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、設計思路及設計方案1）16QAM調(diào)制原理在16QAM中，數(shù)據(jù)信號由相互正交的兩個載波合成。16QAM是一種矢量調(diào)制，將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個復平面（星座）上，形成復數(shù)調(diào)制符號，然后將符號的I、Q分量（對應復平面的實部和虛部，也就是水平和垂直方向）采用幅度調(diào)制，分別對應調(diào)制在相互正交（時域正交）的兩個載波（coswt和sinwt）上，然后兩路正交信號相加得到調(diào)制信號。2）設計思路16-QAM信號，每個樣點表示一種矢量狀態(tài)，16-QAM有16態(tài)，每4位二進制數(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的每個符號

2、和周期傳送4比特。16進制的正交振幅調(diào)制是一種振幅相位聯(lián)合鍵控信號。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疊加而成；（2）復合相移法：它是用2路獨立的四相位移相鍵控信號疊加而成。這里采用正交調(diào)幅法。3）設計方案首先，偽隨機碼發(fā)生器產(chǎn)生速率為Rb的二進制序列，此二進制碼流經(jīng)串一并變換器將分成兩個速率為Rb2的兩電平序列，2一4電平變換器將每個速率為Rb2的兩電平序列變成速率為Rb4，4電平信號，然后分別與兩個正交的載波相乘，相加后即產(chǎn)生QAM信號。QAM信號的解調(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電平基帶信號用判決器判決后，分別恢復

3、出速率等于Rb2的二進制序列，最后經(jīng)并一串變換器將兩路二進制序列合成一個速率為Rb的二進制序列。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、1兩個電平構(gòu)成的偽隨機碼）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的基帶信號先通過串并變換子系統(tǒng)變?yōu)閮陕奉l率為9600HZ的信號，這兩路信號分別通入2-4變換子系統(tǒng)后9600HZ的二電平信號就變成了頻率為4800HZ的四電平信號（兩路信號表示為A,B其中A=-3，-1,1,3 ;B=-3，-1,1,3），兩路四電平信號在分別與兩路正交信號相乘即得到Acoswt,Bsinwt兩路獨立的4ASK信號，兩路獨立的4ASK信號相加就得到了y=Acoswt+Bsinwt的16QMA調(diào)制信號。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)制信號與兩路與載波同頻同相的正交信號相乘得到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，兩路信號分別經(jīng)過低通濾波器，濾除高次諧波就得到Y(jié)1=A/2,Y2=B/2兩路四電平信號包絡圖形，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，再經(jīng)過4-2電平轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)A,B兩路四電平信號則變?yōu)?,1組成的二電平信號，最后經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換就能夠還原出最開始的基帶信號。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轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕凡⑿休敵龅男盘?，兩路并行信號一路是由串行信號的第奇?shù)個信號組成，一路是由串行信號的第偶數(shù)個信號組成，例如輸入100，則輸出（此為串行信號的第奇數(shù)個信號的順序組合）和（此為串行信號的第偶數(shù)個信號的順序組合）。并行信號的頻率是串行信號頻率的1/2。c)參數(shù)設置Token57：延時 1 samplesToken58:采樣頻率 9600HZToken59：Gain 1Token66：延時 2T=2/19200=0.sToken60：采樣頻率 9600HZToken61：Gain 1d)電路分析首先頻率為19.2kHZ的基帶信號同時輸入兩個延時器，一路延時1

7、個周期然后以9600HZ的頻率采樣并保持得到串行信號的第偶數(shù)個信號的順序組合；另一路延時兩個周期然后9600HZ的頻率采樣并保持得到串行信號的第奇數(shù)個信號的順序組合。這樣就得到了兩路并行信號（其中串行信號的第奇數(shù)個信號的順序組合為第一路并行信號，串行信號的第偶數(shù)個信號的順序組合為第二路并行信號）。以9600HZ的頻率采樣是為了保證輸出的并行信號頻率為串行信號頻率的1/2。第一路并行信號采樣前延時了2T，又因為采樣頻率為1/2*T，且采樣后保持到下一次采樣即保持時間為2T，所以最后的輸出信號也是延時了2T,可以理解為若采樣前延時時間為t且 t在區(qū)間2(n-1)T,2nT,則最終輸出延時為2nT。

