基于MatlabSimulink的16QAM调制解调系统性能研究

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1、 摘要 随着无线通信频带日趋紧张，研究和设计自适应信道调制技术体制是建立宽带移动通信网络的关键技术之一。正交振幅调制技术（QAM）是一种功率和带宽相对高效的信道调制技术,因此在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。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起了人们的重视。 本文首先简单简绍了QAM调制解调系统和MATLAB7.9/Simulink4.0的工作原理。然后利用Simulink对16QAM调制系统进行仿真,不但得到了信号在加噪前后的星座图、眼图，而且在信噪比变化

2、条件下,得到了16QAM系统的误码率。最后，在简单做了一个2DPSK系统仿真之后，将它与16QAM系统进行了比较，并得出了16QAM是一种相对优越的调制解调系统这一结论。 关键词：QAM SIMULINK 仿真 2DPSK 误码率 ABSTRACT The research and design of adaptable channel modulation system is one of the key techniques in building a broadband mobile communication network with increasing shortage of wi

3、reless communication frequency-band. Because quadrature amplitude modulation (QAM) is efficient in power and bandwidth, it has been used widely in field of large-capacity digital microwave communication systems, high-speed data transmission cable television network and satellite communications.In mo

4、bile communications, with the appearance of micro-and pico-cell,channel transmission characteristics have made great changes. The quadrature amplitude modulation which can not be applied to the traditional cellular systems in the past has also attracted much attention. This article briefly introduce

5、 how QAM modulation and demodulation system and MATLAB7.9/Simulink4.0 works. After a simulation of the 16QAM modulation system, we not only get the the signal constellation before and after adding noise, eye pattern, but also the BER with the changing conditions in the SNR. Finally, after a simple s

6、imulation of 2DPSK system,we made a comparition with the 16QAM system and get a conclusion that 16QAM is a relatively superior modulation and demodulation system. Keywords: QAM Simulink Simulation 2DPSK BER 目 录第一章 绪 论5简介51. 2 SIMULINK51. 3 SIMULINK与通信仿真6第二章 正交振幅调制7MQAM信号的星座图72. 2 QAM的调制解调原理92. 3 QAM

7、的改进方案11第三章 SIMULINK概述123. 1 SMULINK简介123.1.1 Simulink的功能123.1.2 Simulink的特点133.1.3 Simulink的应用领域143. 2 Simulink基本模块库介绍143.2.1 Simulink的启动143.2.2 Simulink的基本模块库介绍153.2.3 Simulink简单模型的建立173.2.4 Simulink仿真的运行203.2.5 Simulink 的Communications Blockset （通信模块集）介绍24第四章 16QAM调制解调系统实现与仿真274.1 16QAM 调制模块的模型建立与

8、仿真294.1.1 信号源294.1.2 串并转换模块294.1.3 2/4电平转换模块314.1.4 其余模块334.1.5 调制系统的实现334.2 16QAM解调模块的模型建立与仿真354.2.1 相干解调354.2.2 4/2电平判决364.2.3 并串转换384.2.4 其它模块39第五章 16QAM抗噪声性能研究415.1 16QAM抗噪声性能仿真425.2 16QAM与2DPSK系统抗噪声性能比较43第六章 结论与总结45 6.1 本文总结456.2 不足与展望46第七章 结束语47参考文献48 第一章 绪 论 简介 在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。近年来，

9、随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标之一。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)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。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。 过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。QAM数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、DVB网关、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射

10、频信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可根据需要选择中频输出。它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。作为国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式之一，正交振幅调制（QAM）在移动通信中频谱利用率一直是人们关注的焦点之一，随着微蜂窝（Microcell）和微微蜂窝（Picocell）系统的出现，使得信道的传输特性发生了很大变化，接收机和发射机之间通常具有很强的支达分量，以往在蜂窝系统中不能应用的但频谱利用率很高的WAM已引起人们的重视，许多学者已对16QAM及其它变型的QAM在PCN中的应用进行了广泛深入地研究。1. 2 SIMULINK

11、 Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可 以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 1. 3 SIMULINK与通信仿真

