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，仿真中的抽樣頻率應(yīng)至少為載波頻率最大值的兩倍。如果信號頻率很高，則仿真會變得非常慢或無法直接進(jìn)行計算機(jī)模擬。基帶仿真一般稱為低通等效法仿真，將帶通信號等效為基帶信號，使得調(diào)制和解調(diào)性能分析與載波頻率和信道頻段無關(guān)，從而減少系統(tǒng)資源的占用。

下面以基帶模塊為例，對16QAM系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，給出了一種比較簡單的仿真方法，并說明如何運用Simulink對通信系統(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)與QAM基帶調(diào)制模塊(用于產(chǎn)生QAM信號)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模塊用來顯示調(diào)制信號及其經(jīng)信道傳輸后的星座圖，Discrete-Time Scatter Plot Scope模塊以點形式繪制信號點。Error Rate Calculation模塊用于計算誤碼率，并將結(jié)果通過Display模塊顯示出來。主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。

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

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

誤碼率是反映數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)特性的指標(biāo)。在仿真過程中，誤碼率大小會隨著高斯白噪聲基帶信道信噪比、調(diào)制方式等而改變，因此誤碼率的測試結(jié)果是評價試驗系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。圖1中的Display模塊顯示的是信噪比為20dB時的誤碼情況，有3個窗：第1個窗顯示的是誤碼率0.000999；第2個窗顯示的是誤碼數(shù)1個;第3個窗顯示的是碼元總數(shù)1001個?？梢酝ㄟ^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。在硬件實驗中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著重做硬件，而在軟件中只需對特定參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，節(jié)省了時間和費用。文中利用Matlab的Simulink功能模塊成功地對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)仿真中的實用性。通過調(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方法。