1、2） 仿真其通过 AWGN 信道的性能。（2） 工作要求：查阅参考文献，利用通信原理基本理论，分析系统工作原理，设计系统方框图；掌握计算机辅助设计方法，利用Matlab/Simulink、Systemview、Multisim、MaxPlusIII、QuartusII 等软件进行仿真设计，具备独立设计能力；熟悉通信系统的调试和测量方法；掌握电子电路安装调试技术，选择合适的元器件搭接实际电路，掌握电路的测试和故障排除方法，提高分析问题和解决问题的能力。不能直接从网上或其他资料下载拷贝，一旦发现雷同 35%以上，则相关雷同设计的成绩都为不及格。按时完成设计报告；提交的电子稿必须在附录中含有全套仿真
2、源文件、或设计原图（电子稿是以“学生学号姓名”为命名的压缩文件）；并提交纸质设计报告书。随机抽查，并进行最后答辩。2对课程设计成果的要求包括图表（或实物）等硬件要求：写出设计说明书，语言流畅简洁，文字 35005000 字。用软件编程语言实现时，写出详细的注释，并画出各种信号的时域频域波形，分析实验结果；硬件设计电路，需要详细分析安装调试过程，分析实验结果。仿真设计类要求有仿真流程图、调试时的电脑屏幕截图；实物设计类要求图纸布局合理，符合工程要求，使用 Protel 软件绘出原理图（SCH）和印制电路板（PCB）,器件的选择要有计算依据。3主要参考文献：1 樊昌信.通信原理（第 6 版）M.北
3、京：电子工业出版社,2012,12.2 樊昌信,曹丽娜.通信原理教程（第 3 版）M.北京：国防工业出版社,2006,9.3 刘学勇.详解 MATLAB/Simulink 通信系统建模与仿真M.北京：电子工业出版社,2011,11.4 张水英,徐伟强.通信原理及 MATLAB/Simulink 仿真M.北京：人民邮电出版社, 2012,9.5 赵鸿图,茅艳.通信原理 MATLAB 仿真教程M.北京：人民邮电出版社,2010,11.6 赵静,张瑾.基于 MATLAB 的通信系统仿真M.北京：北京航空航天大学出版社, 2010,1.7 黄智伟.基于 NIMultisim 的电子电路计算机仿真设计与
4、分析（修订版）M.北京：电子工业出版社,2011,6.4课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容2015.12.82015.12.12查阅资料，系统方案设计2015.12.122015.12.16用编程语言或者仿真软件进行设计2015.12.162015.12.17程序、软件、实物的调试，排除故障，分析实验结果2015.12.172015.12.19分析总结，整理设计报告主指导教师李圣日期：摘要随着现代通信技术的发展，特别是移动通信技术高速发展，频带利用率问题越来越被人们关注。正交振幅调制 QAM（Quadrature Amplitude Modulation）调制是一种具有高频谱利用率且能
5、够灵活地根据传输环境与传输信源的不同自适应地调整其调制速率的调制技术。本文通过串并转换，2-8 电平转换，抽样判决等子系统的设计，然后利用 Systemview 仿真平台对 64QAM 调制与解调系统进行建模仿真并且在加入高斯白噪声信道的情况下得到了调制端与解调端的波形图，星座图与误码率曲线。关键字：64QAM; Systemview;星座图;误码率目录1 绪论11.1 QAM 简介11.2 Sstemview 仿真软件简介11.2.1 Systemview 的基本模块库介绍11.2.2 SystemView 系统窗22 正交振幅调制32.1 MQAM 信号的星座图表示32.2 64QAM 调
6、制原理42.3 64QAM 解调原理43 基于 Systemview 的 64QAM 调制解调系统仿真63.1 64QAM 调制模块的模型建立与仿真63.1.1 仿真过程中所遇的问题分析123.2 64QAM 系统性能分析123.2.1 64QAM 系统的 BER 曲线分析123.2.2 64QAM 系统的星座图分析134 总结与感悟145.1总结145.2感悟14参考文献151 绪论1.1 QAM 简介提高频带利用率是现代技术研究的热点，而正交振幅调制 QAM 就是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用，它更是
7、以其灵活的配置和优越的性能指标，广 泛的应用于数字有线电视传输领域和数字 MMDS 系统（多频道微博分配系统）。正交振幅键控 QAM（Quadrature Amplitude Modulation）是一种振幅和相位联合键控。QAM 是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅， 利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。1.2 Sstemview 仿真软件简介System View 是由美国 ELANIX 公司推出的基于 PC 的系统设计和仿真分析的软件工具，它为用户提供了一个完整的开发设计数字信号处理（DSP）系统，通信系统，控制系统以
