QAM系統(tǒng)仿真

Simulink的通信模塊中有各種數(shù)字調(diào)制/解調(diào)器模塊。其有通帶(passband)模塊和基帶(baseband)之分。通帶仿真的載波信號(hào)包含在模型的發(fā)射部分，載波頻率通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號(hào)的最高頻率。由Nyquist抽樣定理可知，為了能在接收端恢復(fù)原信號(hào)，仿真中的抽樣頻率應(yīng)至少為載波頻率最大值的兩倍。如果信號(hào)頻率很高，則仿真會(huì)變得非常慢或無(wú)法直接進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬?；鶐Х抡嬉话惴Q為低通等效法仿真，將帶通信號(hào)等效為基帶信號(hào)，使得調(diào)制和解調(diào)性能分析與載波頻率和信道頻段無(wú)關(guān)，從而減少系統(tǒng)資源的占用。

下面以基帶模塊為例，對(duì)16QAM系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，給出了一種比較簡(jiǎn)單的仿真方法，并說(shuō)明如何運(yùn)用Simulink對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

QAM通信系統(tǒng)仿真模型如圖1所示。

信源Random Integer Generator模塊產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)0-15，送入QAM基帶調(diào)制模塊。QAM基帶解調(diào)模塊(用于解調(diào)QAM信號(hào))與QAM基帶調(diào)制模塊(用于產(chǎn)生QAM信號(hào))的參數(shù)設(shè)置必須一致。采用Communication Blockets(通信模塊)中提供類似實(shí)際的噪聲信道——高斯白噪聲信道模塊以便觀察系統(tǒng)的正常響應(yīng)。Discrete-Time Scatter Plot Scope模塊用來(lái)顯示調(diào)制信號(hào)及其經(jīng)信道傳輸后的星座圖，Discrete-Time Scatter Plot Scope模塊以點(diǎn)形式繪制信號(hào)點(diǎn)。Error Rate Calculation模塊用于計(jì)算誤碼率，并將結(jié)果通過(guò)Display模塊顯示出來(lái)。主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。

信噪比為20 dB時(shí)，QAM調(diào)制輸出信號(hào)和通過(guò)信道后的QAM信號(hào)星座圖分別如圖2和圖3所示。

從圖2的星座圖可以看出，16QAM調(diào)制信號(hào)有16個(gè)信號(hào)點(diǎn)(圖中米子形)，信號(hào)點(diǎn)表示每個(gè)碼元的位置，它是由兩個(gè)正交矢量合成的。而其經(jīng)過(guò)高斯信道后，接收信號(hào)點(diǎn)受到干擾以高斯分布概率密度函數(shù)規(guī)律，并以各點(diǎn)發(fā)送信號(hào)為期望值散布于發(fā)送信號(hào)點(diǎn)附近如圖3所示。調(diào)整信噪比SNR可以觀察經(jīng)信道后QAM信號(hào)星座圖的變化，仿真發(fā)現(xiàn)信噪比SNR越大，接收信號(hào)點(diǎn)的集中程度越高；反之，信號(hào)點(diǎn)的分散程度越高。

誤碼率是反映數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)特性的指標(biāo)。在仿真過(guò)程中，誤碼率大小會(huì)隨著高斯白噪聲基帶信道信噪比、調(diào)制方式等而改變，因此誤碼率的測(cè)試結(jié)果是評(píng)價(jià)試驗(yàn)系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。圖1中的Display模塊顯示的是信噪比為20dB時(shí)的誤碼情況，有3個(gè)窗：第1個(gè)窗顯示的是誤碼率0.000999；第2個(gè)窗顯示的是誤碼數(shù)1個(gè);第3個(gè)窗顯示的是碼元總數(shù)1001個(gè)?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整信噪比，觀察誤碼率的變化，仿真發(fā)現(xiàn)信噪比越小，誤碼率就越大，與理論一致。

總結(jié)

利用Matlab仿真通信系統(tǒng)，具有廣泛的適應(yīng)性和極高的靈活性。在硬件實(shí)驗(yàn)中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著重做硬件，而在軟件中只需對(duì)特定參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。文中利用Matlab的Simulink功能模塊成功地對(duì)QAM通信系統(tǒng)進(jìn)行了可視化仿真，并給出了較詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)方法和仿真結(jié)果，仿真結(jié)果與理論結(jié)果一致，充分地證明了Simulink在通信系統(tǒng)仿真中的實(shí)用性。通過(guò)調(diào)整本系統(tǒng)的模塊或參數(shù)，可以得到其他通信系統(tǒng)的仿真模型，如64QAM等，為相關(guān)領(lǐng)域的仿真研究指出了一個(gè)方法。