16QAM的調(diào)制與解調(diào)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄一、設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方案1）16QAM調(diào)制原理在16QAM中，數(shù)據(jù)信號(hào)由相互正交的兩個(gè)載波合成。16QAM是一種矢量調(diào)制，將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個(gè)復(fù)平面（星座）上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號(hào)，然后將符號(hào)的I、Q分量（對(duì)應(yīng)復(fù)平面的實(shí)部和虛部，也就是水平和垂直方向）采用幅度調(diào)制，分別對(duì)應(yīng)調(diào)制在相互正交（時(shí)域正交）的兩個(gè)載波（coswt和sinwt）上，然后兩路正交信號(hào)相加得到調(diào)制信號(hào)。2）設(shè)計(jì)思路16-QAM信號(hào)，每個(gè)樣點(diǎn)表示一種矢量狀態(tài)，16-QAM有16態(tài)，每4位二進(jìn)制數(shù)規(guī)定了16態(tài)中的一態(tài)，16-QAM中規(guī)定了16種載波和相位的組合，16-QAM的每個(gè)符號(hào)

2、和周期傳送4比特。16進(jìn)制的正交振幅調(diào)制是一種振幅相位聯(lián)合鍵控信號(hào)。16QAM的產(chǎn)生有2種方法：（1）正交調(diào)幅法，它是有2路正交的四電平振幅鍵控信號(hào)疊加而成；（2）復(fù)合相移法：它是用2路獨(dú)立的四相位移相鍵控信號(hào)疊加而成。這里采用正交調(diào)幅法。3）設(shè)計(jì)方案首先，偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生速率為Rb的二進(jìn)制序列，此二進(jìn)制碼流經(jīng)串一并變換器將分成兩個(gè)速率為Rb2的兩電平序列，2一4電平變換器將每個(gè)速率為Rb2的兩電平序列變成速率為Rb4，4電平信號(hào)，然后分別與兩個(gè)正交的載波相乘，相加后即產(chǎn)生QAM信號(hào)。QAM信號(hào)的解調(diào)器同樣可以采用正交的相干解調(diào)方法。同相I路和正交Q路的4電平基帶信號(hào)用判決器判決后，分別恢復(fù)

3、出速率等于Rb2的二進(jìn)制序列，最后經(jīng)并一串變換器將兩路二進(jìn)制序列合成一個(gè)速率為Rb的二進(jìn)制序列。二、總體電路組成與分析1）總體電路圖2）總體電路分析a)參數(shù)設(shè)置：Token 17： 頻率：19.2kHZ 振幅：0.5V Offset:0.5V 電平：2（即頻率為19.2kHZ的由0、1兩個(gè)電平構(gòu)成的偽隨機(jī)碼）Token 18： 頻率: 76.8kHZ 振幅：1VToken105： 高斯噪聲 0.3VToken109： 低通頻率：70kHZToken110： 低通頻率：70kHZb) 電路分析：該系統(tǒng)主要分為調(diào)制和解調(diào)兩部分，包含有串并變換子系統(tǒng)、2-4變換子系統(tǒng)、4電平判決子系統(tǒng)、4-2變換子

4、系統(tǒng)、并串變換子系統(tǒng)。調(diào)制部分用到了串并變換子系統(tǒng)和2-4變換子系統(tǒng)，19.2kHZ的基帶信號(hào)先通過串并變換子系統(tǒng)變?yōu)閮陕奉l率為9600HZ的信號(hào)，這兩路信號(hào)分別通入2-4變換子系統(tǒng)后9600HZ的二電平信號(hào)就變成了頻率為4800HZ的四電平信號(hào)（兩路信號(hào)表示為A,B其中A=-3，-1,1,3 ;B=-3，-1,1,3），兩路四電平信號(hào)在分別與兩路正交信號(hào)相乘即得到Acoswt,Bsinwt兩路獨(dú)立的4ASK信號(hào)，兩路獨(dú)立的4ASK信號(hào)相加就得到了y=Acoswt+Bsinwt的16QMA調(diào)制信號(hào)。解調(diào)部分用到了4電平判決子系統(tǒng)、4-2變換子系統(tǒng)和并串變換子系統(tǒng)。解調(diào)采用的是相干解調(diào)法，首先1

5、6QMA調(diào)制信號(hào)與兩路與載波同頻同相的正交信號(hào)相乘得到y(tǒng)1=Acoswt*coswt+Bsinwt*coswt=A(1/2+cos2wt/2)+Bsin2wt/2, y2=Acoswt*sinwt+Bsinwt*sinwt=Asin2wt/2+B(1/2-cos2wt/2),兩路信號(hào)，兩路信號(hào)分別經(jīng)過低通濾波器，濾除高次諧波就得到Y(jié)1=A/2,Y2=B/2兩路四電平信號(hào)包絡(luò)圖形，然后經(jīng)過4電平判決子系統(tǒng)，就得到A,B兩路四電平信號(hào)，再經(jīng)過4-2電平轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)A,B兩路四電平信號(hào)則變?yōu)?,1組成的二電平信號(hào)，最后經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換就能夠還原出最開始的基帶信號(hào)。三、子電路系統(tǒng)分析1）串并變換子系統(tǒng)a)

