具有适应性和灵活性的Matiab仿真QAM通信系统

QAM系统仿真

Simulink的通信模块中有各种数字调制/解调器模块。其有通带(passband)模块和基带(baseband)之分。通带仿真的载波信号包含在模型的发射部分，载波频率通常远远高于信号的最高频率。由Nyquist抽样定理可知，为了能在接收端恢复原信号，仿真中的抽样频率应至少为载波频率最大值的两倍。如果信号频率很高，则仿真会变得非常慢或无法直接进行计算机模拟。基带仿真一般称为低通等效法仿真，将带通信号等效为基带信号，使得调制和解调性能分析与载波频率和信道频段无关，从而减少系统资源的占用。

下面以基带模块为例，对16QAM系统进行了仿真，给出了一种比较简单的仿真方法，并说明如何运用Simulink对通信系统进行仿真。

QAM通信系统仿真模型如图1所示。

信源Random Integer Generator模块产生随机整数0-15，送入QAM基带调制模块。QAM基带解调模块(用于解调QAM信号)与QAM基带调制模块(用于产生QAM信号)的参数设置必须一致。采用Communication Blockets(通信模块)中提供类似实际的噪声信道——高斯白噪声信道模块以便观察系统的正常响应。Discrete-Time Scatter Plot Scope模块用来显示调制信号及其经信道传输后的星座图，Discrete-Time Scatter Plot Scope模块以点形式绘制信号点。Error Rate Calculation模块用于计算误码率，并将结果通过Display模块显示出来。主要参数设置如表1所示。

信噪比为20 dB时，QAM调制输出信号和通过信道后的QAM信号星座图分别如图2和图3所示。

从图2的星座图可以看出，16QAM调制信号有16个信号点(图中米子形)，信号点表示每个码元的位置，它是由两个正交矢量合成的。而其经过高斯信道后，接收信号点受到干扰以高斯分布概率密度函数规律，并以各点发送信号为期望值散布于发送信号点附近如图3所示。调整信噪比SNR可以观察经信道后QAM信号星座图的变化，仿真发现信噪比SNR越大，接收信号点的集中程度越高；反之，信号点的分散程度越高。

误码率是反映数据通信系统特性的指标。在仿真过程中，误码率大小会随着高斯白噪声基带信道信噪比、调制方式等而改变，因此误码率的测试结果是评价试验系统的重要标准。图1中的Display模块显示的是信噪比为20dB时的误码情况，有3个窗：第1个窗显示的是误码率0.000999；第2个窗显示的是误码数1个;第3个窗显示的是码元总数1001个。可以通过调整信噪比，观察误码率的变化，仿真发现信噪比越小，误码率就越大，与理论一致。

总结

利用Matlab仿真通信系统，具有广泛的适应性和极高的灵活性。在硬件实验中改变系统参数也许意味着重做硬件，而在软件中只需对特定参数进行相应设置，节省了时间和费用。文中利用Matlab的Simulink功能模块成功地对QAM通信系统进行了可视化仿真，并给出了较详细的实现方法和仿真结果，仿真结果与理论结果一致，充分地证明了Simulink在通信系统仿真中的实用性。通过调整本系统的模块或参数，可以得到其他通信系统的仿真模型，如64QAM等，为相关领域的仿真研究指出了一个方法。