基于的调制解调系统性能研究应用.doc
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1、 摘要 随着无线通信频带日趋紧张,研究和设计自适应信道调制技术体制是建立宽带移动通信网络核心技术之一。正交振幅调制技术(QAM)是一种功率和带宽相对高效信道调制技术,因而在大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传播、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中,随着微蜂窝和微微蜂窝浮现,使得信道传播特性发生了很大变化。过去在老式蜂窝系统中不能应用正交振幅调制也引起了人们注重。 本文一方面简朴简绍了QAM调制解调系统和MATLAB7.9/Simulink4.0工作原理。然后运用Simulink对16QAM调制系统进行仿真,不但得到了信号在加噪先后星座图、眼图,并且在信噪比变化条件下,得到
2、了16QAM系统误码率。最后,在简朴做了一种2DPSK系统仿真之后,将它与16QAM系统进行了比较,并得出了16QAM是一种相对优越调制解调系统这一结论。 核心词:QAM SIMULINK 仿真 2DPSK 误码率 ABSTRACT The research and design of adaptable channel modulation system is one of the key techniques in building a broadband mobile communication network with increasing shortage of wireless c
3、ommunication frequency-band. Because quadrature amplitude modulation (QAM) is efficient in power and bandwidth,it has been used widely in field of large-capacity digital microwave communication systems,high-speed data transmission cable television network and satellite communications.In mobile commu
4、nications,with the appearance of micro-and pico-cell,channel transmission characteristics have made great changes. The quadrature amplitude modulation which can not be applied to the traditional cellular systems in the past has also attracted much attention. This article briefly introduce how QAM mo
5、dulation and demodulation system and MATLAB7.9/Simulink4.0 works. After a simulation of the 16QAM modulation system,we not only get the the signal constellation before and after adding noise,eye pattern,but also the BER with the changing conditions in the SNR. Finally,after a simple simulation of 2D
6、PSK system,we made a comparition with the 16QAM system and get a conclusion that 16QAM is a relatively superior modulation and demodulation system. Keywords:QAM Simulink Simulation 2DPSK BER 目录第一章 绪 论5简介51. 2 SIMULINK51. 3 SIMULINK与通信仿真6第二章 正交振幅调制7MQAM信号星座图72. 2 QAM调制解调原理92. 3 QAM改进方案11第三章 SIMULINK概
7、述123. 1 SMULINK简介123.1.1 Simulink功能123.1.2 Simulink特点133.1.3 Simulink应用领域143. 2 Simulink基本模块库简介143.2.1 Simulink启动143.2.2 Simulink基本模块库简介153.2.3 Simulink简朴模型建立173.2.4 Simulink仿真运营203.2.5 Simulink Communications Blockset (通信模块集)简介24第四章 16QAM调制解调系统实现与仿真274.1 16QAM 调制模块模型建立与仿真294.1.1 信号源294.1.2 串并转换模块29
