ｎｆ０ｒｍａｔｉｏｎ ＆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｔ ｌ ｜ｔ ‘）１ ｌ ）１（）｛（）｛‘ｊ ，， Ｏ ｏ ｏ 制分析与其 ；１ １ ０ ０ ｏ ’ｎ １ ０ １ １ ００《）Ｃ）｛“－ ｛１ １ Ｄ ０ ０ １ １ （ 一陈国平／南京信息职业技术学 （ 辩 鞭｝ 『＿＿ ｎ ． ＱＡＭ（Ｏｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕ１ａｔｉｏｎ）是一种撷诸 期翠很高的调制方式。文章在介绍ＯＡＭ 调制 解调原理的基础上，深入探讨了ＯＡＭ的频谱利用率和误码率性能 并＿在ＳｖｓｔｅｍＶｉｅｗ下对该系统进行了完整 仿真。通过仿真观察到调制与解调信号的波形，星座图以及ＤＡＭ信号功率谱密度曲线，并对仿真结果进行了 分析。由分析结果可知，ＤＡＭ调制系统具有很高的频谱利用率以及较好的误码率性能，因此可增大系统容量， 同时也保证了系统的可靠性 关键词：误码率：仿真；星座图 功率谱密度．．高频滚降 中圈分类号：ＴＮ９２９．５ 文献标识码 Ｂ 文章编号：ｌ６７３一ｌｌ３ ｌ（２００６）０６—００２８—０３ 音通信需要更大的信道容量。高效 可靠 稳定的数字传输系统对于数字 多媒体通信系统的实现起到我至关重要的作用．正交幅度调制ＱＡＭ是数字通 陈国平 信系统中一种经常利用的数字调制技术，尤其是多进制ＱＡＭ具有非常高的频 男，（１９８０一），硕士研究生。研究方向为通 带利用率，在通信业务日益增多使得频带利用率成为主要矛盾的情况下．正 信与信息系统、移动通信、无线局域网。 交幅度调制方式是一种比较好的选择。 二、ＱＡＭ调制与解调原理 ２．１调制原理 正交振幅调制（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌ ｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）系统是用两路独立的基 带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调 一，引言 信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。 随着世界通信产业的迅速发 正交振幅调制的一般表达式为： 展，数据量的不断增大，在频谱资源 （，）＝ ｃｏｓ２ ｆ＋Ｂ埘ｓｉｎ ２ ｔ（０ ｔ－＿＜ ） 非常有限的今天，传统通信系统的容 ＝量已经不能满足当前用户的要求。 ｄ Ａ；Ｂ州＝ｅ埘 另外，人们亦不能满足单一的语音通 其中： 为码元宽度； 和 为离散振幅值：ｍ一，２，……Ｍ；Ｍ为 和 信服务，希望能利用移动电话进行图 Ｂ 的个数。 像 声音 数据等多媒体信息的通 图１为ＱＡＭ调制原理图，在调制器中，输入数据经过串并变换分成两路， 信。但由于多媒体通信比传统的语 再分别经过二电平到Ｌ电平的变换。形成 和Ｂ ，为了抑制已调信号的带外 Ａｎａｌｖｓｉｓ ｏｆ ｏＡＭ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ ＣＨＥＮ Ｇｕｏ—ｐｉｎｇ （Ｎａｎｉｉｎ￣ＣｏｌｌｅｌｚｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＂ｌ－ｅｃｈｎｏｌｏ￣ｃ，Ｎａｎｉｉｍｚ２１００４６） Ａｂｓｔｒａｃｔ：（）Ａ Ｍ ｆｏｕａｄｒｄｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ｉＳ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｈｉ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＳＤｅｃｔｒｕｍ． Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｒｔｉｏ ｏｆ ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ ｓＤｏ￣ｔｒｕｍ ａｎｄ ｂｉｔ ｅＩＴｏｒ ｒａｔｅ（ＢＥＲ）ｏｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ０ＡＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｎａｄ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ０ＡＭ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ．Ｔｈｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｎ￣ｗａｖｅ，Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｄｉａｌｚｒａｍ ａｎｄ Ｄｏｗｅｒ ＳｌＸ￣ｔｌ＇ｕｍ ｄｅｎｓｉｙｔ ＣＬＩｒＶＩ￣ｉｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｏＡＭ ｃａｎ ｅｎｌａｒｇｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｐａｃｉｙｔ ｎａｄ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｙｔ ｗｉｔｈ ｈｉｍ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｒｔｉｏ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎｄ ｌｏｗ ｂｉｔ ｅｌＴｏｒ ｒａｔｅ． Ｋｅｖｗｏｒｄｓ：Ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ａｒｔｅ；Ｓｉｍｕｌｔａｉｏｎ；Ｃｏｎｓｔｅｌｌｔａｉｏｎ Ｄｉａｇｒａｍ；Ｐｏｗｅｒ ｓｏｅｃｔｒａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ；Ｈｉ￣．１ａ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｏｌｌｏｆｆ ２００６ Ｎｏ．６ 陈国平／ｏＡＭ调制分析与其ＳｖｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真实现 维普资讯 http://www.cqvip.com
辐射。 和Ｂ 要通过预调制低通滤波器．再分别与相互 ＼ 正交的两路载波相乘．形成两路ＡＳＫ调制信号。最后将 类别、’＼ ０．０ ０．５ １．０ 两路信号相加就可以得到不同的幅度和相位的已调 ４ＯＡＭ ２ １‘３３ １ ＱＡＭ输出信号Ｙ（ｔ）。 １６０ＡＭ ４ ２ ７ ２ ，∞ ６４ＯＡＭ ６ ４ ３ 表１几种ＱＡＭ的频谱利用率（ｂ／ｓ・Ｈｚ） 血ｍ‘ｔ 图１ ＱＡＭ调制原理图 四、误码率计算 ２．２相干解调 Ｍ进制ＱＡＭ系统正确判决的概率是： ＱＡＭ信号采取正交相干解调的方法解调．图２为 ＝（１一 ）２ ＱＡＭ懈调原理图。解调器首先对收到的ＱＡＭ信号进行 式中 厨是√ 进制ＰＡＭ系统的误码率．该ＰＡＭ系统具有等 正交相干解调。低通滤波器ＬＰＦ滤除乘法器产生的高频 价ＱＡＭ系统的每一个正交信号中的一半平均功率 因此 分量。ＬＰＦ输出经抽样判决可恢复出Ｌ电平信号 和Ｂ 。 Ｍ进制ＱＡＭ的误码率为： 根据多进制码元与二进制码元之间的关系．经Ｌ／２转换， ｌ一（１一 ） 可将Ｌ电平信号转换为二进制基带信号Ａ‘ 和Ｂ‘ 。 