8、及构造通用数字系统模型的可视化软件环境。它基于 Windows 环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件具，它使用功能模块（Token）去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数。1.2.1 Systemview 的基本模块库介绍SYSTEMVIEW 分析窗口是一个能够提供系统波形详细检查的交互式可视环境。分析窗口还提供一个完成系统仿真生成数据的先进的块处理操作的接收端计算器。接收端计算器块处理功能：应用 DSP 窗口，余切，自动关联，平均值，复杂的 FFT，常量窗口， 卷积，余弦，交叉关联，习惯显示，十进制，微分，
9、除窗口，眼模式，FUNCTION SCALE，柱状图，积分，对数基底，数量相，MAX，MIN，乘波形，乘窗口，非，覆盖图， 覆盖统计，解相，谱，分布图，正弦，平滑，谱密度，平方，平方根，减窗口，和波形，和窗口，正切，层叠，窗口常数。1.2.2 SystemView 系统窗SystemView 提供一种可视化、动态的系统模式。利用功能元件库中的 Token 来代表某一种处理过程，在 SystemView 系统窗口中完成系统或子系统的设计。设计的过程便是在系统窗口中从不同的元件库中选择 Token，并在设计区域中连接、搭建基本系统， 设置每一个 Token 的参数，控制系统的起始时间、中止时间、采
10、样频率，最后从分析窗中分析结果，从而达到系统设计和分析的目的。（1） 第一行 每一级菜单都包含下拉菜单,具体功能在状态栏中均有提示。（2） 第二行 包括：清屏删除元件删除连线连接复制元件加注释中止执行运行系统定时分析窗口开子系统新建子系统根轨迹波特图重画图标反转用工具条可对一组元件进行操作，其步骤如下：首先单击欲使用的工具条，再按住 Ctrl 键，用鼠标拖出包含一组元件的设计区，便可对一组元件进行块操作。（3） 左侧竖栏为元件库一 进 入 SystemView 后 ， 显 示 库 有 SourceToken, MetaSystemToken，AdderToken，MetaSystemI/OTo
11、ken，OperatorToken， MultiplierToken，Sink Token。单击元件库上方的键 （Library Button） 可切换到剩余的元件库中。其分别有 UserCode，LogicToken， ComunicationToken，RF/Analog Token，DSP Token。利用不同的元件，我们便可组合搭接各种模拟、数字系统，并对其进行分析。（4） 状态栏在系统窗口的底端是状态栏，用于显示系统模拟的状态信息或元件参数。当鼠标置于某元件上时，该元件的参数便自动显示于状态栏中。也可用鼠标右键单击元件，会弹出一消息框显示该元件的参数信息。142 正交振幅调制正交振幅
12、调制（QAM,Quadrature Amplitude Modulation）是一种相位和振幅联合调制，所谓正交振幅调制是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频率载波进行抑制载波的双边带调制。在这种调制中，已调制载波的振幅和相位都随两个独立的基带信号变化。采用多进制正交振幅调制，可记得为 MQAM（M2）。增大 M 可提高频率利用率，也可提高传输有效性。2.1 MQAM 信号的星座图表示这种信号的一个码元可以表示成ek （t） = Ak cos（wct +qk ）KTB t （k +1）TB式中：k=整数； Ak 和qk 分别可以取多个离散值。将上式展开为ek （t） = Ak cos wc
13、tcosqk - Ak sin wct sinqk ）令Xk = Ak cosqkY = - Ak sinqk则变为ek （t） = Xk cos wct + Yk sin wctXk 和Yk 也是可以取多个离散值得变量。从上式可以看出ek （t）可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。若qk 值仅可以取p/4和-p/4 ， Ak值仅可以取+ A和- A ，则此 QAM 信号就成为 QPSK 信号。 有代表性的 QAM 信号是 16 进制的，记为 16QAM，类似的有 64QAM 和 256QAM 等 QAM 信号， 它们总称 MQAM 调制，如图所示。图 2.1 MQAM 信号图2.2 64Q
