16QAM的调制与解调(共23页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录一、设计思路及设计方案1）16QAM调制原理在16QAM中，数据信号由相互正交的两个载波合成。16QAM是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量（对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向）采用幅度调制，分别对应调制在相互正交（时域正交）的两个载波（coswt和sinwt）上，然后两路正交信号相加得到调制信号。2）设计思路16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相位的组合，16-QAM的每个符号

2、和周期传送4比特。16进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。16QAM的产生有2种方法：（1）正交调幅法，它是有2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；（2）复合相移法：它是用2路独立的四相位移相键控信号叠加而成。这里采用正交调幅法。3）设计方案首先，伪随机码发生器产生速率为Rb的二进制序列，此二进制码流经串一并变换器将分成两个速率为Rb2的两电平序列，2一4电平变换器将每个速率为Rb2的两电平序列变成速率为Rb4，4电平信号，然后分别与两个正交的载波相乘，相加后即产生QAM信号。QAM信号的解调器同样可以采用正交的相干解调方法。同相I路和正交Q路的4电平基带信号用判决器判决后，分别恢复

3、出速率等于Rb2的二进制序列，最后经并一串变换器将两路二进制序列合成一个速率为Rb的二进制序列。二、总体电路组成与分析1）总体电路图2）总体电路分析a)参数设置：Token 17： 频率：19.2kHZ 振幅：0.5V Offset:0.5V 电平：2（即频率为19.2kHZ的由0、1两个电平构成的伪随机码）Token 18： 频率: 76.8kHZ 振幅：1VToken105： 高斯噪声 0.3VToken109： 低通频率：70kHZToken110： 低通频率：70kHZb) 电路分析：该系统主要分为调制和解调两部分，包含有串并变换子系统、2-4变换子系统、4电平判决子系统、4-2变换子

4、系统、并串变换子系统。调制部分用到了串并变换子系统和2-4变换子系统，19.2kHZ的基带信号先通过串并变换子系统变为两路频率为9600HZ的信号，这两路信号分别通入2-4变换子系统后9600HZ的二电平信号就变成了频率为4800HZ的四电平信号（两路信号表示为A,B其中A=-3，-1,1,3 ;B=-3，-1,1,3），两路四电平信号在分别与两路正交信号相乘即得到Acoswt,Bsinwt两路独立的4ASK信号，两路独立的4ASK信号相加就得到了y=Acoswt+Bsinwt的16QMA调制信号。解调部分用到了4电平判决子系统、4-2变换子系统和并串变换子系统。解调采用的是相干解调法，首先1

5、6QMA调制信号与两路与载波同频同相的正交信号相乘得到y1=Acoswt*coswt+Bsinwt*coswt=A(1/2+cos2wt/2)+Bsin2wt/2, y2=Acoswt*sinwt+Bsinwt*sinwt=Asin2wt/2+B(1/2-cos2wt/2),两路信号，两路信号分别经过低通滤波器，滤除高次谐波就得到Y1=A/2,Y2=B/2两路四电平信号包络图形，然后经过4电平判决子系统，就得到A,B两路四电平信号，再经过4-2电平转换子系统A,B两路四电平信号则变为0,1组成的二电平信号，最后经过并串转换就能够还原出最开始的基带信号。三、子电路系统分析1）串并变换子系统a)

6、电路图 b)作用把一路串行输入的信号转变为两路并行输出的信号，两路并行信号一路是由串行信号的第奇数个信号组成，一路是由串行信号的第偶数个信号组成，例如输入100，则输出（此为串行信号的第奇数个信号的顺序组合）和（此为串行信号的第偶数个信号的顺序组合）。并行信号的频率是串行信号频率的1/2。c)参数设置Token57：延时 1 samplesToken58:采样频率 9600HZToken59：Gain 1Token66：延时 2T=2/19200=0.sToken60：采样频率 9600HZToken61：Gain 1d)电路分析首先频率为19.2kHZ的基带信号同时输入两个延时器，一路延时1

7、个周期然后以9600HZ的频率采样并保持得到串行信号的第偶数个信号的顺序组合；另一路延时两个周期然后9600HZ的频率采样并保持得到串行信号的第奇数个信号的顺序组合。这样就得到了两路并行信号（其中串行信号的第奇数个信号的顺序组合为第一路并行信号，串行信号的第偶数个信号的顺序组合为第二路并行信号）。以9600HZ的频率采样是为了保证输出的并行信号频率为串行信号频率的1/2。第一路并行信号采样前延时了2T，又因为采样频率为1/2*T，且采样后保持到下一次采样即保持时间为2T，所以最后的输出信号也是延时了2T,可以理解为若采样前延时时间为t且 t在区间2(n-1)T,2nT,则最终输出延时为2nT。