12、仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真模型的仿真结果来推断原系统的性能，从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。 实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对于这个系统作出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。而Simulink作为Matlab提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包，提供了仿真所需的信源编码、纠错编码、信道、调制解调以及其它所用的全部库函数和模块。可见，不管对任何复杂的通信系统，用Simulink对其仿真都是一个不错的选择。 第二章 正交振幅调制 数字调制具有3种基本方式：数字振幅调制、数字频率调制、数字相位调制

13、，这3种数字调制方式都存在不足之处，如：频谱利用率低、抗多径抗衰弱能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。为了改善这些不足，近几十年来人们不断提出一些新的数字调制解调技术，以适应各种通信系统的要求。其主要研究内容围绕着减小信号带宽以提高信号频谱利用率；提高功率利用率以增强抗噪声性能；适应各种随参信道以增强抗多径抗衰落能力等。例如，在恒参信道中，正交振幅调制（QAM）方式具有高的频谱利用率，因此正交振幅调制（QAM）在卫星通信和有线电视网络高速数据传输等领域得到广泛应用。所谓正交振幅调制是用两个独立的基带波形对两个互相正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制。在这种调制中，已调载波的振幅和相位都随两

14、个独立的基带信号变化。采用多进制正交振幅调制，可记为MQAM（M2）。增大M可提高频率利用率，也即提高传输有效性。下面介绍MQAM的基本原理。 MQAM信号的星座图MQAM信号表示式可写成 (2.1.1)其中，Ai和Bi是振幅，表示为 (2.1.2)其中，i,j=1,2,，L，当L=1时，是4QAM信号；当L=2时，是16QAM信号；当L=4时，是64QAM信号。选择正交的基本信号为 (2.1.3) 在信号空间中MQAM信号点 (i,j=1,2,L) (2.1.4) 图2.1.1是MQAM的星座图，这是一种矩形的MQAM星座图。 图2.1.1 MQAM信号星座图为了说明MQAM比MPSK具有更

15、好的抗干扰能力，图2.1.2示出了16PSK和16QAM的星座图，这两个星座图表示的信号最大功率相等，相邻信号点的距离d1，d2分别为： 2DPSK 16QAM 结果表明，d2d1，大约超过1.64dB。合理地比较两星座图的最小空间距离应该是以平均功率相等为条件。可以证明，在平均功率相等条件下，16QAM的相邻信号距离超过16PSK约4.19dB。星座图中，两个信号点距离越大，在噪声干扰使信号图模糊的情况下，要求分开两个可能信号点越容易办到。因此16QAM方式抗噪声干扰能力优于16PSK。 图2.1.2 16QAM和16PSK的星座图 MQAM的星座图除正方形外，还有圆形、三角形、矩形、六角形

16、等。星座图的形式不同，信号点在空间距离也不同，误码性能也不同。MQAM和MPSK在相同信号点数时，功率谱相同，带宽均为基带信号带宽的2倍。 2. 2 QAM的调制解调原理MQAM的调制解调框图如图2.2.1所示。在发送端调制器中串/并变换使得信息速率为Rb的输入二进制信号分成两个速率为Rb/2的二进制信号，2/L电平转换将每个速率为Rb/2的二进制信号变为速率为Rb/（2lbL）的电平信号，然后分别与两个正交载波相乘，再相加后即得MQAM信号。在接收端解调器中可以采用正交的相干解调方法。接受到的信号分两路进入两个正交的载波的相干解调器，再分别进入判决器形成L进制信号并输出二进制信号，最后经并/

17、串变换后得到基带信号。 MQAM调制 MQAM的解调 图2.2.1 MQAM调制解调框图 2. 3 QAM的改进方案 为了适应不同的需要，QAM有一些改进方案，如正交部分响应幅度调制（MQPR）、非线性正交振幅调制（NLA-QAM）、叠加式正交振幅调制（SQAM）等，还可以把QAM调制与信道编码技术结合起来设计，取得最优的可靠性和有效性，这种技术称为网格编码调制（TCM）。1.MQPR调制这是一种在多电平正交调制中，上下两支路的同相和正交基带信号都用部分响应信号（通常采用第类和第类部分响应）的调制方式。QPR与QAM相比，在相同信息传输速率条件下，严格带宽受限的QPR优于QAM。2.NLA-Q

