Simulink高级调制技术

一、 小组成员及分工................................................................. 2

二、 QPSK的仿真实现............................................................... 2

1． 解调原理.............................................................. 3

（二） QPSK的调制仿真................................................... 4

1． 系统框图.............................................................. 4

2． 参数设置与仿真结果.......................................... 4

（三） QPSK的解调仿真................................................... 7

三、 16QAM的仿真实现......................................................... 10

（一） 16QAM原理......................................................... 10

（二） 16QAM调制与解调过程：................................. 11

1． 调制原理............................................................ 12

2． 解调原理............................................................ 13

（三） 16QAM的调制仿真............................................. 13

1． 系统框图............................................................ 13

2． 参数设置和仿真结果........................................ 14

（四） 16QAM的解调仿真............................................. 18

1． 系统框图............................................................ 18

2． 参数设置与仿真结果........................................ 18

四、 QPSK、QAM（16、64、256）星座图仿真................... 21

（一） QPSK星座图仿真................................................. 22

1． 仿真图：............................................................ 22

2． 参数设置：........................................................ 22

3． 星座图显示：.................................................... 23

（二） 16QAM、64QAM、256QAM星座图仿真.......... 25

1． 仿真图：............................................................ 25

2． 参数设置：........................................................ 26

3． 星座图显示：.................................................... 26

小组成员：xxx，xxx，xxx，xxx。

小组分工：

基本调制解调：xxx、xxx、xxx、xxx。

星座图：xxx、xxx。

报告撰写：xxx、xxx。

QPSK是PSK调制的一种，是利用载波的相位变化来传输信息的，区别阶段1的2PSK,QPSK针对的是两个比特的信息。我们把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息。一般来讲有两种相位组合，我们要完成的是第二个系统的仿真。

QPSK信号可以看作两个载波正交2PSK信号的合成。输入的串行二进制信息序列经过串并变换，变成两路频率减半的序列，将这两个序列与正弦和余弦载波相乘，相加后即可得到QPSK信号，原理框图如下所示：

解调是调制的逆过程，由于QPSK可以看作是两路2PSK信号的叠加，我们也可以用两路正交2PSK进行解调，再进行并串转换成串行数据输出。

首先是一个伯努利的二进制发生器，用于产生要发送的比特序列，其参数设置如下所示：

而后我们通过一个buffer将信号按照奇数位和偶数位分成两路，再通过一个Demux将信号分成速率减半的两路

再通过Unilpolar to Bilopar Converter实现单极性到双极性的转换，将[0,1]的信号转换成[-1,1]之间的信号。

将两路信号分别与相位为0和相位为pi/2的正弦波相乘，得到两路的BPSK信号。其中原件和参数的设置如下：

首先我们将调制后的信号送入一个AWGN信道，随后我们将加上噪声后的信号分别与先前载波相乘，分别送入低通滤波器，得到的信号和器件的设置如下所示：

输出结果如下所示：

随后，我们使用非相干解调（包络检波法）对两路2PSK信号进行判决，使用的脉冲和抽样设置如下：

如图所示，因为使用的是非相干调制方法，信号出现了一个延迟：

接着我们将得到的两个信号通过sign进行归一化处理，送入两个switch，要注意的是在buffer中我们得到的是速率减半的信号，在这里为了恢复原来信号的频率，我们在包络检波和这里使用的脉冲信号是与数字信号相同的脉宽。

得到的波形图如下所示，自上而下波形对应是分别是：两路switch判决后的信后，相加后经过极性变换的信号，两个延时后的原信号，可以看出除了使用buffer和包络检波产生的无法避免的两个延时之外，我们对于原信号的还原程度是较好的。

正交调幅(quadrature amplitude modulation，简称QAM)是将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90°的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅信号进行矢量相加，从而得到的调幅信号称为正交调幅信号。

这种调制方式的已调波信号所占频带仅为两路信号中的较宽者，“正交调幅”与“解调”的概念已扩展到MQAM，其中M可取4、16、32、64、128、256等，最常用的16QAM和64QAM。

正交调幅（QAM）信号有两个相通频率的载波，但是相位相差90度（四分之一周期，来自积分术语）。一个信号叫I信号，另一个信号叫Q信号。从数学角度将一个信号可以表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。 

这个概念还是有些抽象，数学公式和电路图理解起来比较直接。

最终信号数学式（也就是最终出现在空中的波形）为： A cos(2πfct + φ) 

根据三角函数计算公式cos(α + β) = cos(α)cos(β) – sin(α)sin(β)，

则: A cos(2πfct + φ) = I cos(2πfct) – Q sin(2πfct)

其中I = A cos(φ)，Q = A sin(φ).