14、AM 调制原理64QAM 信号的产生方法主要有两种。第一种是正交调幅法，即用两路独立的正交QASK 信号叠加，形成 64QAM 信号，第二种方法是复合相移位法，它用两路独立的 QPSK信号叠加，形成 64QAM 信号。本课题采用了正交调幅法，调制原理方案图如 2.2 所示。电平映射成形滤波Xcoswt串并转换载波发生器已调信号y+90度相移Qn-sinwtIn基带信号x 图 2.264QAM 调制原理方案图速率为rb 的基带信号 x（采用格雷码）经串/并变换变成两路速率均为rb /2 的二进制信号 In 和 Qn，再分别经 28 电平映射，变成电平数为 8，速率为rb （2 log 28） ，
15、即rb / 6 的数字信号，分别经两正交载波（coswt 和 sinwt）完成抑制载波的双边带调幅（DSB-SC-AM）,而后相加得到已调信号 y，最后经带通滤波和功放送至信道即完成调制过程。2.3 64QAM 解调原理64QAM 信号的解调其实就是调制的逆过程。解调的电路方案不止一种，如积分采样的方法来获得 L 个电平，并由此还原出二进制数码，或采用相位估计实现 QAM 信号解调，本仿真实验采用门限判决的正交的相干解调方法，下图 2.3 为 64QAM 门限判决解调原理框图。首先载波相位校正后输出两正交分量cosw0t 和sinw0t ，它们分别与解调 接收端接收到带有噪声的已调 64QAM
16、 信号相乘，完成同步检波，还原出两路正交的多电平基带信号，然后经低通滤波器后进行电平判决器和 8-2 电平转换器输出二进制信号，最后经并/串变换后得到原始信号。图 2.364QAM 解调原理框图3 基于 Systemview 的 64QAM 调制解调系统仿真前面两章简单介绍了 64QAM 的调制解调和 Systemview 仿真软件的工作原理，下面将用 Systemview 模块实现 64QAM 调制、解调通信系统，包括串并变换、2-8 电平变换、抽样判决、8-2 电平变换和并串变换模块的设计并进行仿真。由第二章 MQAM 的调制解 调原理可以得出，64QAM 的调制解调原理图如图 3.1 所
17、示：3.164QAM 调制模块的模型建立与仿真图 3.164QAM 调制解调系统原理图参数选择：如图 3.1 所示，首先介绍图中的关键图符及其参数的设置，系统采样率是768kHz，采样点数是 5000 个，图符 0：信号源库中的伪随机序列，数字基带信号码元速率 19.2kbps，电平数为 2。图符 11：信号源库中的正弦波，载波速率为 76.8kHz。图符 21 和图符 22：算子库中的低通滤波器，截止频率为 30kHz。图符 27 和图符 28： 通信库中的比特符号转换器，输入比特数为 3，图符 25、图符 27 和图符 31 构成 I 路信号 2-8 电平转换器，图符 26、图符 28 和
18、图符 36 构成 Q 路信号 2-8 电平转换器。图符 112 和图符 113：通信库中的符号比特转换器，输出比特数为 3，图符 110、图符112 和图符 116 构成 I 路信号 8-2 电平转换器，图符 111、图符 113 和图符 117 构成 Q 路 8-2 电平转换器。图符 139：信号源库中的高斯噪声，图符 140：算子库中的放大器， 图符 139 和图符 140 构成系统的信道噪声发生器。图符 132 和图符 131：算子库中的采样器，采样率为 19.2kHz。图符 136：通信库中的 BER 测试器件，图符 131、图符132 和图符 136 构成 BER 测试器对恢复信号和
19、原信号进行采样比较。图 3.2串/并变换子系统图符 2 和图符 4：算子库中的采样器。采样率为 9.6Khz，图符 3：算子库中的延迟， 延迟时间为一个码元宽度（1/19200s）。图符 5 和图符 6：算子库中的保持器，图符2.4.5.6 构成串并转换器器完成对信号的串并转换。其中 I 路信号为信号源的奇数位的码元，Q 路信号为信号源的偶数位信号。图 3.3并串变换子系统如图 3.3 所示，图符 123：信号源库中的脉冲串，频率为 19.2kHz，脉冲宽度为 0.5 倍码元宽度，图符 124：算子库中的延迟，延迟时间为一个码元宽度。两路恢复出来的信号乘以脉冲串然后相加即可恢复为一路信号，由于
20、串并变换时候 Q 路是延迟一个码元采样的，所以再次给 I 路信号延迟同样时间，以求准确恢复。图 3.48 电平抽样判决子系统如图 3.4 所示，图符 44、45、46、47、48、49：算子库中的选择器，门限分别是6.2v、5.2v、4.2v、3.2v、2.2v、1.2v。将 8电平信号分层处理，然后经过采样器采样，再经过图符 75、76、77、78、79、80 和 81 这 7 个缓冲器分别进行判决。分别输出 8 个等级的分量，然后经过图符 83 加法器合成一路信号。仿真结果如下所示：图 3.5基带信号波形图 3.6I 路信号波形图 3.7Q 路信号波形图 3.8I 路 2-8 电平转换后的
