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实验一： 16QAM调制与解调
实验目的熟悉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。
强化SYSTEMVIEW软件的使用，增强对通信系统的理解。
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
实验步骤
按照实验所需模块连接图，连接各个模块
设置各个模块的参数：
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
载频：频率设置为100Hz。
图六载频发生器设置示意图
高斯噪声：均值为0，方差为0。
图七高斯噪声设置示意图
低通滤波器：3 Poles，Fc=10Hz；
图八 低通滤波器设置示意图
观察调制波形和眼图。
逐渐加入噪声，观察其对眼图和星座图的影响
改变带宽时，通过眼图和星座图观察噪声对16QAM信号的影响
实验结果
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。
逐渐改变噪声方差
噪声方差为1，均值为0时
图十三16QAM信号眼图与星座图
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。
改变噪声均值，观察均值变化时对信号的影响
当噪声方差为0，均值为3时
图十六16QAM眼图与星座图
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。
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
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！
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