8、由以上结论可得由于第二路并行信号采样前延时了T，则最终输出信号延时2T。所以两路并行信号最终输出有相同的延时，确保了两路信号同步。e)输入输出波形输入波形：基带信号输出波形：第一路并行信号第二路并行信号2）2-4变换子系统a)电路图b)作用把一路由0,1组成的二电平信号转换成四电平信号，二电平信号中每两个相邻码元对应一个四电平码元，如若二电平编码为00对应-3,01对应-1,10对应1,11对应3，则输入，对应输出为3，-1，1，-3。四电平信号频率为二电平信号的1/2。c) 参数设置Token72：延时 1 samplesToken76:采样频率 4800HZToken73：Gain 1To

9、ken77：延时 2T=2/9600=0.sToken74：采样频率 4800HZToken75：Gain 1Token79:判决电压 0.2V true out 3V false out -3VToken80:判决电压 0.2V true out 1V false out -1Vd) 电路分析首先频率为9600HZ的二电平信号通过一个串并转换电路得到两路频率为4800HZ的同步并行信号（其中串行信号的第奇数个信号的顺序组合为第一路并行信号，串行信号的第偶数个信号的顺序组合为第二路并行信号），这两路并行信号分别通入一个电压比较器，再将两个电压比较器的输出值相加。比较器的比较电压均为0.2V，对

10、于第一路并行信号若输入大于0.2即输入为1则输出2，反之若输入小于0.2即输入为0则输出-2；对于第二路并行信号若输入大于0.2即输入为1则输出1，反之若输入小于0.2即输入为0则输出-1；由于两个相邻二电平码元对应一个四电平码元，第一路并行信号代表两个相邻二电平码元中的高位，第二路码元信号代表两个相邻二电平码元中的低位，所以经过电压比较器后高位为1输出2，为0输出-2，同理低位1输出1，为0输出-1，最终高低两位相加后即得到对应编码，11编码3,10编码1,01编码-1,00编码-3 。二电平最终被转换为四电平。e)输入输出波形输入：并行信号输出：四电平信号3）四电平判决子系统a)电路图b)

11、作用把低通滤波器输出的不规则四电平信号转变成规则的四电平信号。c)参数设置Token171：放大倍数 5Token124：判决电压 5V true out 2V false out 0VToken125：判决电压 0V true out 2V false out 0VToken126：判决电压 -5V true out -1V false out -3Vd)电路分析经过低通滤波器后的四电平信号大致形状和2-4变换输出的四电平信号相同，但是电压幅度有一定的衰减且有很多毛刺，要得到平滑的四电平信号，首先将不规则信号放大，然后根据放大波形得出比较电压，最后将比较器的输出结果相加。经过放大器后的电压幅

12、度在-8V到+8V之间，根据图形可看出区分四个电平8V,3V,-3V,-8V的三个电压值分别为5V,0V,-5V，根据上述参数设置，三个比较器相加后的结果为8V对应2+2-1=3V,3V对应2-1=1V,-3V对应-1+0+0=-1V,-8V对应-3+0+0=-3V，即还原出了四电平信号。e)输入输出波形输入不规则四电平信号输出：平滑的四电平信号4）4-2变换子系统a)电路图b)作用将四电平信号转换为由0,1构成的二电平信号，每一个四电平信号对应两个二电平信号，4-2电平编码与2-4电平编码相同，00对应-3,01对应-1,10对应1,11对应3。例如输入-3,3，-1,1，则输出，二电平信号

13、为四电平信号的两倍。c)参数设置Token213：a=b true out 1V false out 0VToken214:振幅 3VToken215：a=b true out 1V false out 0VToken216：振幅 -1VToken139：比较电压 0V true out 1V false out 0VToken138：频率 4800HZ pulse width T/2=1/2*4800= 104.166e-6s (即频率为4800HZ的方波信号)Token33：delay 104.166e-6sToken181：delay 104.166e-6sToken34：ab true

14、 out 1V false out 0VToken198：delay 1 samplesToken188：采样频率 9600HZToken196：Gain 1Vd)电路分析频率为4800HZ的四电平信号首先分为三路，根据参数设置，第一路通过电压比较器1，即若输入电压等于3V则输出1否则输出0；第二路通过电压比较器2，即若输入电压等于-1V则输出1否则输出0；第三路通过电压比较器3，即若施输入电压大于0则输出1否则输出0 。又因为一个四电平码元对应两个二电平码元，经分析得电压比较器3输出的是高位二电平码元，电压比较器1,2输出的是低位二电平码元。例如输入3，比较器3输出1，比较器1输出1；输入1

15、，比较器3输出1，比较器1,2都输出0；输入-1，比较器3输出0，比较器1输出1；输入-3，比较器3输出0，比较器1,2都输出0 。（电压比较器1,2,3分别为token213，token215，token139）电压比较器输出的是频率为4800HZ的二电平信号，但是2-4变换要得到频率为9600HZ的二电平信号，所以电压比较器输出均要与频率为4800HZ的方波相乘，这样每个周期为T=1/4800s的二电平码元就变为了1/2T=1/9600s的时间内包含原有码元信息，另一个1/2T=1/9600s的时间内始终为0不含码元信息。即输入输出01010电压比较器3和方波相乘后的输出H,其格式为a0a