8、4.1.3 2/4电平转换模块314.1.4 别的模块334.1.5 调制系统实现334.2 16QAM解调模块模型建立与仿真354.2.1 相干解调354.2.2 4/2电平判决364.2.3 并串转换384.2.4 其他模块39第五章 16QAM抗噪声性能研究415.1 16QAM抗噪声性能仿真425.2 16QAM与2DPSK系统抗噪声性能比较43第六章 结论与总结45 6.1 本文总结456.2 局限性与展望46第七章 结束语47参照文献48 第一章 绪 论 简介 在当代通信中,提高频谱运用率始终是人们关注焦点之一。近年来,随着通信业务需求迅速增长,寻找频谱运用率高数字调制方式已成为数
9、字通信系统设计、研究重要目的之一。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一种频谱运用率很高调制方式,其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传播、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中,随着微蜂窝和微微蜂窝浮现,使得信道传播特性发生了很大变化。 过去在老式蜂窝系统中不能应用正交振幅调制也引起人们注重。QAM数字调制器作为DVB系统前端设备,接受来自编码器、复用器、DVB网关、视频服务器等设备TS流,进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制,输出射频信号可以直接在有线电视网上传送,同步也可依照需要选取中频输出。它以其灵活配备和优
10、越性能指标,广泛应用于数字有线电视传播领域和数字MMDS系统。作为国际上移动通信技术专家十分注重一种信号调制方式之一,正交振幅调制(QAM)在移动通信中频谱运用率始终是人们关注焦点之一,随着微蜂窝(Microcell)和微微蜂窝(Picocell)系统浮现,使得信道传播特性发生了很大变化,接受机和发射机之间普通具备很强支达分量,以往在蜂窝系统中不能应用但频谱运用率很高WAM已引起人们注重,许多学者已对16QAM及其他变型QAM在PCN中应用进行了广泛进一步地研究。1. 2 SIMULINK Simulink是MATLAB中一种可视化仿真工具, 是一种基于MATLAB框图设计环境,是实现动态系统
11、建模、仿真和分析一种软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号解决建模和仿真中。Simulink可 以用持续采样时间、离散采样时间或两种混合采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中不同某些具备不同采样速率。为了创立动态系统模型,Simulink提供了一种建立模型方块图图形顾客接口(GUI) ,这个创立过程只需单击和拖动鼠标操作就能完毕,它提供了一种更快捷、直接明了方式,并且顾客可以及时看到系统仿真成果。 1. 3 SIMULINK与通信仿真 仿真是衡量系统性能工具,它通过仿真模型仿真成果来推断原系统性能,从而为新系统建立或原系统改造提供可靠参照。仿真是科学研究和工程
12、建设中不可缺少办法。 实际通信系统是一种功能构造相称复杂系统,对于这个系统作出任何变化都也许影响到整个系统性能和稳定。而Simulink作为Matlab提供用于对动态系统进行建模、仿真和分析工具包,提供了仿真所需信源编码、纠错编码、信道、调制解调以及其他所用所有库函数和模块。可见,不论对任何复杂通信系统,用Simulink对其仿真都是一种不错选取。 第二章 正交振幅调制 数字调制具备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局限性之处,如:频谱运用率低、抗多径抗衰弱能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。为了改进这些局限性,近几十年来人们不断提出某些新数字调
13、制解调技术,以适应各种通信系统规定。其重要研究内容环绕着减小信号带宽以提高信号频谱运用率;提高功率运用率以增强抗噪声性能;适应各种随参信道以增强抗多径抗衰落能力等。例如,在恒参信道中,正交振幅调制(QAM)方式具备高频谱运用率,因而正交振幅调制(QAM)在卫星通信和有线电视网络高速数据传播等领域得到广泛应用。所谓正交振幅调制是用两个独立基带波形对两个互相正交同频载波进行抑制载波双边带调制。在这种调制中,已调载波振幅和相位都随两个独立基带信号变化。采用多进制正交振幅调制,可记为MQAM(M2)。增大M可提高频率运用率,也即提高传播有效性。下面简介MQAM基本原理。 MQAM信号星座图MQAM信号
14、表达式可写成 (2.1.1)其中,Ai和Bi是振幅,表达为 (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。选取正交基本信号为 (2.1.3) 在信号空间中MQAM信号点 (i,j=1,2,L) (2.1.4) 图2.1.1是MQAM星座图,这是一种矩形MQAM星座图。 图2.1.1 MQAM信号星座图为了阐明MQAM比MPSK具备更好抗干扰能力,图2.1.2示出了16PSK和16QAM星座图,这两个星座图表达信号最大功率相等,相邻信号点距离d1,d2分别为: 2DPSK 16QAM 成果表白,d2d1,大概超过