6、電路圖 b)作用把一路串行輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕凡⑿休敵龅男盘?hào)，兩路并行信號(hào)一路是由串行信號(hào)的第奇數(shù)個(gè)信號(hào)組成，一路是由串行信號(hào)的第偶數(shù)個(gè)信號(hào)組成，例如輸入100，則輸出（此為串行信號(hào)的第奇數(shù)個(gè)信號(hào)的順序組合）和（此為串行信號(hào)的第偶數(shù)個(gè)信號(hào)的順序組合）。并行信號(hào)的頻率是串行信號(hào)頻率的1/2。c)參數(shù)設(shè)置Token57：延時(shí) 1 samplesToken58:采樣頻率 9600HZToken59：Gain 1Token66：延時(shí) 2T=2/19200=0.sToken60：采樣頻率 9600HZToken61：Gain 1d)電路分析首先頻率為19.2kHZ的基帶信號(hào)同時(shí)輸入兩個(gè)延時(shí)器，一路延時(shí)1

7、個(gè)周期然后以9600HZ的頻率采樣并保持得到串行信號(hào)的第偶數(shù)個(gè)信號(hào)的順序組合；另一路延時(shí)兩個(gè)周期然后9600HZ的頻率采樣并保持得到串行信號(hào)的第奇數(shù)個(gè)信號(hào)的順序組合。這樣就得到了兩路并行信號(hào)（其中串行信號(hào)的第奇數(shù)個(gè)信號(hào)的順序組合為第一路并行信號(hào)，串行信號(hào)的第偶數(shù)個(gè)信號(hào)的順序組合為第二路并行信號(hào)）。以9600HZ的頻率采樣是為了保證輸出的并行信號(hào)頻率為串行信號(hào)頻率的1/2。第一路并行信號(hào)采樣前延時(shí)了2T，又因?yàn)椴蓸宇l率為1/2*T，且采樣后保持到下一次采樣即保持時(shí)間為2T，所以最后的輸出信號(hào)也是延時(shí)了2T,可以理解為若采樣前延時(shí)時(shí)間為t且 t在區(qū)間2(n-1)T,2nT,則最終輸出延時(shí)為2nT。

8、由以上結(jié)論可得由于第二路并行信號(hào)采樣前延時(shí)了T，則最終輸出信號(hào)延時(shí)2T。所以兩路并行信號(hào)最終輸出有相同的延時(shí)，確保了兩路信號(hào)同步。e)輸入輸出波形輸入波形：基帶信號(hào)輸出波形：第一路并行信號(hào)第二路并行信號(hào)2）2-4變換子系統(tǒng)a)電路圖b)作用把一路由0,1組成的二電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成四電平信號(hào)，二電平信號(hào)中每?jī)蓚€(gè)相鄰碼元對(duì)應(yīng)一個(gè)四電平碼元，如若二電平編碼為00對(duì)應(yīng)-3,01對(duì)應(yīng)-1,10對(duì)應(yīng)1,11對(duì)應(yīng)3，則輸入，對(duì)應(yīng)輸出為3，-1，1，-3。四電平信號(hào)頻率為二電平信號(hào)的1/2。c) 參數(shù)設(shè)置Token72：延時(shí) 1 samplesToken76:采樣頻率 4800HZToken73：Gain 1To

9、ken77：延時(shí) 2T=2/9600=0.sToken74：采樣頻率 4800HZToken75：Gain 1Token79:判決電壓 0.2V true out 3V false out -3VToken80:判決電壓 0.2V true out 1V false out -1Vd) 電路分析首先頻率為9600HZ的二電平信號(hào)通過一個(gè)串并轉(zhuǎn)換電路得到兩路頻率為4800HZ的同步并行信號(hào)（其中串行信號(hào)的第奇數(shù)個(gè)信號(hào)的順序組合為第一路并行信號(hào)，串行信號(hào)的第偶數(shù)個(gè)信號(hào)的順序組合為第二路并行信號(hào)），這兩路并行信號(hào)分別通入一個(gè)電壓比較器，再將兩個(gè)電壓比較器的輸出值相加。比較器的比較電壓均為0.2V，對(duì)