16、0a0a0,其中a取值0或1，相当于是高位二电平码元全部输出，并且空出了两个高位码元之间的低位码元。电压比较器1,2与方波相乘后的输出l,其格式为b0b0b0b0，其中b取值0或1，包含了二电平的低位码元，但l不能与H直接相加，因为低位码元在高位码元之后，所以信号l要延时1/2T=1/9600s得到L,L的格式为0b0b0b0b,之后L再与H相加即得到格式为abababab的信号，即最终把频率为4800HZ的高低位两路二电平信号整合成为一路高低位按顺序排列的一路二电平信号。由于token31输出的二电平信号有很多毛刺，为了消除毛刺，将信号进行延时采样保持就得到了光滑的频率为9600HZ的二电平

17、信号。e)输入输出波形输入：四电平信号输出：二电平信号5）串并转换子系统a)电路图b)作用与串并转换相反，将两路二电平信号转换成一路二电平信号，转换后频率为转换前频率的2倍。c)参数设置Token3：频率 9600HZ pulse width T/2=1/2*9600= 52.088e-6sToken13：ab true out 1V false out 0VToken14：振幅 0Vd)电路分析和4-2电平转换中高低位二电平整合成一路二电平的原理相同，两路信号同时乘以同频率的方波信号，然后第二路并行信号延时1/2T=1/2*9600s，最后两路信号相加即得到频率为19.2kHZ的一路信号，因

18、为信号有些微毛刺，再将信号通入一个比较器，大于0输出1，反之输出0，得到最终串行信号。e)输入输出信号输入：两路二电平并行信号低位高位输出：一路二电平串行信号四、仿真波形1）调制部分基带信号第一路并行信号第二路并行信号第一路并行信号经过2-4变换后的信号A第二路并行信号经过2-4变换后的信号B与正交信号相乘后的信号AcoswtBsinwtAcoswt + Bsinwt +高斯噪声，最终调制信号2）.解调部分Acoswt*coswt+Bsinwt*coswt=A(1/2+cos2wt/2)+Bsin2wt/2,第一路四电平信号Acoswt*sinwt+Bsinwt*sinwt=Asin2wt/2

19、+B(1/2-cos2wt/2),第二路四电平信号第一路四电平信号滤波后的四电平信号X第二路四电平信号滤波后的四电平信号Y四电平信号X经过4电平判决后的平滑四电平信号A四电平信号Y经过4电平判决后的平滑四电平信号B四电平信号A经过4-2电平转换后的二电平信号1四电平信号B经过4-2电平转换后的二电平信号2二电平信号1和二电平信号2通入串并转换后输出的一路二电平信号，即最终解调信号基带信号和解调信号3）.星座图：五、设计总结 这次设计刚开始的时候我感觉非常的困难，因为并不了解16QAM调制到底是什么意思，究竟是要将什么信号变成什么信号，后来仔细阅读书本上对QMA的描述，了解到QMA调制其实就是一

20、种振幅和相位的共同调制，并且每一个QAM信号都是由两路相互正交的信号相加得到的，16-QAM的每个周期传送4比特二进制数，4比特二进制数可以编码表示16种状态，16QAM调制就是要将16QAM的基带信号中每个周期中包含的4比特二进制数所表示的16种状态具体的“展现”出来，即把4比特二进制数编码表示的16种状态转变成16种幅度和相位各不相同的信号。在了解了什么是16QAM调制后，就开始着手设计，书上主要介绍了两种16QAM调制方式，分别是正交调幅法，它是由2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；复合相移法：它是用2路独立的四相位移相键控信号叠加而成。比较之后采用了正交调幅法，确定了调制方法后开始正

21、式画电路图。在搭电路的过程中遇到的最大的问题就是不知道串并变换如何实现，因为只知道串并变换是将一路信号变成两路并行输出的信号，也不知道输出顺序是什么，所以纠结了很长的时间，后来通过上网查资料，相别人请教终于知道串并变换就是把一路信号转变为奇偶两路并行信号，且输出的信号频率是输入信号频率的1/2。知道了串并变换原理后具体实现起来就相对简单了，采用了抽样延时延时抽样很快就得到了正确结果。在解决串并转换问题是时候体会最深的就是遇到问题不能盲目的急于追求正确的结果，要仔细分析问题的前因，研究会得出什么样的后果，透彻的了解问题，才知道用什么办法来解决。所以虽然在后来的设计中，有很多子系统在设计时都遇到了问题，但是由于仔细分析了输入输出的关系进而了解了其原理，最终问题都得到了解决。 这次实验，总的来说是比较庞大的，有很多的子模块，遇到了很多问题也解决了很多问题，感觉受益良多。六、参考文献 通信原理教程（第2版） 电子工业出版社 樊昌信编著专心-专注-专业