18、AM调制QAM信号在进行传输之前，还要进行功率放大，而高效的功率放大是非线性的功率放大器，故而需考虑非线性对QAM的特性没有明显的影响措施，这就是NLA-QAM调制。NLA-QAM信号的产生方法与QAM不相同，但解调的方法与QAM完全一样。3.SQAM调制QAM调制信号在码元转换时刻有相位跳变的时刻，旁瓣分量比连续相位的调制信号要高。要改善QAM的频谱特性，应改善其基带波形以平滑码元转换时的相位变化，SQAM就是从这个角度提出的。SQAM的基本脉冲波形是由两个宽度为TB的升余弦波形与一个宽度为2TB的升余弦波形叠加而成。采用正交调制方式时，在下支路要延时TB/2，并且上下两支路放大倍数相差60

19、dB。SQAM信号的功率谱与QAM相比，旁瓣分量得到有效地抑制。 第三章 SIMULINK概述 3. 1 SMULINK简介 Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.m

20、dl文件进行存取），从而进行仿真与分析。 使用Simulink来建模、分析和仿真各种动态系统(包括连续系统、离散系统和混合系统)，将是一件非常轻松的事情。它提供的图形化的交互环境，只需用鼠标拖动的方法便能迅速地建立起系统框图模型，甚至不需要编写一行代码。利用Simulink进行系统的建模仿真，其最大的优点是易学、易用，并能依托MATLAB提供的丰富的仿真资源。3.1.1 Simulink的功能 1. 交互式、图形化的建模环境 Simulink提供了丰富的模块库以帮助用户快速地建立动态系统模型。建模时只需使用鼠标拖放不同模块库中的系统模块并将它们连接起来。 2. 交互式的仿真环境 Simulin

21、k框图提供了交互性很强的仿真环境，既可以通过下拉菜单执行仿真，也可以通过命令行进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真如蒙特卡罗仿真非常有用。 3. 专用模块库(Blocksets) 作为Simulink建模系统的补充，MathWorks公司还开发了专用功能块程序包，如DSP Blockset和Communication Blockset等。通过使用这些程序包用户可以迅速地对系统进行建模、仿真与分析。更重要的是用户还可以对系统模型进行代码生成，并将生成的代码下载到不同的目标机上。 4. 提供了仿真库的扩充和定制机制 Simulink的开放式结构允许用户扩展仿真环境

22、的功能：采用MATLAB、FORTRAN和C代码生成自定义模块库，并拥有自己的图标和界面。因此用户可以将使用FORTRAN或C编写的代码链接进来，或者购买使用第三方开发提供的模块库进行更高级的系统设计、仿真与分析 5. 与MATLAB工具箱的集成 由于Simulink可以直接利用MATLAB的诸多资源与功能，因而用户可以直接在Simulink下完成诸如数据分析、过程自动化、优化参数等工作。工具箱提供的高级的设计和分析能力可以融入仿真过程。 3.1.2 Simulink的特点 简而言之，Simulink具有以下特点： 1. 基于矩阵的数值计算 2. 高级编程语言 3. 图形与可视化 4. 工具箱

23、提供面向具体应用领域的功能 5. 丰富的数据 I/O 工具 6. 提供与其它高级语言的接口 7. 开放与可扩展的体系结构3.1.3 Simulink的应用领域 由于Simulink具有强大的功能与友好的用户界面，因此它已经被广泛地应用到诸多领域之中，如： 1. 通讯与卫星系统 2. 航空航天系统 3. 生物系统 4. 船舶系统 5. 汽车系统 6. 金融系统此外，Simulink在生态系统、社会和经济等领域也都有所应用。在科学技术飞速发展的21世纪，Simulink的应用领域也将会更加广泛。 3. 2 Simulink基本模块库介绍3.2.1 Simulink的启动 在MATLAB命令窗口（C

