楊波

摘要：正交幅度調(diào)制是一種矢量調(diào)制技術(shù)，同時(shí)利用載波的幅度和相位來傳輸基帶信號(hào)信息。因其在一定條件下可實(shí)現(xiàn)更高的頻帶利用率，抗噪聲能力強(qiáng)且實(shí)現(xiàn)技術(shù)簡單而廣泛應(yīng)用于有線電視、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信等系統(tǒng)中[1]。

關(guān)鍵詞：正交幅度調(diào)制;頻帶利用率;抗噪聲能力

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）09-0018-02

1 16QAM調(diào)制解調(diào)原理

16QAM的調(diào)制思想是通過串-并轉(zhuǎn)換電路先將信息速率為Rb的高速數(shù)據(jù)流分成兩路速率為0.5Rb的低速數(shù)據(jù)流，經(jīng)2-4電平轉(zhuǎn)換與相互正交的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后疊加而成[2]。16QAM信號(hào)疊加高斯噪聲后，經(jīng)解調(diào)后通過低通濾波器濾除無用信號(hào)，再經(jīng)門限判決4-2電平轉(zhuǎn)換電路后，經(jīng)并-串轉(zhuǎn)換電路還原基帶信號(hào)。16QAM調(diào)制解調(diào)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)仿真與分析

為便于觀察分析，系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)為1MHz，16QAM調(diào)制解調(diào)仿真電路如圖2所示。

2.1 調(diào)制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

將基帶信號(hào)Token0頻率設(shè)為1kHz，脈沖寬度0.5ms。偽隨機(jī)序列生成器Token1寄存器長度設(shè)為10，寄存器抽頭為3-10。串-并轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)中，用Token3產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)控制兩個(gè)D觸發(fā)器Token12與Token6交替?zhèn)鬏擳oken5輸入的串行信號(hào)，轉(zhuǎn)換成I、Q兩路并行信號(hào)。

從仿真波形來看，基帶信號(hào)波形前20ms數(shù)據(jù)為11011 11000 01000 10100，I、Q兩支路信號(hào)信息速率降低為基帶信號(hào)的一半，由于信號(hào)處理延時(shí)影響，I、Q兩支路信號(hào)前均有0碼出現(xiàn)。經(jīng)波形分析，前20ms I支路信號(hào)數(shù)據(jù)為10110 00000;Q支路信號(hào)數(shù)據(jù)為11100 10110，可以看出基帶信號(hào)奇數(shù)位傳輸給了I支路，偶數(shù)位傳輸給了Q支路。

串-并轉(zhuǎn)換電路雖能降低信息速率便于調(diào)制，但是還是不能滿足高速率傳輸需求，需再將兩路信號(hào)分別進(jìn)行2-4進(jìn)制轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步降低信息速率，與串-并轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)相比，2-4轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)將兩路D觸發(fā)器輸出的信號(hào)分別通過了兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)電路。

上支路單刀雙擲開關(guān)電路的作用是當(dāng)輸入1時(shí)，輸出Token27即幅度為2的信號(hào)，當(dāng)輸入0時(shí)輸出Token26即幅度為-2的信號(hào);下支路單刀雙擲開關(guān)電路的作用是，當(dāng)輸入1時(shí)輸出Token29即幅度為1的信號(hào)，當(dāng)輸入0時(shí)輸出Token28即幅度為-1的信號(hào)，再將兩路信號(hào)疊加即完成2-4進(jìn)制轉(zhuǎn)換。

I、Q兩支路轉(zhuǎn)換為4進(jìn)制后，每個(gè)支路符號(hào)包含2bit信息，經(jīng)過調(diào)制后疊加，每個(gè)符號(hào)包含4bit信息。I、Q兩支路調(diào)制后，即完成了16QAM調(diào)制。

展開16QAM信號(hào)，可清楚觀測到4進(jìn)制正負(fù)極性變化處對應(yīng)的16QAM信號(hào)相位均發(fā)生了變化，4進(jìn)制+3和-3處對應(yīng)的16QAM信號(hào)幅度較大，+1和-1對應(yīng)的16QAM信號(hào)幅度較小。

2.2 解調(diào)系統(tǒng)

解調(diào)系統(tǒng)采用鎖相環(huán)恢復(fù)載波進(jìn)行同步解調(diào)，鎖相環(huán)子系統(tǒng)中Fm為通信庫中調(diào)頻器，頻率值與調(diào)制載波頻率相同設(shè)為5kHz。

鎖相環(huán)恢復(fù)出的載波與16QAM信號(hào)相乘，經(jīng)過貝塞爾低通濾波器濾除無用高頻分量，經(jīng)線性放大器后輸入4-2轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，將信息還原成二進(jìn)制。

4-2轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)將-3、-1、1、3轉(zhuǎn)換為2位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其中-3映射成00、-1映射成01、1映射成10、3映射成11。

4-2轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)處理信號(hào)后，進(jìn)入波形整形子系統(tǒng)消除信號(hào)干擾，然后將I支路進(jìn)行并-串轉(zhuǎn)換。I支路信號(hào)與Q支路信號(hào)進(jìn)行合并，并-串轉(zhuǎn)換后即可恢復(fù)出基帶信號(hào)。解調(diào)恢復(fù)出的基帶信號(hào)與輸入端基帶信號(hào)相比較可以看到，解調(diào)出的基帶信號(hào)有0.012s延遲，波形與輸入端基帶信號(hào)一致，說明16QAM解調(diào)成功。

3 抗干擾性能分析

16QAM星座圖中，16個(gè)信號(hào)點(diǎn)均勻分布在半徑為R的圓中，16PSK的16個(gè)信號(hào)點(diǎn)則是均勻分布在半徑為R的圓周上。由于抗干擾能力與“最小信號(hào)距離”相關(guān)，在星座圖中，兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)之間距離越大，在干擾使信號(hào)圖像模糊的情況下，要分開兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)越容易。16QAM星座均勻分布在整個(gè)平面中，但是16PSK均勻分布在圓上，16QAM兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)之間的距離小于16PSK，因此16QAM調(diào)制系統(tǒng)的抗干擾性能優(yōu)于16PSK調(diào)制系統(tǒng)。

4 結(jié)語

16QAM應(yīng)用廣泛，調(diào)制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)中采用并-串轉(zhuǎn)換和2-4轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)有效提升了調(diào)制效率;解調(diào)系統(tǒng)鎖相環(huán)有效恢復(fù)出了載波信號(hào)，串并轉(zhuǎn)換和4-2轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)有效解決了解調(diào)所需，恢復(fù)出的基帶信號(hào)與輸入端的基帶信號(hào)一致，充分驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。相同處理能力條件下，QAM調(diào)制方式較PSK調(diào)制方式設(shè)備更簡單，能耗、維護(hù)費(fèi)用更低，使得在以5G為代表的移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭海偉.基于SystemView的256QAM信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的仿真實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2008（7）：14-17.

[2] 呂海軍.基于SystemView的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[J].通信技術(shù)，2007（12）：113-115.