8、由以上結(jié)論可得由于第二路并行信號采樣前延時了T，則最終輸出信號延時2T。所以兩路并行信號最終輸出有相同的延時，確保了兩路信號同步。e)輸入輸出波形輸入波形：基帶信號輸出波形：第一路并行信號第二路并行信號2）2-4變換子系統(tǒng)a)電路圖b)作用把一路由0,1組成的二電平信號轉(zhuǎn)換成四電平信號，二電平信號中每兩個相鄰碼元對應一個四電平碼元，如若二電平編碼為00對應-3,01對應-1,10對應1,11對應3，則輸入，對應輸出為3，-1，1，-3。四電平信號頻率為二電平信號的1/2。c) 參數(shù)設置Token72：延時 1 samplesToken76:采樣頻率 4800HZToken73：Gain 1To

9、ken77：延時 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的二電平信號通過一個串并轉(zhuǎn)換電路得到兩路頻率為4800HZ的同步并行信號（其中串行信號的第奇數(shù)個信號的順序組合為第一路并行信號，串行信號的第偶數(shù)個信號的順序組合為第二路并行信號），這兩路并行信號分別通入一個電壓比較器，再將兩個電壓比較器的輸出值相加。比較器的比較電壓均為0.2V，對

10、于第一路并行信號若輸入大于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；對于第二路并行信號若輸入大于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；由于兩個相鄰二電平碼元對應一個四電平碼元，第一路并行信號代表兩個相鄰二電平碼元中的高位，第二路碼元信號代表兩個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應編碼，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：并行信號輸出：四電平信號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)則四電平信號轉(zhuǎn)變成規(guī)則的四電平信號。c)參數(shù)設置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大致形狀和2-4變換輸出的四電平信號相同，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，首先將不規(guī)則信號放大，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)分四個電平8V,3V,-3V,-8V的三個電壓值分別為5V,0V,-5V，根據(jù)上述參數(shù)設置，三個比較器相加后的結(jié)果為8V對應2+2-1=3V,3V對應2-1=1V,-3V對應-1+0+0=-1V,-8V對應-3+0+0=-3V，即還原出了四電平信號。e)輸入輸出波形輸入不規(guī)則四電平信號輸出：平滑的四電平信號4）4-2變換子系統(tǒng)a)電路圖b)作用將四電平信號轉(zhuǎn)換為由0,1構(gòu)成的二電平信號，每一個四電平信號對應兩個二電平信號，4-2電平編碼與2-4電平編碼相同，00對應-3,01對應-1,10對應1,11對應3。例如輸入-3,3，-1,1，則輸出，二電平信號

13、為四電平信號的兩倍。c)參數(shù)設置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)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的四電平信號首先分為三路，根據(jù)參數(shù)設置，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 。又因為一個四電平碼元對應兩個二電平碼元，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，但是2-4變換要得到頻率為9600HZ的二電平信號，所以電壓比較器輸出均要與頻率為4800HZ的方波相乘，這樣每個周期為T=1/4800s的二電平碼元就變?yōu)榱?/2T=1/9600s的時間內(nèi)包含原有碼元信息，另一個1/2T=1/9600s的時間內(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，相當于是高位二電平碼元全部輸出，并且空出了兩個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，因為低位碼元在高位碼元之后，所以信號l要延時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，即最終把頻率為4800HZ的高低位兩路二電平信號整合成為一路高低位按順序排列的一路二電平信號。由于token31輸出的二電平信號有很多毛刺，為了消除毛刺，將信號進行延時采樣保持就得到了光滑的頻率為9600HZ

17、的二電平信號。e)輸入輸出波形輸入：四電平信號輸出：二電平信號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，將兩路二電平信號轉(zhuǎn)換成一路二電平信號，轉(zhuǎn)換后頻率為轉(zhuǎn)換前頻率的2倍。c)參數(shù)設置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，兩路信號同時乘以同頻率的方波信號，然后第二路并行信號延時1/2T=1/2*9600s，最后兩路信號相加即得到頻率為19.2kH

18、Z的一路信號，因為信號有些微毛刺，再將信號通入一個比較器，大于0輸出1，反之輸出0，得到最終串行信號。e)輸入輸出信號輸入：兩路二電平并行信號低位高位輸出：一路二電平串行信號四、仿真波形1）調(diào)制部分基帶信號第一路并行信號第二路并行信號第一路并行信號經(jīng)過2-4變換后的信號A第二路并行信號經(jīng)過2-4變換后的信號B與正交信號相乘后的信號AcoswtBsinwtAcoswt + Bsinwt +高斯噪聲，最終調(diào)制信號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Acoswt*sinwt+Bsinwt*sinwt=A

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