24、ommand Window）中输入simulink，结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。也可以通过MATLAB主窗口的快捷按钮来打开Simulink Library Browser窗口。 图 3.1 Simulink Library Browser窗口 在MATLAB命令窗口中输入simulink3，结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library :simulink3的Simulink模块库窗口。 图3.2 Simulink模块库窗口 两种模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据各人喜好进行

25、选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者，但使用时会打开太多的子窗口。3.2.2 Simulink的基本模块库介绍 Simulink 模块库按功能进行分为以下8类子库： 1.连续模块（Continuous） continuous.mdl (1)Integrator：输入信号积分 (2)Derivative：输入信号微分 (3)Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出 (4)Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出 2.离散模块（Discrete） discrete.mdl (1)Discrete-time Integrator

26、：离散时间积分器 (2)First-Order Hold：一阶采样和保持器 (3)Zero-Order Hold：零阶采样和保持器 (4)Unit Delay：一个采样周期的延时 3.函数和平台模块(Function&Tables) function.mdl (1)Fcn：用自定义的函数（表达式）进行运算 (2)MATLAB Fcn：利用matlab的现有函数进行运算(3)S-Function：调用自编的S函数的程序进行运算4.数学模块（ Math ） math.mdl (1)Sum：加减运算 (2)Product：乘运算 (3)Gain：比例运算 (4)Math Function：包括指数函

27、数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函数 (5)Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切等 (6)Abs：取绝对值 (7)Logical Operator：逻辑运算 (8)Relational Operator：关系运算 5.信号和系统模块（ Signal&Systems ） sigsys.mdl (1)In1：输入端 (2)Out1：输出端 (3)SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块 6.非线性模块（ Nonlinear ） nonlinear.mdl 7.接收器模块（ Sinks ） sinks.mdl (1)Scope：示波器 (2)

28、To Workspace：将输出写入MATLAB的工作空间 (3)To File(.mat)：将输出写入数据文件 8.输入源模块（ Sources ） sources.mdl (1)Constant：常数信号 (2)Pulse Generator：脉冲发生器 (3)Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波及随意波 (4)Sine Wave：正弦波信号3.2.3 Simulink简单模型的建立 1.简单模型的建立： (1)建立模型窗口 (2)将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口 (3)对模块进行连接，从而构成需要的系统模型 2.模型的特点： (1)在Simulin

29、k里提供了许多如Scope的接收器模块，这使得用Simulink进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果 (2)Simulink的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系统 (3)Simulink提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和设置参数对话框 3.Simulink功能模块的处理 功能模块的基本操作，包括模块的移动、复制、删除、转向、改变大小、模块命名、参数设定、模块输入输出信号等。模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理。在模型窗口中，选中模块，则其4个角会出现黑色标记，此时可以对模块进行以下的基本操作： (1)

30、移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线而移动，可按住shift键，再进行拖曳。 (2)复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模块。 (3)删除：选中模块，按Delete键即可。若要删除多个模块，可以同时按住Shift键，再用鼠标选中多个模块，按Delete键即可。也可以用鼠标选取某区域，再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。 (4)转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转向。在菜单Format中选择Flip Block旋转180度，选择Rotate Block顺时针旋转90度。或者直接按Ctrl+F

31、键执行Flip Block，按Ctrl+R键执行Rotate Block。 (5)改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。 (6)模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。 (7)参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块。 (8

32、)模块的输入输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号；标量信号是一种单一信号，而向量信号为一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。缺省情况下，大多数模块的输出都为标量信号，对于输入信号，模块都具有一种“智能”的识别功能，能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定，可以使模块输出向量信号。 4.Simulink线的处理 Simulink模型的构建是通过用线将各种功能模块进行连接而构成的。用鼠标可以在功能模块的输入与输出端之间直接连线。所画的线可以改变粗细、设定标签，也可以把线折弯、分支： (1)改变粗细：线所以有粗细是因为线引出的信号可以是标量信号或向量信号，当选中Fo