调制与解调的主体思路：

整体模块：二进制信号输入，通过串并转换将信号分为两部分，然后进入二四进制转换模块，该模块将二电平的信源信号变成4电平信号,即将0, 1交替组合,变成00, 11, 01, 10,各个数据代表不同的幅度,因为是处理串并转换后的信号,所以要处理I路和Q路两路信号,此时频率为信源频率的1/4,随后的输出与载波相乘,进行调制,完成后将两路信号对应位置相加,经过有高斯噪声的信道,进入接收端。接收到的信号进行相乘,完成解调过程。再将得到的波形经过线性低通滤波器,进行滤波,随后将波形幅度放大2倍,进入四二进制转换,再进入整流模块,后进入并串转换,随后将两路信号相加,得到总的信号,随后将信号再次进行并串转换,得到最后的波形。

(1).首先，一串二进制序列进入串/并变换中，进行4比特划分后再进行2比特划分成一组，按照奇数送同相路，偶数送入正交路。

(2).进入2/L电平变换，就是说二进制数变成4个十进制数，而4个十进制数是由自己的星座图设定的，即00,01,11,10分别对应于-3,-1,1,3。

(3).进入相乘器，载波cosωct与同相路波SI(t)相乘变为SI(t) cosωct, 载波cosωct经过相位移动90°与正交路波SQ(t)相乘变为-SQ(t) sinωct。

(4).两路波形经过相乘器后，进行相加，变为SI(t)cosωct- SQ(t)sinωct。

(1).经过调制后的波形再分别与相乘器相乘，通过载波cosωct和载波cosωct经过相位移动90°后各自提取出同相分量和正交分量。公式分别为：yI(t)=y(t)coswct=SI(t)/2+1/2×(SI(t)cos2ωct- SQ(t)sin2ωct)；yQ(t)=y(t) (-sinωct) = SQ(t)/2 -1/2×(SI(t) sin2ωct+SQ(t) cos2ωct)。

(2)进入低通形成包络波形。

(3)再进入采样判决器，选取采样点形成原始的二进制矩形波形。

(4)最后进入串/并变换，按照原先的奇偶原则形成完成的原始二进制信号。

1. 二进制发生

选择序列发生器，按一定规则顺序发送序列。

而后我们通过一个buffer将信号按照奇数位和偶数位分成两路，再通过一个Demux将信号分成速率减半的两路。

比较序列，串并转换成功。

将上面部分值设置为2和-2，下面部分值设为1和-1，二进制数变成4个十进制数，而4个十进制数是由自己的星座图设定的，即00,01,11,10分别对应于-3,-1,1,3。此过程需要设置一个速率转换器，因为一开始的进行串并转换过程中速率发生了改变。

验证序列符合

4 . 与余弦信号和正弦信号相乘进行相位的变化

1.设置信噪比为50的噪声，然后经过一个速率转换器，然后在与调制时候相同的正弦和余弦信号相乘，进入到低通滤波器进行滤波，参数如下：

波形结果为：

滤波效果很好。

信号经过模拟低通滤波器，对四电平信号进行仿真。因此经过一系列的采样、量化和编码可以得到2级数字信号。过滤后,信号振幅一半的仿真子系统模拟信号先获得4级数字信号与一个常数2,因为错误的原因后获得更多的标准,量化器(3,1,1,3)四水平信号,然后采样后信号可以分为两路,量化,编码和判断两个二进制信号。

三个量化器参数设置为：

实际采样中，经过采样，量化，编码后的波形如下

采样波形为：-3 -3 -1 3 1 -1 1 -3 -3

量化波形1为：0 0 0 1 1 0 1 0 0

量化波形2为：0 0 1 1 0 1 0 0 0

实际波形和理论值一样

两种方法经过4/2级变换还需要和串变换才能实现原始波形的恢复。该系统的串转换模块由脉冲序列发生器和选择器组成。其中，采用脉冲序列发生器产生0.5序列占空比，采用选择器确定哪个时候输出上面的信号，当输出脉冲序列为1时选择上面的信号，脉冲序列为0时选择下面的信号。

最后输出信号与原信号比较为：

波形一模一样，正好照应了误码率为0的情况，说明了在有噪声的情况下仍能完成完全恢复原始信号数据流，解调效果较好。

说明：由于要对多个系统进行星座图仿真，而实验过程中我们只做了QPSK和16QAM调制和解调原理仿真，而64QAM，256QAM没做，因此所有星座图仿真都是采用了simulink中的调制和解调模块进行的。对于模块的使用原理相同，只需要改几个参数即可，实现较为容易，且能更加便于星座图的对比研究。

随机序列设置4格式，对应QPSK的四个相位

调制与解调模块：

星座图模块：

信噪比分别为10 30 50情况下：

图中能够看出星座图完整、清晰地数字调制的映射关系，同样从随着信噪比的提高，解调后的星座图的点越加汇聚到调制后星座图上的点，误码率也越来越低。

与QPSK类似，只需要将QPSK中参数从4改为16、64、256即可，这里就不再贴参数图了。

总结：与QPSK类似，QAM仿真图中能够看出星座图完整、清晰地数字调制的映射关系，同样随着信噪比的提高，解调后的星座图的点越加汇聚到调制后星座图上的点，误码率也越来越低。