可以注意到，当ｋ为偶数时．这个结果对Ｍ一２ 情形 在仿真设计中．考虑到信号传输中会存在载波相位 时精确的．而当ｋ为奇数时．就找不到等价的√丽进制ＰＡＭ 偏移和加性高斯噪声。因此Ｙ（ｔ）可以表示为： 系统。如果使用最佳距离量度进行判决的最佳判决器． ．） ＝ （ｒ）ｃｏｓ（ ＋ ＋ ｏ）ｓｉｎ（ｚ ＋６ ＋， ） 可以求出任意ｋ≥１误码率的严格上限： 其中８是载波相位偏移．且 ｅ＝，ｑ－（ｆ）＝ （ｔ）ｃｏｓ２ ｆ一 。（０２ ｔ ［１一 ］ 跞 五 ＱＡＭ调制解调的ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真 根据ＱＡＭ调制与解调原理设计了ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真图 型．图３即为ＱＡＭ调制解调的ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ完整仿真电路图 ５．１仿真电路图 圆 圃 Ｈ¨ 图２ ＱＡＭ信号的解调 圈 匦叠 Ｉ 一 三，频谱利用率 Ｉ／●■ 假设输入数据码率为Ｒ ｂ／ｓ．分成两路后每路的码率 Ｈ刚 为 ｂ／ｓ．经２．Ｌ电平变换器将 ２的２电平序列变成速 邑路自／ 率为 １２１ｏ８ Ｌ＝Ｒ／ｉｏ８ Ｍ的Ｌ电平信号．在理想的低通滤波 ＿． ｔ｛■ Ｉ Ｉ＿ Ｉ ｉ Ｉ＿＿ － １０ ０－ 情况下其基带带宽： Ｂ＝０／２）心／ｌｏｇ２ Ｈｚ 口一 ｌ＿＿＿ Ｉ Ｉ＿ａｒｉｎ－ － 由于是双边带调制．则调波的带宽： －１－－ｌ恤 Ｉ 。。厂。ｌ＿。 【Ｉ＇●＿ ●州－ ｔ’，－－抖杆Ｉ瞳 ＡＦ＝ ＝ ／ｌｏｇ２Ｍ Ｈｚ Ｈ 隅 在实际基带低通滤波器情况下滤波器的截止边沿是 墨 Ｉ广啪 按照升余弦滚降特性下降的．滚降系数为 ；０～１（ ＝０ 即为理想低通特性），已调波的带宽为△Ｆ（１＋ ）．所以 ‘＇， 一●●－ Ｉ眶 频谱利用率应为： 图４各子系统 ｒ／＝ｌｏｇ２ Ｍ／（１－Ｉ－口）（ｂ／ｓ・Ｈｚ） 仿真系统中包含三个子系统．分别是：串／并转换电 表１中给出了几种ＱＡＭ的频谱利用率： 路，抽样判决电路，并／串转换电路，如图４所示。 陈国平／ＯＡＭ调制分析与其ＳｖｓｔｅｍＶｉｅｗ仿真实现 二ｌ №６ ２９ 维普资讯 http://www.cqvip.com
＆ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ５．２参数设置 仿真中．取Ｌ＝２．则该系统为Ｍ ＝５．４功率谱密度曲线与星座圈 ＱＡＭ信号的功率谱取决于Ｉ和 Ｑ两路基带信号的功率谱。ＱＡＭ已 调波带宽为基带信号带宽的两倍 从图８中可以到信号主瓣（２．５Ｈｚ）比 较窄，占用带宽少．旁瓣分量下降较 快．邻道辐射功率低于３０ｄＢ－－４０ｄＢ． 使得邻道干扰越小．降低了码间串 ｊ■●｛ 扰的出现的概率．从中显示了ＱＡＭ ＱＡＭ信号具有很高的频带利用率以 及较好的信噪比．因此在有线电 视（下行）和数字地面广播中得到广泛 ４ＱＡＭ调制；输入信号设计为一 串ＰＮ伪随机码：载波信号频率为１０ Ｈｚ。 使用．如美国ＡＴＳＣ采用８一ＶＳＢ调 制就是类似的８ＱＡＭ调制：欧洲的电 缆数字电视也采用了ＱＡＭ调制。同时 可以看到利用ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ软件可以方 在仿真系统中．信道模拟成一个高斯 噪声信道（ＡＷＧＮ）．所以系统中加入 了高斯白噪声．可设置”ｓｔｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ“ 即标准偏差值为１ ＯＯｅ一３Ｖ。相干解 调中低通滤波器设置：“Ｌｏｗ ｃｕｔｏｆｆ”设 置为５ Ｈｚ。 便，快速地进行通信系统的仿真． 并且只要参数适当．可以得到符台 要求和直观理想的仿真结果．