15、1.64dB。合理地比较两星座图最小空间距离应当是以平均功率相等为条件。可以证明,在平均功率相等条件下,16QAM相邻信号距离超过16PSK约4.19dB。星座图中,两个信号点距离越大,在噪声干扰使信号图模糊状况下,规定分开两个也许信号点越容易办到。因而16QAM方式抗噪声干扰能力优于16PSK。 图2.1.2 16QAM和16PSK星座图 MQAM星座图除正方形外,尚有圆形、三角形、矩形、六角形等。星座图形式不同,信号点在空间距离也不同,误码性能也不同。MQAM和MPSK在相似信号点数时,功率谱相似,带宽均为基带信号带宽2倍。 2. 2 QAM调制解调原理MQAM调制解调框图如图2.2.1所
16、示。在发送端调制器中串/并变换使得信息速率为Rb输入二进制信号提成两个速率为Rb/2二进制信号,2/L电平转换将每个速率为Rb/2二进制信号变为速率为Rb/(2lbL)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。在接受端解调器中可以采用正交相干解调办法。接受到信号分两路进入两个正交载波相干解调器,再分别进入判决器形成L进制信号并输出二进制信号,最后经并/串变换后得到基带信号。 MQAM调制 MQAM解调 图2.2.1 MQAM调制解调框图 2. 3 QAM改进方案 为了适应不同需要,QAM有某些改进方案,如正交某些响应幅度调制(MQPR)、非线性正交振幅调制(NLA-QAM
17、)、叠加式正交振幅调制(SQAM)等,还可以把QAM调制与信道编码技术结合起来设计,获得最优可靠性和有效性,这种技术称为网格编码调制(TCM)。1.MQPR调制这是一种在多电平正交调制中,上下两支路同相和正交基带信号都用某些响应信号(普通采用第类和第类某些响应)调制方式。QPR与QAM相比,在相似信息传播速率条件下,严格带宽受限QPR优于QAM。2.NLA-QAM调制QAM信号在进行传播之前,还要进行功率放大,而高效功率放大是非线性功率放大器,故而需考虑非线性对QAM特性没有明显影响办法,这就是NLA-QAM调制。NLA-QAM信号产生办法与QAM不相似,但解调办法与QAM完全同样。3.SQA
18、M调制QAM调制信号在码元转换时刻有相位跳变时刻,旁瓣分量比持续相位调制信号要高。要改进QAM频谱特性,应改进其基带波形以平滑码元转换时相位变化,SQAM就是从这个角度提出。SQAM基本脉冲波形是由两个宽度为TB升余弦波形与一种宽度为2TB升余弦波形叠加而成。采用正交调制方式时,在下支路要延时TB/2,并且上下两支路放大倍数相差60dB。SQAM信号功率谱与QAM相比,旁瓣分量得到有效地抑制。 第三章 SIMULINK概述 3. 1 SMULINK简介 Simulink是MATLAB软件扩展,它是实现动态系统建模和仿真一种软件包,它与MATLAB语言重要区别在于,其与顾客交互接口是基于Wind
19、ows模型化图形输入,其成果是使得顾客可以把更多精力投入到系统模型构建,而非语言编程上。所谓模型化图形输入是指Simulink提供了某些按功能分类基本系统模块,顾客只需要懂得这些模块输入输出及模块功能,而不必考察模块内部是如何实现,通过对这些基本模块调用,再将它们连接起来就可以构成所需要系统模型(以.mdl文献进行存取),从而进行仿真与分析。 使用Simulink来建模、分析和仿真各种动态系统(涉及持续系统、离散系统和混合系统),将是一件非常轻松事情。它提供图形化交互环境,只需用鼠标拖动办法便能迅速地建立起系统框图模型,甚至不需要编写一行代码。运用Simulink进行系统建模仿真,其最大长处是
20、易学、易用,并能依托MATLAB提供丰富仿真资源。3.1.1 Simulink功能 1. 交互式、图形化建模环境 Simulink提供了丰富模块库以协助顾客迅速地建立动态系统模型。建模时只需使用鼠标拖放不同模块库中系统模块并将它们连接起来。 2. 交互式仿真环境 Simulink框图提供了交互性很强仿真环境,既可以通过下拉菜单执行仿真,也可以通过命令行进行仿真。菜单方式对于交互工作非常以便,而命令行方式对于运营一大类仿真如蒙特卡罗仿真非常有用。 3. 专用模块库(Blocksets) 作为Simulink建模系统补充,MathWorks公司还开发了专用功能块程序包,如DSP Blockset和
21、Communication Blockset等。通过使用这些程序包顾客可以迅速地对系统进行建模、仿真与分析。更重要是顾客还可以对系统模型进行代码生成,并将生成代码下载到不同目的机上。 4. 提供了仿真库扩充和定制机制 Simulink开放式构造容许顾客扩展仿真环境功能:采用MATLAB、FORTRAN和C代码生成自定义模块库,并拥有自己图标和界面。因而顾客可以将使用FORTRAN或C编写代码链接进来,或者购买使用第三方开发提供模块库进行更高档系统设计、仿真与分析 5. 与MATLAB工具箱集成 由于Simulink可以直接运用MATLAB诸多资源与功能,因而顾客可以直接在Simulink下完毕
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