察噪声对16QAM信号的影响四、实验结果（1）噪声为0时，16QAM信号波形图与星座图图十16QAM信号波形图图十一16QAM信号星座图图十二16QAM信号眼图通过对无噪声条件下，对16QAM眼图、星座图、波形图的观察，我们发现16QAM信号有16个离散的状态，属于幅度与相位联合调制。当仅观察I路或Q路时，我们可以发现这是一个4ASK信号，有四个离散的电平。当观察眼图时，我们发现眼睛睁开很大，眼图十分清晰，误码率低。（2）逐渐改变噪声方差①噪声方差为1，均值为0时图十三16QAM信号眼图与星座图②噪声方差为3，均值为0时图十四16QAM信号眼图图十五16QAM信号星座图由上面两个不同的噪声方差的眼图、星座图的观察可知，当噪声功率越大时，眼睛张开的角度越小，星座图的转移路线也变得更加不清晰。这意味着信号收到噪声污染越来越严重，解调输出误码率变高。（3）改变噪声均值，观察均值变化时对信号的影响①当噪声方差为0，均值为3时图十六16QAM眼图与星座图②当噪声方差为0，均值为10时图十七16QAM眼图图十八16QAM星座图由以上所有图比较，我们可以看出，当系统噪声增加时，方差的加大比均值的加大对系统的影响更大，噪声加大会导致解调信号出现误码。反映在眼图上就是眼睛闭合，反映在星座图上就是星座图转移混乱。五、实验讨论从实验结果可以看出，通过对无噪声条件下，对16QAM眼图、星座图、波形图的观察，我们发现16QAM信号有16个离散的状态，属于幅度与相位联合调制。当仅观察I路或Q路时，我们可以发现这是一个4ASK信号，有四个离散的电平。当观察眼图时，我们发现眼睛睁开很大，眼图十分清晰，误码率低。通过对加入噪声的眼图和星座图的观察，可知，当噪声功率越大时，眼睛张开的角度越小，星座图的转移路线也变得更加不清晰。这意味着信号收到噪声污染越来越严重，解调输出误码率变高。另外，当系统噪声增加时，方差的加大比均值的加大对系统的影响更大，噪声加大会导致解调信号出现误码。反映在眼图上就是眼睛闭合，反映在星座图上就是星座图转移混乱。实验意见与建议1、希望老师可以考虑加入matlab的相关实验，据我了解，虽然SYSTEMVIEW直观形象，易于学生理解原理的本质，但是在研究生阶段，更多是使用matlab做仿真，希望可以早加入matlab实验！2、希望可以加入更多在频域观察信号波形的实验，很多在时域不是很好发现的情况，在频域可以一目了然的发现到。3、希望老师可以给同学们提前布置预习任务，这样的话，在实验时数据更多的由学生自己去决定，可以加大学习的自主性和积极性