基于Matiab／Simulink的QAM通信系統(tǒng)的仿真

摘要：利用Matlab的Simulink工具箱建立了QAM系統(tǒng)的仿真模型，詳細(xì)地敘述了仿真參數(shù)的設(shè)置，分析了仿真結(jié)果，仿真結(jié)果與理論結(jié)果一致。該仿真模型簡單，而且達(dá)到了預(yù)期的效果。仿真結(jié)果表明：通過Matlab仿真數(shù)字通信系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可實現(xiàn)性，為實際應(yīng)用和科學(xué)合理地設(shè)計QAM通信系統(tǒng)，提供了高效的仿真平臺。
關(guān)鍵詞：Matlab；Simulink；QAM；仿真模型；數(shù)字通信

在眾多系統(tǒng)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(yōu)勢，它使通信技術(shù)人員擺脫系統(tǒng)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(xué)易用。Simulink是Matlab中的一個基于方框圖的系統(tǒng)仿真環(huán)境，是一個對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和仿真結(jié)果可視化分析的軟件包。用戶只需要通過簡單的鼠標(biāo)操作就可以將一系列圖形化的系統(tǒng)模塊連接起來，從而建立一個非常直觀的、功能上卻相當(dāng)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)模型。
Simulink還提供了許多專業(yè)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(tǒng)研究和設(shè)計開發(fā)的效率。Simulink作為Matlab的重要組成部分，它具有以下特點：
1)調(diào)用模塊連成框圖來表示系統(tǒng)，使得仿真系統(tǒng)建模與工程中的方框圖統(tǒng)一起來，能較全面地研究通信系統(tǒng)，直觀性很強(qiáng)，且具有很高的開放性；2)用戶可以隨意修改模塊參數(shù)，以便于觀察不同參數(shù)下的仿真結(jié)果，有利于用戶比較和選??；3)仿真結(jié)果可以近乎“實時”地以圖形或數(shù)據(jù)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(diào)制技術(shù)是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通常有4QAM、16QAM、64QAM等，對應(yīng)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(diào)制實際上就是幅度調(diào)制和相位調(diào)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(diào)制，與其他調(diào)制方式相比，QAM具有能充分利用帶寬、抗噪聲性能強(qiáng)等優(yōu)點，在移動通信、有線電視傳輸和ADSL中均有廣泛的應(yīng)用。利用Matlab通信仿真軟件對QAM系統(tǒng)進(jìn)行計算機(jī)仿真具有重要的現(xiàn)實意義，為科學(xué)合理地設(shè)計和應(yīng)用QAM技術(shù)提供了便捷、高效和直觀的仿真平臺。

2 QAM系統(tǒng)仿真
Simulink的通信模塊中有各種數(shù)字調(diào)制／解調(diào)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(fā)射部分，載波頻率通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fù)原信號，仿真中的抽樣頻率應(yīng)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(jìn)行計算機(jī)模擬?；鶐Х抡嬉话惴Q為低通等效法仿真，將帶通信號等效為基帶信號，使得調(diào)制和解調(diào)性能分析與載波頻率和信道頻段無關(guān)，從而減少系統(tǒng)資源的占用。
下面以基帶模塊為例，對16QAM系統(tǒng)進(jìn)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(tǒng)進(jìn)行仿真。
QAM通信系統(tǒng)仿真模型如圖1所示。

信源Random Integer Generator模塊產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)0-15，送入QAM基帶調(diào)制模塊。QAM基帶解調(diào)模塊(用于解調(diào)QAM信號)與QAM基帶調(diào)制模塊(用于產(chǎn)生QAM信號)的參數(shù)設(shè)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(tǒng)的正常響應(yīng)。Discrete-Time Scatter Plot Scope模塊用來顯示調(diào)制信號及其經(jīng)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(jié)果通過Display模塊顯示出來。主要參數(shù)設(shè)置如表1所示。