16-QAM基帶傳輸系統(tǒng)

1、16-QAM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，希望能利用移動電話進行圖像等多媒體信息的通信。但由丁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)對丁數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的實現(xiàn)很重要，正交幅度調制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調制技術，尤其是多進制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調制方式是一種比較好的選擇。為了加深對QAM調制解調數(shù)字傳輸系統(tǒng)的理解，本實驗對整個1

2、6-QAM基帶傳輸系統(tǒng)的仿真，結構框圖如圖1所示：2.QAM調制解調原理2.1QAM調制正交幅度調制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調制技術，尤其是多進制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調制方式是一種比較好的選擇。正交幅度調制（QAM）信號采用了兩個正交載波cos2lfct和sin2；rfct,每個載波都被一個獨立的信息比特序列所調制。發(fā)送信號波形如圖2.1.1所示m=1,2,.M,Um（t）=AmcgT（t）cos2二fctAmsgT（t）sin2二fj,圖2.1.1M=16QAM信號星座圖式中Amc和Ams是電平集合，這些電平是

3、通過將k比特序列映射為信號振幅而獲得的。例如一個16位正交幅度調制信號的星座圖如下圖所示，該星座是通過用M=4PAM信號對每個正交載波進行振幅調制得到的。利用PAM分別調制兩個正交載波可得到矩形信號星座。QAM可以看成是振幅調制和相位調制的結合。因此發(fā)送的QAM信號波形可表小為Umn(t)=AmgT(t)cos(2一fctL),m=1,2,.M,1,n=1,2,.M2,如果M1=2k1,M2=2k2,那么qam方法就可以達到以符號速率RB./(k/k2)同時發(fā)送k1*k2=log2M2M«二進制數(shù)據(jù)。圖2.1.2給出了QAM調制器的框圖。二進制數(shù)據(jù)圖2.1.2QAM調制器框圖2.2Q

4、AM的解調和判決假設在信號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r(t)=AmcgT(t)cos(2f")AmsgT(t)sin(2fc)n(t)其中©是載波相位偏移，且n(t)=nc(t)cos2,靜-ns(t)2,fj將接收信號與下述兩個相移函數(shù)進行相關i（t）=gT（t）cos（2二fct）'2(t)=gT(t)sin(2二fct)如圖2.2.1所示，相關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)估算接收信號的載波相位偏移'，相移甲i和甲2(t)對該相位偏移進行補償。輸出判決圖2.2.1QAM信號的解調和判決假設圖中

5、所示的時鐘與接收信號同步，以使相關器的輸出在適當?shù)臅r刻及時被抽樣。在這些條件下兩個相關器的輸出分別為G=Amcnccos-nssinHCcs2=Amcncsin一nscos其中1 T,、一n-n(t)gT(t)dt01Tns=sns(t)gT(t)dt20噪聲分量是均值為0,方差為N°/2的互不相關的高斯隨機變量。最佳判決器計算距離量度2D(r,sm)=rsmm=1,2,.M.2.3QAM的誤碼率性能矩形QAM信號星座最突出的優(yōu)點就是容易產(chǎn)生PAM信號可直接加到兩個正交載波相位上，此外它們還便丁解調。k對丁M=2下的矩形信號星座圖(k為偶數(shù))，QAM信號星座圖與正交載波上的兩個PAM

6、信號是等價的，這兩個信號中的每一個上都有"M=2"2個信號PAM點。因為相位正交分量上的信號能被相干判決極好的分離，所以易丁通過的誤碼率確定QAM的誤碼率。M進制QAM系統(tǒng)正確判決的概率是2Pc=(1-Pm)2式中Pm是阿進制PAM系統(tǒng)的誤碼率，該PAM系統(tǒng)具有等價QAM系統(tǒng)的每一個正交信號中的一半平均功率。通過適當調整M進制PAM系統(tǒng)的誤碼率，M1=2(1-)Eav其中No是每個符號的平均信噪比。因此M進制QAM的誤碼率為Pm=1-(1-Pm)2k.可以注意到，當k為偶數(shù)時，這個結果對M=2情形時精確的，而當k為奇數(shù)時，就找不到等價的、'M進制PAM系統(tǒng)。如果使用

7、最佳距離量度進行判決的最佳判決器，可以求出任意k芝1誤碼率的嚴格上限PmQ2V(M-1)NoEavb其中No是每比特的平均信噪比。3.16-QAhM帶傳輸系統(tǒng)的Matlab仿真圖3.1為16-QAM基帶傳輸系統(tǒng)的仿真實驗結構框圖16-QAM信號利用載波的四種不同電平(土1.土3)表征數(shù)字信息。由于該信號的一個碼元可以表示4種不同的數(shù)字調制狀態(tài)，因此需要將輸入的一進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系與四種電平狀態(tài)一一對應。具體對應關系如下：00"+3、01“+1、10"-1、11“-3,為了防止碼間串擾，成形濾波器米用平方根升余弦信號：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0<r<1;N_TN_T為長度為2的向量，用來表示輸入樣值的范圍；rate為每個輸入樣值對應的輸出樣值數(shù)；T為輸入樣值周期；fil_type用來標志是否產(chǎn)生平方根升余弦濾波器。脈沖成形濾波器為生平方根升