实践四 16QAM 调制系统仿真 一、实验目的 1. 理解与掌握 16QAM 调制与解调原理。 2. 掌握 Matlab/Simulink 仿真软件使用方法。 3. 设计 16QAM 调制与解调仿真电路，观察同相支路、正交支路波形及 16QAM 星座图。 二、实验环境与仪器 Windows98/2000/XP、Matlab（R2010a）/Simulink 三、实验内容 1、熟悉地掌握了MATLAB软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法。 2、搭建16QAM调制解调仿真系统； 3、运行仿真系统，得出各模块部分的波形及并进行分析。 四、实验原理 1、16QAM 调制原理 16QAM 是用两路独立的正交 4ASK 信号叠加而成，4ASK 是用多电平信号去键控载波 而得到的信号。它是 2ASK 体制的推广，和 2ASK 相比，这种体制的优点在于信息传输速率 高。 正交幅度调制是利用多进制振幅键控（MASK）和正交载波调制相结合产生的。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。16QAM 正交调制的原理如下图 4.1 所示。 

图4.1 16QAM调制器组成框图 图中串/并变换器将速率为Rb的二进制码元序列分为两路，速率为Rb/2。2-4电平变换为 Rb/2的二进制码元序列变成速率为RS=Rb/log216的4个电平信号，4电平信号与正交载波相 乘，完成正交调制，两路信号叠加后产生16QAM信号。在两路速率为Rb/2的二进制码元序 列中，经2-4电平变换器输出为4电平信号，即M=16。经4电平正交幅度调制和叠加后，输出 16个信号状态，即16QAM RS=Rb/log216=Rb/4，本实验采用便是这种方式。 2、QAM 解调原理 16QAM 信号采取正交相干解调的方法解调，解调器首先对收到的 16QAM 信号进行正 交相干解调，一路与 cosωct 相乘，一路与 sinωct 相乘。然后经过低通滤波器，低通滤波器 LPF 滤除乘法器产生的高频分量，获得有用信号，低通滤波器 LPF 输出经抽样判决可恢复 出电平信号。16QAM 正交相干解调如图 4.2 所示。 图4.2 16QAM解调器组成框图 五、实验步骤 常见的 QAM 有 16QAM 和 64QAM 等。如果将 M2 个星座点的 QAM 分解为两个独 立的 M 元 PAM 调制，这样形成的 QAM 星座图将是矩形的。 Simulink 的通信模块库中以「General QAM Modulator Baseband 」和「General QAM 

Demodulator Baseband 」实现指定星座图的一般QAM 调制解调模型。另外也直接提供了矩 形星座图的QAM 调制解调模型「Rectangular QAM Modulator Baseband 」和「Rectangular QAM Demodulator Baseband 」。 〔实例1〕仿真AWGN 信道下的64QAM 传输系统，观察接收信号的星座图并统计传输 错误符号率。 设传输符号率为1000 波特，则码元时隙宽度是1ms。传输测试模型如图4.3 所示，本模 型中误码统计模块输入为符号（整数），故统计输出为错误符号率。调制器「Rectangular QAM Modulator Baseband 」模块和解调器「Rectangular QAM Demodulator Baseband 」模块的参 数必须一致才能获得正确的解调结果。仿真得出最小信号点距离为1，信道方差为0.001 时 的接收信号星座图及误码率。 图4.3 64QAM传输星座图和错误符号率统计模型 〔实例2〕〕16QAM 通过带限信道，设码元速率为1000 波特，传输信道特性为滚降系 数为0.75 的滚升余弦频谱的滤波器，试建立测试模型并观察接收信号（等效基带信号）的 眼图、星座图和相位转移轨迹图。 数字调制输出的信号是星座图上离散的点，相邻时隙传输数据的变化导致星座图上信号 点之间的跃变，也即输出信号在幅度和相位上的跃变。然而，由于通信信道总是带宽受限的， 经过带限信道传输后信号在时隙切换时刻由跃变变为缓变，使得输出信号在幅度和相位上总 是连续变化的。这样，信号幅度和相位的变化在信号空间图上产生的轨迹将成为一条连续光 滑的曲线。 模型中，QAM 调制模块的输出将送入一个用FIR 滤波器实现的带通信道。为了模拟一 个时隙内的传输波形，在一个传输时隙内滤波器采样点数必须大于1，因此必须对QAM 输 出数据进行升速率采样，然后在较高速率下进行滤波器仿真计算，可用「Upsample 」模块 结合离散滤波器「Discrete Filter 」模块将覆信号分为实部虚部两路来实现并最后合成。然 而，采用Simulink 中直接提供的升速率插值FIR 滤波器模块来实现更为方便。本例演示了 升速率插值FIR 滤波器模块以及覆信号相位轨迹显示模块的应用，测试模型如图4.4 所示。 插值系数为10，这样在每个码元时隙上调制波形被采样10 次，相应的星座图模块、相位轨 迹图模块和眼图模块中也应作对应的设置，将参数「Samples per symbol」设为10。仿真得 

出信道无噪条件下的星座图、轨迹图及眼图。 图4.4 16QAM信号通过带限信道的测试模型 六、Simulink 仿真结果与总结 1、完成各仿真系统，并运行出各系统仿真结果； 2、对各仿真结果进行分析。