33、rmat菜单下的Wide Vector Lines时，线的粗细会根据线所引出的信号是标量还是向量而改变，如果信号为标量则为细线，若为向量则为粗线。选中Vector Line Widths则可以显示出向量引出线的宽度，即向量信号由多少个单一信号合成 (2)设定标签：只要在线上双击鼠标，即可输入该线的说明标签。也可以通过选中线，然后打开Edit菜单下的Signal Properties进行设定，其中signal name属性的作用是标明信号的名称，设置这个名称反映在模型上的直接效果就是与该信号有关的端口相连的所有直线附近都会出现写有信号名称的标签。线的折弯：按住Shift键，再用鼠标在要折弯的线处

34、单击一下，就会出现圆圈，表示折点，利用折点就可以改变线的形状 (3)线的分支：按住鼠标右键，在需要分支的地方拉出即可以。或者按住Ctrl键，并在要建立分支的地方用鼠标拉出即可。 5.Simulink自定义功能模块 一种方法是采用Signal&Systems 模块库中的Subsystem功能模块，利用其编辑区设计组合新的功能模块： (1)将Signal&Systems 模块库中的Subsystem功能模块复制到打开的模型窗口中 (2)双击Subsystem功能模块，进入自定义功能模块窗口，从而可以利用已有的基本功能模块设计出新的功能模块另一种方法是将现有的多个功能模块组合起来，形成新的功能模块。

35、对于很大的Simulink模型，通过自定义功能模块可以简化图形，减少功能模块的个数，有利于模型的分层构建： (1)在模型窗口中建立所定义功能模块的子模块 (2)用鼠标将这些需要组合的功能模块框住，然后选择Edit菜单下的Create Subsystem即可。3.2.4 Simulink仿真的运行 构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。 1.设置仿真参数和选择解法器设置仿真参数和选择解法器，选择Simulation菜单下的Parameters命令，就会弹出一个仿真参数对话框，它主要用三个页面来管

36、理仿真的参数： (1)Solver页，它允许用户设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说明解法器参数及选择一些输出选项。此页可以进行的设置有：选择仿真开始和结束的时间；选择解法器，并设定它的参数；选择输出项。 1)仿真时间：注意这里的时间概念与真实的时间并不一样，只是计算机仿真中对时间的一种表示，比如10秒的仿真时间，如果采样步长定为0.1，则需要执行100步，若把步长减小，则采样点数增加，那么实际的执行时间就会增加。一般仿真开始时间设为0，而结束时间视不同的因素而选择。总的说来，执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因素，包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速度等等。 2)仿真

37、步长模式：用户在Type后面的第一个下拉选项框中指定仿真的步长选取方式，可供选择的有Variable-step（变步长）和Fixed-step（固定步长）方式。 变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制和过零检测。固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长，不提供误差控制和过零检测。用户还可以在第二个下拉选项框中选择对应模式下仿真所采用的算法。 3)变步长模式解法器有：ode45，ode23，ode113，ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb和discrete ode45：缺省值，四/五阶龙格库塔法，适用于大多数连续或离散系统，但不适用于刚性（stiff）系统。它是单

38、步解法器，也就是，在计算y(tn)时，它仅需要最近处理时刻的结果y(tn-1)。一般来说，面对一个仿真问题最好是首先试试ode45 ode23：二/三阶龙格库塔法，它在误差限要求不高和求解的问题不太难的情况下，可能会比ode45更有效，它也是一个单步解法器 ode113：是一种阶数可变的解法器，它在误差容许要求严格的情况下通常比ode45有效，ode113是一种多步解法器，也就是在计算当前时刻输出时，它需要以前多个时刻的解 ode15s：是一种基于数字微分公式的解法器（NDFs），也是一种多步解法器。适用于刚性系统，当用户估计要解决的问题是比较困难的，或者不能使用ode45，或者即使使用效果也

39、不好，就可以用ode15s ode23s：它是一种单步解法器，专门应用于刚性系统，在弱误差允许下的效果好于ode15s，它能解决某些ode15s所不能有效解决的stiff问题ode23t：是梯形规则的一种自由插值实现。这种解法器适用于求解适度stiff的问题而用户又需要一个无数字振荡的解法器的情况。ode23tb：是TR-BDF2的一种实现， TR-BDF2 是具有两个阶段的隐式龙格库塔公式 discrtet：当Simulink检查到模型没有连续状态时使用它 4)固定步长模式解法器有：ode5，ode4，ode3，ode2，ode1和discrete。 ode5：缺省值，是ode45的固定步长