10、于第一路并行信號(hào)若輸入大于0.2即輸入為1則輸出2，反之若輸入小于0.2即輸入為0則輸出-2；對(duì)于第二路并行信號(hào)若輸入大于0.2即輸入為1則輸出1，反之若輸入小于0.2即輸入為0則輸出-1；由于兩個(gè)相鄰二電平碼元對(duì)應(yīng)一個(gè)四電平碼元，第一路并行信號(hào)代表兩個(gè)相鄰二電平碼元中的高位，第二路碼元信號(hào)代表兩個(gè)相鄰二電平碼元中的低位，所以經(jīng)過電壓比較器后高位為1輸出2，為0輸出-2，同理低位1輸出1，為0輸出-1，最終高低兩位相加后即得到對(duì)應(yīng)編碼，11編碼3,10編碼1,01編碼-1,00編碼-3 。二電平最終被轉(zhuǎn)換為四電平。e)輸入輸出波形輸入：并行信號(hào)輸出：四電平信號(hào)3）四電平判決子系統(tǒng)a)電路圖b)

11、作用把低通濾波器輸出的不規(guī)則四電平信號(hào)轉(zhuǎn)變成規(guī)則的四電平信號(hào)。c)參數(shù)設(shè)置Token171：放大倍數(shù) 5Token124：判決電壓 5V true out 2V false out 0VToken125：判決電壓 0V true out 2V false out 0VToken126：判決電壓 -5V true out -1V false out -3Vd)電路分析經(jīng)過低通濾波器后的四電平信號(hào)大致形狀和2-4變換輸出的四電平信號(hào)相同，但是電壓幅度有一定的衰減且有很多毛刺，要得到平滑的四電平信號(hào)，首先將不規(guī)則信號(hào)放大，然后根據(jù)放大波形得出比較電壓，最后將比較器的輸出結(jié)果相加。經(jīng)過放大器后的電壓幅

12、度在-8V到+8V之間，根據(jù)圖形可看出區(qū)分四個(gè)電平8V,3V,-3V,-8V的三個(gè)電壓值分別為5V,0V,-5V，根據(jù)上述參數(shù)設(shè)置，三個(gè)比較器相加后的結(jié)果為8V對(duì)應(yīng)2+2-1=3V,3V對(duì)應(yīng)2-1=1V,-3V對(duì)應(yīng)-1+0+0=-1V,-8V對(duì)應(yīng)-3+0+0=-3V，即還原出了四電平信號(hào)。e)輸入輸出波形輸入不規(guī)則四電平信號(hào)輸出：平滑的四電平信號(hào)4）4-2變換子系統(tǒng)a)電路圖b)作用將四電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為由0,1構(gòu)成的二電平信號(hào)，每一個(gè)四電平信號(hào)對(duì)應(yīng)兩個(gè)二電平信號(hào)，4-2電平編碼與2-4電平編碼相同，00對(duì)應(yīng)-3,01對(duì)應(yīng)-1,10對(duì)應(yīng)1,11對(duì)應(yīng)3。例如輸入-3,3，-1,1，則輸出，二電平信號(hào)

13、為四電平信號(hào)的兩倍。c)參數(shù)設(shè)置Token213：a=b true out 1V false out 0VToken214:振幅 3VToken215：a=b true out 1V false out 0VToken216：振幅 -1VToken139：比較電壓 0V true out 1V false out 0VToken138：頻率 4800HZ pulse width T/2=1/2*4800= 104.166e-6s (即頻率為4800HZ的方波信號(hào))Token33：delay 104.166e-6sToken181：delay 104.166e-6sToken34：a>b

14、true out 1V false out 0VToken198：delay 1 samplesToken188：采樣頻率 9600HZToken196：Gain 1Vd)電路分析頻率為4800HZ的四電平信號(hào)首先分為三路，根據(jù)參數(shù)設(shè)置，第一路通過電壓比較器1，即若輸入電壓等于3V則輸出1否則輸出0；第二路通過電壓比較器2，即若輸入電壓等于-1V則輸出1否則輸出0；第三路通過電壓比較器3，即若施輸入電壓大于0則輸出1否則輸出0 。又因?yàn)橐粋€(gè)四電平碼元對(duì)應(yīng)兩個(gè)二電平碼元，經(jīng)分析得電壓比較器3輸出的是高位二電平碼元，電壓比較器1,2輸出的是低位二電平碼元。例如輸入3，比較器3輸出1，比較器1輸出1

15、；輸入1，比較器3輸出1，比較器1,2都輸出0；輸入-1，比較器3輸出0，比較器1輸出1；輸入-3，比較器3輸出0，比較器1,2都輸出0 。（電壓比較器1,2,3分別為token213，token215，token139）電壓比較器輸出的是頻率為4800HZ的二電平信號(hào)，但是2-4變換要得到頻率為9600HZ的二電平信號(hào)，所以電壓比較器輸出均要與頻率為4800HZ的方波相乘，這樣每個(gè)周期為T=1/4800s的二電平碼元就變?yōu)榱?/2T=1/9600s的時(shí)間內(nèi)包含原有碼元信息，另一個(gè)1/2T=1/9600s的時(shí)間內(nèi)始終為0不含碼元信息。即輸入輸出01010電壓比較器3和方波相乘后的輸出H,其格式

