北邮 通原软件实验报告 16QAM

实验一： 16QAM调制与解调

一、实验目的

1、熟悉16QAM信号的调制与解调，掌握SYSTEMVIEW软件中，观察眼图与星座图的方

法。

2、强化SYSTEMVIEW软件的使用，增强对通信系统的理解。

二、实验原理

1、16QAM

16QAM是指包含16种符号的QAM调制方式。

16QAM 调制原理方框图：

图一16QAM调制框图

16QAM解调原理方框图：

图二16QAM解调框图

16QAM 是用两路独立的正交 4ASK 信号叠加而成，4ASK 是用多电平信号去键控载波而得到的信号。它是 2ASK 体制的推广，和 2ASK 相比，这种体制的优点在于信息传

输速率高。

正交幅度调制是利用多进制振幅键控（MASK）和正交载波调制相结合产生的。

16 进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。16QAM 的产生有 2 种方法：

（1）正交调幅法，它是有 2 路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；

（2）复合相移法：它是用 2 路独立的四相位移相键控信号叠加而成。

在这里我们使用第一种方法。

16QAM信号的星座图：

图三16QAM星座图

上图是16QAM的星座图，图中f1(t)和f2(t)是归一化的正交基函数。各星座点等概出现。

星座图中最近的距离与解调误码率有很密切的关系。上图中的最小距离是dmin=2。

16QAM的每个星座点对应4个比特。哪个星座点代表哪4比特，叫做星座的比特映射。通常采用格雷映射，其规则是：相邻的星座点只差一个比特。

实验所需模块连接图如下所示：

图四模块连接图

各个模块参数设置：

元件编号属性类型参数设置0,2 Source PN seq Amp=1V；Rate=10Hz；Levels=4 4,13 Source Sinusiod Amp=1V；Rate=100Hz

12 Source Gauss Noise Std Dev=0V;Mean=0V

5,7,9,10 Multipler ——————

3 Adder ——————

17,18 Operator Linear Sys Butterworth,3Poles,fc=10Hz 19,14,15 Sink ——————设置系统时间为20Sec（观察眼图），仿真频率1000Hz

三、实验步骤

（1）按照实验所需模块连接图，连接各个模块

（2）设置各个模块的参数：

①信号源部分：PN序列发生器产生双极性NRZ序列，频率10HZ

图五信号源设置示意图

②载频：频率设置为100Hz。

图六载频发生器设置示意图③高斯噪声：均值为0，方差为0。

图七高斯噪声设置示意图④低通滤波器：3 Poles，Fc=10Hz；

图八低通滤波器设置示意图

（3）观察调制波形和眼图。

（4）逐渐加入噪声，观察其对眼图和星座图的影响

（5）改变带宽时，通过眼图和星座图观察噪声对16QAM信号的影响四、实验结果

（1）噪声为0时，16QAM信号波形图与星座图

图十16QAM信号波形图

图十一16QAM信号星座图

图十二16QAM信号眼图

通过对无噪声条件下，对16QAM眼图、星座图、波形图的观察，我们发现16QAM信号有16个离散的状态，属于幅度与相位联合调制。

当仅观察I路或Q路时，我们可以发现这是一个4ASK信号，有四个离散的电平。

当观察眼图时，我们发现眼睛睁开很大，眼图十分清晰，误码率低。

（2）逐渐改变噪声方差

①噪声方差为1，均值为0时

图十三16QAM信号眼图与星座图

②噪声方差为3，均值为0时

图十四16QAM信号眼图

图十五16QAM信号星座图

由上面两个不同的噪声方差的眼图、星座图的观察可知，当噪声功率越大时，眼睛开的角度越小，星座图的转移路线也变得更加不清晰。这意味着信号收到噪声污染越来越严重，解调输出误码率变高。

（3）改变噪声均值，观察均值变化时对信号的影响

①当噪声方差为0，均值为3时

图十六16QAM眼图与星座图②当噪声方差为0，均值为10时

图十七16QAM眼图

图十八16QAM星座图

由以上所有图比较，我们可以看出，当系统噪声增加时，方差的加大比均值的加大对系统的影响更大，噪声加大会导致解调信号出现误码。反映在眼图上就是眼睛闭合，反映在星座图上就是星座图转移混乱。

五、实验讨论

从实验结果可以看出，通过对无噪声条件下，对16QAM眼图、星座图、波形图的观察，我们发现16QAM信号有16个离散的状态，属于幅度与相位联合调制。当仅观察I路或Q路时，我们可以发现这是一个4ASK信号，有四个离散的电平。当观察眼图时，我们发现眼睛睁开很大，眼图十分清晰，误码率低。

通过对加入噪声的眼图和星座图的观察，可知，当噪声功率越大时，眼睛开的角度越小，星座图的转移路线也变得更加不清晰。这意味着信号收到噪声污染越来越严重，解调输出误码率变高。另外，当系统噪声增加时，方差的加大比均值的加大对系统的影响更大，噪声加大会导致解调信号出现误码。反映在眼图上就是眼睛闭合，反映在星座图上就是星座图转移混乱。

实验意见与建议

1、希望老师可以考虑加入matlab的相关实验，据我了解，虽然SYSTEMVIEW直观形象，易于学生理解原理的本质，但是在研究生阶段，更多是使用matlab做仿真，希望可以早加入matlab实验！

2、希望可以加入更多在频域观察信号波形的实验，很多在时域不是很好发现的情况，在频域可以一目了然的发现到。

3、希望老师可以给同学们提前布置预习任务，这样的话，在实验时数据更多的由学生自己去决定，可以加大学习的自主性和积极性