基于Systemview的16QAM系统仿真设计与分析
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摘要：正交幅度调制是一种矢量调制技术，同时利用载波的幅度和相位来传输基带信号信息。因其在一定条件下可实现更高的频带利用率，抗噪声能力强且实现技术简单而广泛应用于有线电视、卫星通信、移动通信等系统中[1]。
关键词：正交幅度调制;频带利用率;抗噪声能力
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）09-0018-02
1 16QAM调制解调原理
16QAM的调制思想是通过串-并转换电路先将信息速率为Rb的高速数据流分成两路速率为0.5Rb的低速数据流，经2-4電平转换与相互正交的载波信号进行调制后叠加而成[2]。16QAM信号叠加高斯噪声后，经解调后通过低通滤波器滤除无用信号，再经门限判决4-2电平转换电路后，经并-串转换电路还原基带信号。16QAM调制解调框图如图1所示。
2 系统仿真与分析
为便于观察分析，系统时钟设为1MHz，16QAM调制解调仿真电路如图2所示。
2.1 调制系统参数设置
将基带信号Token0频率设为1kHz，脉冲宽度0.5ms。伪随机序列生成器Token1寄存器长度设为10，寄存器抽头为3-10。串-并转换子系统中，用Token3产生时钟信号控制两个D触发器Token12与Token6交替传输Token5输入的串行信号，转换成I、Q两路并行信号。
从仿真波形来看，基带信号波形前20ms数据为11011 11000 01000 10100，I、Q两支路信号信息速率降低为基带信号的一半，由于信号处理延时影响，I、Q两支路信号前均有0码出现。经波形分析，前20ms I支路信号数据为10110 00000;Q支路信号数据为11100 10110，可以看出基带信号奇数位传输给了I支路，偶数位传输给了Q支路。
串-并转换电路虽能降低信息速率便于调制，但是还是不能满足高速率传输需求，需再将两路信号分别进行2-4进制转换，进一步降低信息速率，与串-并转换子系统相比，2-4转换子系统将两路D触发器输出的信号分别通过了两个单刀双掷开关电路。
上支路单刀双掷开关电路的作用是当输入1时，输出Token27即幅度为2的信号，当输入0时输出Token26即幅度为-2的信号;下支路单刀双掷开关电路的作用是，当输入1时输出Token29即幅度为1的信号，当输入0时输出Token28即幅度为-1的信号，再将两路信号叠加即完成2-4进制转换。
I、Q两支路转换为4进制后，每个支路符号包含2bit信息，经过调制后叠加，每个符号包含4bit信息。I、Q两支路调制后，即完成了16QAM调制。
展开16QAM信号，可清楚观测到4进制正负极性变化处对应的16QAM信号相位均发生了变化，4进制+3和-3处对应的16QAM信号幅度较大，+1和-1对应的16QAM信号幅度较小。
2.2 解调系统
解调系统采用锁相环恢复载波进行同步解调，锁相环子系统中Fm为通信库中调频器，频率值与调制载波频率相同设为5kHz。
锁相环恢复出的载波与16QAM信号相乘，经过贝塞尔低通滤波器滤除无用高频分量，经线性放大器后输入4-2转换子系统，将信息还原成二进制。
4-2转换子系统将-3、-1、1、3转换为2位二进制数据，其中-3映射成00、-1映射成01、1映射成10、3映射成11。
4-2转换子系统处理信号后，进入波形整形子系统消除信号干扰，然后将I支路进行并-串转换。I支路信号与Q支路信号进行合并，并-串转换后即可恢复出基带信号。解调恢复出的基带信号与输入端基带信号相比较可以看到，解调出的基带信号有0.012s延迟，波形与输入端基带信号一致，说明16QAM解调成功。
3 抗干扰性能分析
16QAM星座图中，16个信号点均匀分布在半径为R的圆中，16PSK的16个信号点则是均匀分布在半径为R的圆周上。由于抗干扰能力与“最小信号距离”相关，在星座图中，两个信号点之间距离越大，在干扰使信号图像模糊的情况下，要分开两个信号点越容易。16QAM星座均匀分布在整个平面中，但是16PSK均匀分布在圆上，16QAM两个信号点之间的距离小于16PSK，因此16QAM调制系统的抗干扰性能优于16PSK调制系统。
4 结语
16QAM应用广泛，调制系统仿真设计中采用并-串转换和2-4转换子系统有效提升了调制效率;解调系统锁相环有效恢复出了载波信号，串并转换和4-2转换子系统有效解决了解调所需，恢复出的基带信号与输入端的基带信号一致，充分验证了系统设计的正确性。相同处理能力条件下，QAM调制方式较PSK调制方式设备更简单，能耗、维护费用更低，使得在以5G为代表的移动通信系统中得到了广泛的应用。
参考文献
[1] 郑海伟.基于SystemView的256QAM信号调制与解调的仿真实现[J].电视技术，2008（7）：14-17.
[2] 吕海军.基于SystemView的16QAM调制解调系统的设计与仿真[J].通信技术，2007（12）：113-115.
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