16、為a0a0a0a0,其中a取值0或1，相當(dāng)于是高位二電平碼元全部輸出，并且空出了兩個(gè)高位碼元之間的低位碼元。電壓比較器1,2與方波相乘后的輸出l,其格式為b0b0b0b0，其中b取值0或1，包含了二電平的低位碼元，但l不能與H直接相加，因?yàn)榈臀淮a元在高位碼元之后，所以信號(hào)l要延時(shí)1/2T=1/9600s得到L,L的格式為0b0b0b0b,之后L再與H相加即得到格式為abababab的信號(hào)，即最終把頻率為4800HZ的高低位兩路二電平信號(hào)整合成為一路高低位按順序排列的一路二電平信號(hào)。由于token31輸出的二電平信號(hào)有很多毛刺，為了消除毛刺，將信號(hào)進(jìn)行延時(shí)采樣保持就得到了光滑的頻率為9600HZ

17、的二電平信號(hào)。e)輸入輸出波形輸入：四電平信號(hào)輸出：二電平信號(hào)5）串并轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)a)電路圖b)作用與串并轉(zhuǎn)換相反，將兩路二電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成一路二電平信號(hào)，轉(zhuǎn)換后頻率為轉(zhuǎn)換前頻率的2倍。c)參數(shù)設(shè)置Token3：頻率 9600HZ pulse width T/2=1/2*9600= 52.088e-6sToken13：a>b true out 1V false out 0VToken14：振幅 0Vd)電路分析和4-2電平轉(zhuǎn)換中高低位二電平整合成一路二電平的原理相同，兩路信號(hào)同時(shí)乘以同頻率的方波信號(hào)，然后第二路并行信號(hào)延時(shí)1/2T=1/2*9600s，最后兩路信號(hào)相加即得到頻率為19.2kH

18、Z的一路信號(hào)，因?yàn)樾盘?hào)有些微毛刺，再將信號(hào)通入一個(gè)比較器，大于0輸出1，反之輸出0，得到最終串行信號(hào)。e)輸入輸出信號(hào)輸入：兩路二電平并行信號(hào)低位高位輸出：一路二電平串行信號(hào)四、仿真波形1）調(diào)制部分基帶信號(hào)第一路并行信號(hào)第二路并行信號(hào)第一路并行信號(hào)經(jīng)過2-4變換后的信號(hào)A第二路并行信號(hào)經(jīng)過2-4變換后的信號(hào)B與正交信號(hào)相乘后的信號(hào)AcoswtBsinwtAcoswt + Bsinwt +高斯噪聲，最終調(diào)制信號(hào)2）.解調(diào)部分Acoswt*coswt+Bsinwt*coswt=A(1/2+cos2wt/2)+Bsin2wt/2,第一路四電平信號(hào)Acoswt*sinwt+Bsinwt*sinwt=A

19、sin2wt/2+B(1/2-cos2wt/2),第二路四電平信號(hào)第一路四電平信號(hào)濾波后的四電平信號(hào)X第二路四電平信號(hào)濾波后的四電平信號(hào)Y四電平信號(hào)X經(jīng)過4電平判決后的平滑四電平信號(hào)A四電平信號(hào)Y經(jīng)過4電平判決后的平滑四電平信號(hào)B四電平信號(hào)A經(jīng)過4-2電平轉(zhuǎn)換后的二電平信號(hào)1四電平信號(hào)B經(jīng)過4-2電平轉(zhuǎn)換后的二電平信號(hào)2二電平信號(hào)1和二電平信號(hào)2通入串并轉(zhuǎn)換后輸出的一路二電平信號(hào)，即最終解調(diào)信號(hào)基帶信號(hào)和解調(diào)信號(hào)3）.星座圖：五、設(shè)計(jì)總結(jié) 這次設(shè)計(jì)剛開始的時(shí)候我感覺非常的困難，因?yàn)椴⒉涣私?6QAM調(diào)制到底是什么意思，究竟是要將什么信號(hào)變成什么信號(hào)，后來仔細(xì)閱讀書本上對(duì)QMA的描述，了解到QMA調(diào)制其實(shí)就是一種振幅和相位的共同調(diào)制，并且每一個(gè)QAM信號(hào)都是由兩路相互正交的信號(hào)相加得到的，16-QAM的每個(gè)周期傳送4比特二進(jìn)制數(shù)，4比特二進(jìn)制數(shù)可以編碼表示16種狀態(tài)，16QA