40、版本，适用于大多数连续或离散系统，不适用于刚性系统 ode4：四阶龙格库塔法，具有一定的计算精度 ode3：固定步长的二/三阶龙格库塔法 ode2：改进的欧拉法 ode1：欧拉法 discrete：是一个实现积分的固定步长解法器，它适合于离散无连续状态的系统 5)步长参数：对于变步长模式，用户可以设置最大的和推荐的初始步长参数，缺省情况下，步长自动地确定，它由值auto表示Maximum step size（最大步长参数）：它决定了解法器能够使用的最大时间步长，它的缺省值为“仿真时间/50”，即整个仿真过程中至少取50个取样点，但这样的取法对于仿真时间较长的系统则可能带来取样点过于稀疏，而使仿

41、真结果失真。一般建议对于仿真时间不超过15s的采用默认值即可，对于超过15s的每秒至少保证5个采样点，对于超过100s的，每秒至少保证3个采样点 Initial step size（初始步长参数）：一般建议使用“auto”默认值即可仿真精度的定义（对于变步长模式） Relative tolerance（相对误差）：它是指误差相对于状态的值，是一个百分比，缺省值为1e-3，表示状态的计算值要精确到0.1%。 Absolute tolerance（绝对误差）：表示误差值的门限，或者是说在状态值为零的情况下，可以接受的误差。如果它被设成了auto，那么simulink为每一个状态设置初始绝对误差为1

42、e-6 6)Mode（固定步长模式选择） Multitasking：选择这种模式时，当simulink检测到模块间非法的采样速率转换，它会给出错误提示。所谓的非法采样速率转换指两个工作在不同采样速率的模块之间的直接连接。在实时多任务系统中，如果任务之间存在非法采样速率转换，那么就有可能出现一个模块的输出在另一个模块需要时却无法利用的情况。通过检查这种转换，Multitasking将有助于用户建立一个符合现实的多任务系统的有效模型。 使用速率转换模块可以减少模型中的非法速率转换，Simulink提供了两个这样的模块：unit delay模块和zero-order hold模块。对于从慢速率到快速

43、率的非法转换，可以在慢输出端口和快输入端口插入一个单位延时unit delay模块。而对于快速率到慢速率的转换，则可以插入一个零阶采样保持器zero-order hold。 Singletasking：这种模式不检查模块间的速率转换，它在建立单任务系统模型时非常有用，在这种系统就不存在任务同步问题。 Auto：这种模式，simulink会根据模型中模块的采样速率是否一致，自动决定切换到multitasking和singletasking。 7)输出选项 Refine output：这个选项可以理解成精细输出，其意义是在仿真输出太稀松时，simulink会产生额外的精细输出，这一点就像插值处理一

44、样。用户可以在refine factor设置仿真时间步间插入的输出点数。产生更光滑的输出曲线，改变精细因子比减小仿真步长更有效。精细输出只能在变步长模式中才能使用，并且在ode45效果最好。 Produce additional output：它允许用户直接指定产生输出的时间点。一旦选择了该项，则在它的右边出现一个output times编辑框，在这里用户指定额外的仿真输出点，它既可以是一个时间向量，也可以是表达式。与精细因子相比，这个选项会改变仿真的步长。 Produce specified output only：它的意思是让simulink只在指定的时间点上产生输出。为此解法器要调整仿真

45、步长以使之和指定的时间点重合。这个选项在比较不同的仿真时可以确保它们在相同的时间输出。 (2)Workspace I/O页，此页主要用来设置Simulink与MATLAB工作空间交换数值的有关选项。 Load from workspace：选中前面的复选框即可从MATLAB工作空间获取时间和输入变量，一般时间变量定义为t，输入变量定义为u。 Initial state用来定义从MATLAB工作空间获得的状态初始值的变量名。 Save to workspace：用来设置存往MATLAB工作空间的变量类型和变量名，选中变量类型前的复选框使相应的变量有效。一般存往工作空间的变量包括输出时间向量（Ti

