16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)

1、通信原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告二O二O二學(xué)年第二學(xué)期學(xué)號(hào)姓名張薇班級(jí)通信Q0941電子工程系設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)【設(shè)計(jì)題目】16QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【設(shè)計(jì)目的】通過(guò)此綜合設(shè)計(jì)，加深基本理論知識(shí)的理解，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)動(dòng)手能力，提高通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)技能?！驹O(shè)計(jì)內(nèi)容】1設(shè)計(jì)任務(wù)：利用所學(xué)通信知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)16QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，并用SystemVIEW進(jìn)行仿真和分析，從而實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的作用。2.基本要求：(1) 用碼元速率為19.2Kb/s的隨機(jī)序列作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的信號(hào)源；(2) 用頻率為76.8kHz的正交信號(hào)作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的載波信號(hào)；(3) 用9.6Kb/s的方波信號(hào)及其正交信號(hào)，作為抽樣判

2、決的時(shí)鐘信號(hào)，抽樣頻率為384kHz；(4) 保證串/并變換、并/串變換的正確性；(5) 對(duì)完成的系統(tǒng)進(jìn)行性能仿真，加入噪聲電壓，分析其輸出性能?！咎峤灰蟆?. 打印設(shè)計(jì)報(bào)告，內(nèi)容包括：1)設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方案；（1）系統(tǒng)的基本原理框圖以及每一個(gè)模塊的作用；（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，每一個(gè)用到的圖符中主要參數(shù)的意義；（3）每一個(gè)用到的圖符主要參數(shù)的設(shè)定和設(shè)定的依據(jù)；（4）仿真系統(tǒng)參數(shù)改變時(shí)，給仿真結(jié)果帶來(lái)的影響（如高斯白噪聲信道的信噪比增加，則誤碼率減?。?；（5）仿真的結(jié)果（波形截圖，總體分析評(píng)價(jià)等）。2. 仿真程序（需要加注釋?zhuān)?3-通信原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄一、設(shè)計(jì)思路5二、總體方案設(shè)計(jì)

3、51、調(diào)制方案52、解調(diào)方案6三、總體電路圖7四、模塊設(shè)計(jì)及主要參數(shù)設(shè)置71、串/并轉(zhuǎn)換82、低通濾波83、抽樣判決94、并/串轉(zhuǎn)換10五、仿真結(jié)果及分析111仿真參數(shù)設(shè)置112、仿真結(jié)果123、仿真結(jié)果分析16六、小結(jié)16一#一通信原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)思路16QAM即16進(jìn)制正交振幅調(diào)制，它是一種振幅/相位聯(lián)合鍵控(APK)體制。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。16QAM信號(hào)的振幅和相位作為兩個(gè)獨(dú)立的參量同時(shí)受到調(diào)制。故這種信號(hào)序列的第k個(gè)碼元可以表示為：Sk(t

4、)二AkCos(w0t+®k)kT<tW(k+1)T(1-1)式中，k二整數(shù)；Ak和分別可以取多個(gè)離散值。式(1-1)可以展開(kāi)為：S(t)=Acosqcoswt-Asinqsinwt(1-2)kkk0kk0令Xk=Akcosqk(1-3)Yk=-Aksinqk(1-4)將式(1-3)和式(1-4)代入式(1-2)得：S(t)=Xcoswt+Ysinwt(1-5)kk0k0由上式可見(jiàn)，16QAM信號(hào)可以由兩路獨(dú)立的正交4ASK信號(hào)疊加而成,因此，這里采用正交調(diào)幅法。正交幅度調(diào)制是利用多進(jìn)制振幅鍵控(MASK)和正交載波調(diào)制相結(jié)合產(chǎn)生的。二、總體方案設(shè)計(jì)1、調(diào)制方案為了方便產(chǎn)生兩路

5、4ASK信號(hào)，這里將基帶信號(hào)設(shè)置成速率為R的四進(jìn)b制碼元序列。然后經(jīng)過(guò)串/并轉(zhuǎn)換模塊，將該四進(jìn)制基帶碼元序列分成兩路速率分別為Rb/2的四電平信號(hào)，再將這兩路四電平信號(hào)分別與正交載波相b乘，完成正交調(diào)制，兩路信號(hào)疊加后產(chǎn)生16QAM信號(hào)。R2、解調(diào)方案16QAM信號(hào)采取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)，解調(diào)器首先對(duì)收到的16QAM信號(hào)進(jìn)行正交相干解調(diào)，一路與sinwOt相乘，一路與coswOt相乘,然后經(jīng)過(guò)低通濾波輸出兩路多電平基帶信號(hào)A(t)和B(t)，用門(mén)限電平的判決器判決后分別恢復(fù)出兩路速率為R/2的四進(jìn)制序列。最后經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換模塊b將兩路四進(jìn)制序列組合成一個(gè)四進(jìn)制序列。至此，完成16QAM的解調(diào)

