通信原理大作業(yè)(1)

1、16QAM基帶傳輸系統(tǒng)1 引言隨著通信業(yè)迅速的發(fā)展，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)越來越不能滿足當(dāng)前用戶的要求，而可用頻譜資源有限，業(yè)不能靠無限增加頻道數(shù)目來解決系統(tǒng)容量問題。另外，人們亦不能滿足通信單一的語音服務(wù)，希望能利用移動(dòng)電話進(jìn)行圖像等多媒體信息的通信。但由于圖像通信比電話需要更大的信道容量。高效、可靠的數(shù)字傳輸系統(tǒng)對(duì)于數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)很重要，正交幅度調(diào)制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是多進(jìn)制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調(diào)制方式是一種比較好的選擇。為了加深對(duì)QAM調(diào)制解調(diào)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的理解，本實(shí)驗(yàn)對(duì)整個(gè)16

2、QAM基帶傳輸系統(tǒng)的仿真，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示:2 QAM調(diào)制解調(diào)原理21 QAM調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是多進(jìn)制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調(diào)制方式是一種比較好的選擇。正交幅度調(diào)制（QAM）信號(hào)采用了兩個(gè)正交載波，每一個(gè)載波都被一個(gè)獨(dú)立的信息比特序列所調(diào)制。發(fā)送信號(hào)波形如圖2.1.1所示 圖2.1.1 M=16QAM信號(hào)星座圖式中和是電平集合，這些電平是通過將k比特序列映射為信號(hào)振幅而獲得的。例如一個(gè)16位正交幅度調(diào)制信號(hào)的星座圖如下圖所示，該星座是通過用M4PAM信號(hào)對(duì)每個(gè)正交載波進(jìn)行振幅

3、調(diào)制得到的。利用PAM分別調(diào)制兩個(gè)正交載波可得到矩形信號(hào)星座。QAM 可以看成是振幅調(diào)制和相位調(diào)制的結(jié)合。因此發(fā)送的QAM信號(hào)波形可表示為 如果那么QAM方法就可以達(dá)到以符號(hào)速率同時(shí)發(fā)送個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖2.1.2給出了QAM調(diào)制器的框圖。圖2.1.2 QAM調(diào)制器框圖22 QAM的解調(diào)和判決假設(shè)在信號(hào)傳輸中存在載波相位偏移和加性高斯噪聲。因此r(t)可以表示為其中是載波相位偏移，且將接收信號(hào)與下述兩個(gè)相移函數(shù)進(jìn)行相關(guān)如圖2.2.1所示，相關(guān)器的輸出抽樣后輸入判決器。使用圖2.2.1中所示的鎖相環(huán)估算接收信號(hào)的載波相位偏移，相移和對(duì)該相位偏移進(jìn)行補(bǔ)償。圖2.2.1 QAM信號(hào)的解調(diào)和判決假設(shè)圖中

4、所示的時(shí)鐘與接收信號(hào)同步，以使相關(guān)器的輸出在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻及時(shí)被抽樣。在這些條件下兩個(gè)相關(guān)器的輸出分別為其中噪聲分量是均值為0，方差為的互不相關(guān)的高斯隨機(jī)變量。最佳判決器計(jì)算距離量度 23 QAM的誤碼率性能矩形QAM信號(hào)星座最突出的優(yōu)點(diǎn)就是容易產(chǎn)生PAM信號(hào)可直接加到兩個(gè)正交載波相位上，此外它們還便于解調(diào)。對(duì)于M下的矩形信號(hào)星座圖（k為偶數(shù)），QAM信號(hào)星座圖與正交載波上的兩個(gè)PAM信號(hào)是等價(jià)的，這兩個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)上都有個(gè)信號(hào)點(diǎn)。因?yàn)橄辔徽环至可系男盘?hào)能被相干判決極好的分離，所以易于通過PAM的誤碼率確定QAM的誤碼率。M進(jìn)制QAM系統(tǒng)正確判決的概率是式中是進(jìn)制PAM系統(tǒng)的誤碼率，該P(yáng)AM系

5、統(tǒng)具有等價(jià)QAM系統(tǒng)的每一個(gè)正交信號(hào)中的一半平均功率。通過適當(dāng)調(diào)整M進(jìn)制PAM系統(tǒng)的誤碼率，可得其中是每個(gè)符號(hào)的平均信噪比。因此M進(jìn)制QAM的誤碼率為)可以注意到，當(dāng)k為偶數(shù)時(shí)，這個(gè)結(jié)果對(duì)M情形時(shí)精確的，而當(dāng)k為奇數(shù)時(shí)，就找不到等價(jià)的進(jìn)制PAM系統(tǒng)。如果使用最佳距離量度進(jìn)行判決的最佳判決器，可以求出任意k1誤碼率的嚴(yán)格上限其中是每比特的平均信噪比。3 16QAM基帶傳輸系統(tǒng)的Matlab仿真圖3.1為16QAM基帶傳輸系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)框圖。16-QAM信號(hào)利用載波的四種不同電平(1. 3)表征數(shù)字信息。由于該信號(hào)的一個(gè)碼元可以表示4種不同的數(shù)字調(diào)制狀態(tài)，因此需要將輸入的一進(jìn)制序列通過串少變換分為奇序列和偶序列兩路，分路之后的雙比特碼元通過一定的編碼映射關(guān)系與四種電平狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如下: 00+3 、01+1、 10-1、11-3，為了防止碼間串?dāng)_，成形濾波器采用平方根升余弦信號(hào)：RCosWave=rcosfir(0.5，-1，1，12，1，sqrt)，Rcosfir函數(shù)用來產(chǎn)生FIR升余弦濾波器。它的原型為rcosfir(r，N_T，rate,，T，fil_type)，其中r為滾降系數(shù)，取值范圍0r1; N_T N_T為長(zhǎng)度為2的向量，用來表示輸入樣值的范圍；rate為每個(gè)輸入樣值對(duì)應(yīng)的輸出樣值數(shù)；T為輸入樣值周期；fil_type用來標(biāo)志是