46、me）、状态向量（States）和输出变量（Output）。Final state用来定义将系统稳态值存往工作空间所使用的变量名。 Save option：用来设置存往工作空间的有关选项。Limit rows to last用来设定Simulink仿真结果最终可存往MATLAB工作空间的变量的规模，对于向量而言即其维数，对于矩阵而言即其秩；Decimation设定了一个亚采样因子，它的 缺省值为1，也就是对每一个仿真时间点产生值都保存，而若为2，则是每隔一个仿真时刻才保存一个值。Format用来说明返回数据的格式，包括矩阵matrix、结构struct及带时间的结构struct with ti

47、me。 (3)Diagnostics页，允许用户选择Simulink在仿真中显示的警告信息的等级启动仿真此页分成两个部分：仿真选项和配置选项。 配置选项下的列表框主要列举了一些常见的事件类型，以及当Simulink检查到这些事件时给予的处理。 仿真选项options主要包括是否进行一致性检验、是否禁用过零检测、是否禁止复用缓存、是否进行不同版本的Simulink的检验等几项。 2.启动仿真 设置仿真参数和选择解法器之后，就可以启动仿真而运行。选择Simulink菜单下的start选项来启动仿真，如果模型中有些参数没有定义，则会出现错误信息提示框。如果一切设置无误，则开始仿真运行，结束时系统会发

48、出一鸣叫声。除了直接在Simulink环境下启动仿真外，还可以在MATLAB命令窗口中通过函数进行，格式如下： t,x,y=sim(模型文件名,to tf,simset(参数1,参数值1,参数2,参数值2, ) 其中to为仿真起始时间，tf为仿真终止时间。t,x,y为返回值，t为返回的时间向量值，x为返回的状态值，y为返回的输出向量值。simset定义了仿真参数，包括以下一些主要参数： AbsTol：默认值为1e-6设定绝对误差范围。 Decimation：默认值为1，决定隔多少个点返回状态和输出值。 Solver：解法器的选择。 MaxRows：默认值为0，表示不限制。若为大于零的值，则表示

49、限制输 出和状态的规模，使其最大行数等于该数值。 InitialState：一个向量值，用于设定初始状态。 FixedStep：用一个正数表示步阶的大小，仅用于固定步长模式。 MaxStep：默认值为auto。用于变步长模式，表示最大的步阶大小。 如果知道模型文件名称，可以用以下命令得到该模型的仿真参数： simget(模型文件名）3.2.5 Simulink 的Communications Blockset（通信模块集）介绍 Simulink提供了丰富的通信系统仿真模块，几乎包括了通信系统仿真中所用到的所有信源、信宿、操作和算法。如图3.3所示，用户可以利用这些模块方便地完成自己通信系统的仿

50、真和分析。 图 3.3 通信系统仿真模块 1.Comm Sources 子模块集 Comm Sources 子模块集有如下三大类：Noise Generator模块组、Random Data Sources 模块组、Sequence Generator 模块。 (1) Noise Generator模块组包含不同的噪声发生器，包括高斯白噪声、均匀噪声、瑞利噪声等。 (2) Random Data Sources 模块组包含不同的随机数产生模块，包括伯努利分布发生器、泊松分布发生器、均匀随机整数发生器等。 (3) Sequence Generator 模块包含不同序列发生器。 2.Source

51、Coding 子模块集 Source Coding 子模块集主要包含各种信号编码、解码工具。 3.Channels 子模块集 Channels 子模块集主要包括各种信道仿真模块，包括引入白噪声的信道、引入二进制错误的信道、引入多径瑞利衰落的信道。 4.Comm Sinks 子模块集 Comm Sinks 子模块集包含不同的信宿模块，包括误码率、眼图、星座图等，用来可视化输出接收端的信号。 5.Modulation 子模块集 Modulation 子模块集包括两大类：Analog Passband Modulation 模块组和Digital Baseband Modulation模块组。 (1