21、波形图 3.9Q 路 2-8 电平转换后的波形图 3.10I 路已调信号图 3.11Q 路已调信号图 3.1264QAM 信号图 3.13I 路解调信号图 3.14I 路抽样判决后信号图 3.15Q 路解调信号图 3.16Q 路抽样判决后信号图 3.17I 路 8-2 电平转换后信号图 3.18Q 路 8-2 电平转换后信号图 3.19串并变换后的波形图 3.20加延迟后重新采样去掉毛刺由图 3.20 和图 3.5 比较可得，恢复信号与信号源的基带信号波形完全一致，两者时间相差为系统群时延。3.1.1 仿真过程中所遇的问题分析（1） 延迟问题 64-QAM 系统中四次加入延迟，分别予以解释：第
22、一个延迟处于 8 电平抽样判决之前，由于抽样判决后的信号出现毛刺，为了恢复电平的准确性必须采样 的时候避免采到毛刺，所以加 80 个 sample 的延迟，正好是半个 I/Q 路信号码元宽度， 这样重新采样就会去掉毛刺，保证恢复电平的准确。第二个延迟处于 8-2 电平转换之前，由于前面对抽样判决的 8 电平信号加了 80 个 sample 的延迟去除毛刺，此时恢复2 电平时候需要再加 80 个 sample 延迟，此时正好是一个 I/Q 路码元宽度。使得恢复电平采样时候和前面相差是整数倍的码元宽度。第三个延迟处于并串变换之后，此时加80sample 的延迟进行重新采样去掉毛刺。第四个延迟处于信
23、号源之后，此时加 600 个sample 延迟是为了补齐系统的群时延，使信号源和恢复信号完全同步，然后进行抽样比较求出 BER。（2） 系统参数问题。系统采样率为 768kHz 刚好是信号源频率 19.2kHz 和载波76.8kHz 的整数倍，这样在系统中添加延迟时候可以加入整数个 sample，更容易计算而且准确性更好。在测试 BER 曲线时候系统采样点为 5000 是为了进行更多次比较，提高 BER 的精度，在观看波形时候采样点数为 1000 可以使波形更容易观察。3.2 64QAM 系统性能分析3.2.1 64QAM 系统的 BER 曲线分析图3.2.1 64-QAM 系统 BER 曲线
24、由图可得，随着信噪比的增加，误码率下降，且看以看出系统的误码率控制的要较好。3.2.2 64QAM 系统的星座图分析图 3.2264-QAM 信号星座图图 3.2364QAM 抽样判决后信号星座图由图 3.22 可见星座点数增多时，每个符号能传输的信息量就增大大。但是，如果在星座图的平均能量保持不变的情况下增加星座点，会使星座点之间的距离变小，进而导致误码率上升。因此高阶星座图的可靠性比低阶要差。4 总结与感悟4.1 总结本文研究的重点是对基于 SYSTEMVIEW 的 64QAM 调制解调系统进行设计与仿真， 得到以下的结论（1） 对 64QAM 调制解调系统基本原理进行了较为深入地理解与分
25、析，并且根据其原理编制了仿真程序。（2） 较为熟悉地掌握了 SYSTEMVIEW 软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法。（3） 利用 SYSTEMVIEW 实现了 64QAM 调制与解调系统的设计，实现与仿真，并得到相应的调制解调波形，发现解调信号波形与输入信号波形存在一定时延，所以该系统的实时性有不足，但并不影响对误码率的检测，以及系统能够的抗噪声性能。（4） 对 64QAM 调制解调系统的抗噪声性能进行分析，通过仿真得到了 64QAM 系统的误码率曲线，曲线趋势与理论曲线基本一致。4.2 感悟通过本次课程设计，我得到了大量的锻炼并受益匪浅，不但提高了自身对理论基础知识的掌握，同时还锻炼
26、了自己的动手实践能力。我想，这些不论是对我现学习阶段甚至是以后参加工作都是有很大帮助。通过这次课程设计，我更牢固地掌握了有关MQAM 调制与解调的理论知识，并简单了解了系统仿真建模的基本步骤，同时还加深了我对 SYSTEMVIEW 软件的理解与应用。在做课程设计过程中，从拿到题目的无从下手到茫然的找资料，再到一步一步学着用 SYSTEMVIEW 软件的使用，最后终于仿真成功，这一路上是发现问题解决问题的过程，靠着自己耐心，真的能学到知识。这一次做课程设计的过程是一次对自己的一次磨练，最大的不足就是理论联系实际的能力欠缺及时间太长，效率过低，今后要多注重实践的练习和提高效率，唯有在不断努力提高自我才能有所进步。参考文献1 樊昌信,曹丽娜.通信原理教程（第 3 版）M.北京：2 周润景张斐编.数字信号处理的 SystemView 设计与分析M.北京：北京航空航天大学出版社,2014，83 孙屹 ,戴妍峰 . SystemView 通信仿真开发手册M.北京：国防工业出版社,2004,11.4 青松,程岱松,武建华 .数字通信系统的 SystemView 仿真与分析M.北京：北京航空航天大学出版社,2001,6.5 李运兰,肖要强.信息与通信工程原理实验M.湖南大学计算机与通信学院,2011,4.6 张立军,张宗橙,郑宝玉.数字通信M.电子工业出版社,2010,11