为软 在进行系统仿真之前还必须 对“系统防真时间”进行设置．其中 良好的频谱特性。 ∞ 由 Ｏ ５ ’Ｏ Ｐｏｗｅｒ ｓｌ￣ｅｃｔｒｅｌ ｄｅｎｓｉｔｙ ’５ ２Ｏ ２６ 舯 件算法研究者 硬件系统工程师 提供了一个有效仿真工具。 采样速率的选取必须遵循采样定 律．否则直接影响着系统仿真的效 果甚至仿真结果的正确性。 设置好系统参数和系统仿真时 间窗口后．按下“Ｒｕｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ” 即可进行仿真．仿真结果所示。 ５．３观察原始输入信号．调制 信号．解调信号波形 图５为原始输入的２电平伪随 口 ５ ｔ０ ’５ ∞ 参考文献 １、申普兵，李荣．数字通信．国 防科技大学出版社，２００１；１５７～１６０ ７ｒｅｑｕｅｎ￣，ｉａ№ｃ越＝２Ｉ ４１ｒ３ Ｓｙｓｔｅｍ￣２、李东生，雍爱霞，左洪浩． ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ系统设计及仿真入门与 应用ｆＭ】．北京：电子工业出版社， 图８ ＱＡＭ信号的功率谱 图９显示为仿真的４ＱＡＭ星座 图，从图中可以清晰看到已调波矢 量的端点的点群分布．与理论图形 完全一致。图中各已调波矢量的 机码信号。阔６为在高斯噪声干扰 下的ＱＡＭ调制信号。图７为ＱＡＭ解 调输出信号．基本保持了原始信号 的信息．可以看出信号在时间上有 所延迟．这是由于信号在处理过 程中加入了延时电路的原故。 晨蚰信号Ｃｔ盯） Ｄ ２ ４ ｄ ２００２：２１９～２３４ ３、庞宝茂，肖刚．现代移动通 信．清华大学出版社，２００４：４９～５５ ４，沈振元，聂志泉．通信系统原 理．西安电子科技大学出版社， ２００１：２４２～２４５ 相位和幅度均有变化．且点群分布 有相当明显的距离．由原理可知 点群分布距离越大．信号抗误码能 力就越强．说明ＱＡＭ信号具有较好 ５，夏洪星，张国平，陈明宏．基 于Ｓｙｓｔｅｍｖｉｅｗ的ＤＶＢ－－Ｓ传输系统 的误码率性能。 ＣｏｎｎｔＵｔｔｉｏａ Ｄｉ￣ｒｍ Ｏ ２ 冉０ ．１…３……０……．。 ＴｉＭ ｉａ Ｓｅｃ￣ｌｓ钾＿＿ 呻… 仿真．信息技术２００４第ｌ ２期 ６、Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｈ．Ｋｒａｔｚｅｔ．ＱＰＳＫ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｓｉｍｕｌａ－－ 蜘０●－３ ∞０●３ 图５ ＰＮ伪随机码波形 Ｑ．ＱＩＩ［ＨＭ号（ｒｉＯ９） ２ ，４ ２ｏ０●３ ０ －ｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｉｄｅａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｊ】． Ｓｙｓｔｅｍｖｉｅｗ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅ ＡＮ１２１Ｂ Ｊａｎ３０．１９９８． ・２ｏ０．．３ ．．３ 删删Ｏ ２ 粤 ｏ ∞Ｏｔ・３ ０∞Ｏ１－３ ｓｖ虹Ｉｍ、｜．■ ７、杨亮，齐林，刘艳霞．基于 ＳｙｓｔｅｍＶｉｅｗ的比特误码率测试的仿 Ｔｉｍ＊ｉＡ Ｓｔｅ￣ｓ Ｓｙｓｕｕｍ￣４ｅ Ｉ时 “● 图６ ＱＡＭ调制信号 ■涌僵号（ｕｏ２） Ｏ 、 ２ ４ ｅ 图９仿真的４ＱＡＭ星座图 真．现代电子技术２００５第Ｏ２期 六、结论 Ｏ ２ ４ ｏ Ｔｉｍｌ ｉｎ Ｓｅｐａｌｓ。’，＿＿ ●＿ 由ＱＡＭ调制解调原理以及在 ＳｙｓｔｅｒｎＶｉｅｗ下的仿真结果．可以看到 图７解调后信号 ２００６ Ｎｏ．６ 陈国平／ｏＡＭ调制分析与其ＳｖｓｔｃｍＶｉｃｗ仿真实现
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