52、) Analog Passband Modulation 模块组包含不同模拟信号调制、解调模块，包括DSB 调制、解调模块，SSB调制、解调模块， FM 调制、解调模块，PM调制、解调模块。 (2) Digital Baseband Modulation模块组包含不同数字信号调制、解调模块，包括AM子模块、CPM子模块、FM子模块、PM子模块、TCM子模块。 1)AM子模块组主要包括各种幅度调制、解调模块，如：M-PAM调制、解调模块，Rectangular QAM调制、解调模块，General QAM调制、解调模块。 2)CPM子模块组主要包括各种连续相位调制、解调模块，如：CPM调制、解调

53、模块，MSK调制、解调模块， GMSK 调制、解调模块，CPFSK调制、解调模块。 3)FM子模块组主要包括各种频率调制、解调模块，如：M-FSK调制、解调模块。 4)PM子模块组主要包括各种频率调制、解调模块，如：M-PSK调制、解调模块，M-DPSK调制、解调模块，BPSK调制、解调模块，DBPSK调制、解调模块，QPSK 调制、解调模块，DQPSK调制、解调模块，OQPSK调制、解调模块。 5)TCM子模块组主要包括各种TC调制、解调模块，如：M-PSK TCM调制、解调模块，Rectangular QAM TCM调制、解调模块，General TCM调制、解调模块。 第四章 16QAM

54、调制解调系统实现与仿真 前面两章简单介绍了16QAM的调制解调和SIMULINK的工作原理，下面本文将用MATLAB数学软件中的SIMULINK模块实现16QAM调制、解调通信系统，并进行仿真。由第二章MQAM的调制解调原理可以得出，16QAM的调制解调框图如下所示： 图4.1 16QAM的调制解调框由图4.1可以知道，16QAM的调制解调原理比较简单，接下来，我们将通过调制与解调两大模块来介绍SIMULINK下16QAM的仿真结果，并且将对仿真结果作出分析并对系统进行一定的优化，从而获得较好的系统模型。下页为本次仿真的系统总体框图： 4.1 16QAM 调制模块的模型建立与仿真 通过对图4-

55、1中16QAM调制原理框图的分析，16QAM一个码元所携带的信息为即4bit，是一般基带数字调制（QPSK）码元携带信息量的2倍。而且16QAM调制是由两路相互独立的信号进行调制，一个16QAM码元宽度是基础信号的2倍。以下我将对系统仿真框图中的各模块进行简单的介绍： 4.1.1 信号源 本次仿真在信号源部分采用了伪随机序列发生器，由于系统要求基带信号码元速率19.2kbps，则本序列发生器的基本参数设置如下： Generator polynomial:1 0 0 0 0 1 1 Initial states:0 0 0 0 0 1 Output mask vector:0 Sample ti

56、me:1/19200 Output data type:double4.1.2 串并转换模块 由于系统仿真总框图涉及模块较多，为不失美观同时又能显的浅显易懂特将串并转化作成一个单独子系统而嵌入总系统中。该子系统内部框图如下所示： 图4.3 串并转换模块 由图可知，本子系统有一个输入端口和两个输出端口。系统首先将输入的伪随机序列分成两路并将其中的一路直接按整数因子2抽取，然后进行一个单位的延时，这样便得到了原随机序列的奇数码元；对于另外一路则先进行延迟然后下采样便可得到原序列的偶数码元，至此串并转换也是结束了。 假设输入In1: 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0

57、 0 1 0 1 0 0 1 则有 Out1: 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 Out2: 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 实际运行中各路信号图形如下所示，图中从上往下依次是串行输入、并行输出1和并行输出2的波形。由图可以得出经串并转换之后，并行输出的每一路码元传输速率降为了原来的一半，这也正是实际运应中所要求的。和假设不同的是每一路输出信号前边都多了一个0码元单位，这是由于延迟模块所造成的。当然它们在这里同时被延迟了一个单元，但对后面各种性能的研究是不会造成影响的。 图4.4 串并转换各路信号图4.1.3 2/4电平转换模块对于2/4电平的转换，其实是将输入信号的4种状态（00,01,10,11）经过编码以后变为相应的4电平信号。这里我们选择的映射关系如下表所示： 映射前数据 电平/V 00 -3 01