6、。-11-三、總體電路圖3-116QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)總體電路圖、模塊設(shè)計(jì)及主要參數(shù)設(shè)置1、串/并轉(zhuǎn)換串/并轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的功能是將碼元速率為19.2Kb/s的四進(jìn)制基帶碼元序列分成兩路，其中一路信號(hào)可通過(guò)直接用采樣頻率為9600HZ的采樣器對(duì)該四進(jìn)制基帶碼元序列進(jìn)行采樣獲得。要獲得另外一路信號(hào)，需要先將該四進(jìn)制基帶碼元序列延時(shí)一個(gè)碼元周期，再用采樣頻率為9600HZ的采樣器采樣。為了使這兩路信號(hào)在時(shí)間上同步，還需要將第一路信號(hào)也延時(shí)一個(gè)碼元周期。這樣就將原四進(jìn)制基帶碼元序列分成兩路速率相同的四電平信號(hào)。具體電路圖如下：圖4-1串/并轉(zhuǎn)換模塊電路圖1）采樣器的采樣速率為9600，采樣點(diǎn)時(shí)間寬度為0，

7、采樣時(shí)間偏差0.2）采樣延遲的延遲點(diǎn)數(shù)為1.2、低通濾波這里的濾波器選用巴特沃斯低通濾波器，為了將本地載波濾除，從而得到基帶信號(hào)，設(shè)置截止頻率為40KHZ.FilterTypeFilterPass-BandLavvpassBandpassHighpass廠IribandFiippleEl曰ndstop38464-3r片F(xiàn)ilterinputsamplerateHz:CenvertTaLaplice.圖4-2低通濾波器的參數(shù)3、抽樣判決抽樣判決要實(shí)現(xiàn)的功能是將低通濾波輸出的不規(guī)則波形通過(guò)抽樣判決，得到規(guī)則的方波序列。如上圖所示，低通濾波輸出信號(hào)的四個(gè)電平大致分別為：-1.5V,-0.5V,0.5

8、V,1.5V.據(jù)此設(shè)計(jì)出一種判決方案，對(duì)于每一路信號(hào)都進(jìn)行三次判決。具體電路圖如下：通信原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖4-3抽樣判決電路圖1)第一路信號(hào)參數(shù)第一次判決：閾值電壓設(shè)置為-1V,當(dāng)輸入電壓大于-1V時(shí)輸出為-0.5V，否則輸出為-1.5V；第二次判決：閾值電壓設(shè)置為0V,當(dāng)輸入電壓大于0V時(shí)輸出為1V，否則輸出為0V；第三次判決：閾值電壓設(shè)置為1V，當(dāng)輸入電壓大于1V時(shí)輸出為1V，否則輸出為0V。2)第二路信號(hào)的判決方法同第一路信號(hào)。4、并/串轉(zhuǎn)換并串轉(zhuǎn)換是串并轉(zhuǎn)換的逆過(guò)程，并串轉(zhuǎn)換的目的是將兩路四電平信號(hào)合成一路四電平信號(hào)，從而還原出原基帶序列。具體方法是：用一個(gè)頻率為9600HZ,脈

9、沖寬度為其周期的一半的脈沖串分別與這兩路四電平信號(hào)相乘進(jìn)行采樣，并將第二路信號(hào)延時(shí)一個(gè)脈沖寬度。然后將這兩路信號(hào)相加，再經(jīng)過(guò)采樣保持即恢復(fù)原基帶序列。具體電路圖如下：圖4-4并串轉(zhuǎn)換模塊電路圖(1) 采樣脈沖串的幅度為1V,頻率為9600HZ,脈沖寬度為52.08x10-6，偏置為0,相位為0。(2) 延遲器的延遲時(shí)間為52.08x10-6。(3) 采樣器的采樣速率為19200,采樣點(diǎn)時(shí)間寬度為0,采樣時(shí)間偏差0。(4) 采樣保持器的增益為2。五、仿真結(jié)果及分析1仿真參數(shù)設(shè)置(1) 信號(hào)源參數(shù)設(shè)置，幅度為3V,頻率為19200HZ,電平數(shù)為4，偏置為0,相位為0。(2) 系統(tǒng)抽樣頻率設(shè)置，為得

