基于Matiab的QAM通信系統的仿真

    在眾多系統仿真平臺中，Matlab及其Simulink工具箱較之于其它仿真軟件，有著獨到的優勢，它使通信技術人員擺脫系統仿真中繁瑣的編程過程，有效地提高了仿真的效率，而且易學易用。Simulink是Matlab中的一個基于方框圖的系統仿真環境，是一個對動態系統進行建模、仿真和仿真結果可視化分析的軟件包。用戶只需要通過簡單的鼠標操作就可以將一系列圖形化的系統模塊連接起來，從而建立一個非常直觀的、功能上卻相當復雜的動態系統模型。

    Simulink還提供了許多專業模塊庫：如CDMA參考模塊庫、通信模塊庫、DSP模塊庫等等，大大地提高了通信系統研究和設計開發的效率。Simulink作為Matlab的重要組成部分，它具有以下特點：

    1)調用模塊連成框圖來表示系統，使得仿真系統建模與工程中的方框圖統一起來，能較全面地研究通信系統，直觀性很強，且具有很高的開放性；2)用戶可以隨意修改模塊參數，以便于觀察不同參數下的仿真結果，有利于用戶比較和選��；3)仿真結果可以近乎“實時”地以圖形或數據顯示出來，這與實驗室操作是一樣的。

    1 QAM簡介

    QAM(Quadrature Amplitude Modulation)正交幅度調制技術是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調幅，利用這種已調信號的頻譜在同一帶寬內的正交性，實現兩路并行的數字信息的傳輸。該調制方式通常有4QAM、16QAM、64QAM等，對應的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，分別有4、16、64等個矢量端點。QAM調制實際上就是幅度調制和相位調制的組合，信號的振幅和相位作為兩個獨立的參量同時受到調制，與其他調制方式相比，QAM具有能充分利用帶寬、抗噪聲性能強等優點，在移動通信、有線電視傳輸和ADSL中均有廣泛的應用。利用Matlab通信仿真軟件對QAM系統進行計算機仿真具有重要的現實意義，為科學合理地設計和應用QAM技術提供了便捷、高效和直觀的仿真平臺。

    2 QAM系統仿真

    Simulink的通信模塊中有各種數字調制／解調器模塊。其有通帶(passband)模塊和基帶(baseband)之分。通帶仿真的載波信號包含在模型的發射部分，載波頻率通常遠遠高于信號的最高頻率。由Nyquist抽樣定理可知，為了能在接收端恢復原信號，仿真中的抽樣頻率應至少為載波頻率最大值的兩倍。如果信號頻率很高，則仿真會變得非常慢或無法直接進行計算機模擬。基帶仿真一般稱為低通等效法仿真，將帶通信號等效為基帶信號，使得調制和解調性能分析與載波頻率和信道頻段無關，從而減少系統資源的占用。

    下面以基帶模塊為例，對16QAM系統進行了仿真，給出了一種比較簡單的仿真方法，并說明如何運用Simulink對通信系統進行仿真。

    QAM通信系統仿真模型如圖1所示。

    信源Random Integer Generator模塊產生隨機整數0-15，送入QAM基帶調制模塊。QAM基帶解調模塊(用于解調QAM信號)與QAM基帶調制模塊(用于產生QAM信號)的參數設置必須一致。采用Communication Blockets(通信模塊)中提供類似實際的噪聲信道——高斯白噪聲信道模塊以便觀察系統的正常響應。Discrete-Time Scatter Plot Scope模塊用來顯示調制信號及其經信道傳輸后的星座圖，Discrete-Time Scatter Plot Scope模塊以點形式繪制信號點。Error Rate Calculation模塊用于計算誤碼率，并將結果通過Display模塊顯示出來。主要參數設置如表1所示。