10、到準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，通常仿真系統(tǒng)的抽樣頻率應(yīng)大于等于10倍的載頻。本次仿真采樣點(diǎn)數(shù)取3000，采樣頻率取384KHZ，采樣頻率間隔為128HZ。(3) 系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置：通常設(shè)系統(tǒng)Starttime=0。為能夠清晰觀察同相支路和正交支路中每個(gè)碼元波形及16QAM信號(hào)的星座圖，在仿真時(shí)對(duì)系統(tǒng)Stoptime必須進(jìn)行兩次設(shè)置，第一次設(shè)置一般取系統(tǒng)Stoptime=6T8T，這時(shí)可以清楚地觀察到同相支路和正交支路中每個(gè)碼元波形；第二次設(shè)置般取系統(tǒng)Stoptime=1000T5000T，這時(shí)可以清楚地觀察到16QAM信號(hào)的星座圖。（4）高斯白噪聲：功率譜密度為0.3，均值為0。2、仿真結(jié)果（1）基帶信號(hào)波形

11、回嗣:昱帝信號(hào)I三I亙更j2）串并轉(zhuǎn)換輸出波形-13-通信原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告15-亙亙|2e-32.4e-3呂并轉(zhuǎn)歸岀LM引SOCee12e-316e-3審wl2:圭并遼貓口2且詢(xún)3）低通濾波輸出波形通信原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-#-2&-34）判決輸出波形IoIIaIIS31列決鞘出1(143)1.2e.S1.Bd：-22a-22.4e-2通信原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告瑙w9：判.吳斬出2(t48J|三叵|崔|19-iystemiVEW(5) 并串轉(zhuǎn)換輸出審W10:緬竝(1177(6)16QAMTime3IlSeconds£yf-*iEr>VKW星座圖System

12、9;/iew3、仿真結(jié)果分析（1）從圖中基帶信號(hào)波形和并串轉(zhuǎn)換輸出波形圖可以看出，最后解調(diào)出來(lái)的波形和原基帶信號(hào)波形大致相同（有一些延時(shí)）。可見(jiàn)，該16QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本正確。（2）低通濾波器輸出波形與并串轉(zhuǎn)換輸出波形大致形同，且邊緣陡峭，但有一些毛刺，可見(jiàn)解調(diào)系統(tǒng)能夠較好的解調(diào)出由調(diào)制端輸入的兩路四電平信號(hào)。（3）判決輸出波形為規(guī)則的方波信號(hào)，信號(hào)的波形與低通濾波器輸出波形相同，可見(jiàn)抽樣判決模塊設(shè)計(jì)正確。（4）信號(hào)矢量端的分布圖稱(chēng)為星座圖，這里用低通濾波器輸出波形的星座圖來(lái)描述16QAM信號(hào)的空間分布情況，從圖中可以看出由于受高斯白噪聲，低通濾波器等的影響，使接收16QAM信號(hào)的相

13、位有所偏移，但還是圍繞調(diào)制時(shí)的16個(gè)相位點(diǎn)。六、小結(jié)經(jīng)過(guò)這次16QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我對(duì)SystemVIEW仿真軟件的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，并且可以熟練的運(yùn)用基本庫(kù)中的元件，不再像剛接觸時(shí)那樣要很長(zhǎng)時(shí)間才能找到所需要的元件。同時(shí)，我對(duì)16QAM調(diào)制與解調(diào)原理有了比較透徹的認(rèn)識(shí)與理解。剛開(kāi)始拿到這可課題的時(shí)候我沒(méi)有思路，后來(lái)通過(guò)與同學(xué)互相討論，還有網(wǎng)上查閱相關(guān)資料思路才漸漸清晰。但是后來(lái)在具體實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中又遇到許多困難，例如在設(shè)計(jì)并串轉(zhuǎn)換模塊的過(guò)程中，剛開(kāi)始我是借鑒的網(wǎng)上一個(gè)文檔的方案，那個(gè)方案比較復(fù)雜，還涉及到具體延時(shí)時(shí)間的設(shè)定，我反復(fù)的設(shè)定參數(shù)還是得不到理想的四電平信號(hào)和星狀圖，后來(lái)通過(guò)自己認(rèn)真思考才發(fā)現(xiàn)，其實(shí)串并轉(zhuǎn)換沒(méi)有那么復(fù)雜，可以直接對(duì)基帶信號(hào)采樣，延時(shí)得出一路信號(hào)，然后延時(shí)，采樣得出另外一路信號(hào)。這使我明白，在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，不能原原本本的照搬別人的方案，自己首先要理清思路，在弄懂設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上尋求最佳方案。另外，系統(tǒng)中各元件的參數(shù)有時(shí)也不一定就是理論值，往往要經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，才能得出理想的波形，如低通濾波器截止頻率的設(shè)定等。本次設(shè)計(jì)還有很多不足和待完善