ADS在16QAM通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要 介紹了16QAM通信系統(tǒng)的概念、工作原理以及利用ADS軟件建立通信系統(tǒng)模型的方法，并進(jìn)行了系統(tǒng)分析。在ADS中，對(duì)調(diào)制信號(hào)的表示方法、脈沖形成、通道濾波、頻譜分析——數(shù)值頻譜和頻率頻譜、客戶化調(diào)制等技術(shù)進(jìn)行了仿真，實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)的模擬。
關(guān)鍵詞 正交幅度調(diào)制；星座圖；編碼；比特恢復(fù)；傳輸信道

現(xiàn)代通信中，提高頻譜利用率成為被關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，隨著通信業(yè)務(wù)需求的增長，尋找頻譜利用率高的數(shù)字調(diào)制方式已成為數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制(Quadrature AmplitudeModulation，QAM)是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，其在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1 16QAM的通信系統(tǒng)原理
在談?wù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/16QAM">16QAM系統(tǒng)時(shí)，首先介紹QAM的概念，QAM是一種在兩個(gè)正交載波上進(jìn)行幅度調(diào)制的調(diào)制方式。這兩個(gè)載波通常是相位差為90°的正弦波，因此被稱作正交載波。
通?？梢酝瑫r(shí)進(jìn)行幅度和相位的調(diào)制，也可以分開進(jìn)行調(diào)制，但實(shí)現(xiàn)起來較困難。在特制的系統(tǒng)中信號(hào)可以分解為一組相對(duì)獨(dú)立的分量：同相(I)和正交(Q)分量。其是正交的，且互不相干。
16QAM原理框圖如圖1所示，其中圖1(a)為發(fā)射機(jī)原理圖，圖1(b)為接收機(jī)原理圖。

I-Q的調(diào)制信號(hào)可由同相載波和90°相移的載波相加合成，在電路上直接牽涉到載波相位的改變，所以較好實(shí)現(xiàn)。其次，I-Q圖上只有幾個(gè)同定點(diǎn)，簡單的數(shù)字電路就足以勝任編碼的工作。而且不同調(diào)變技術(shù)的差異只在于I-Q圖上點(diǎn)的分布不同而已，所以只要改變I-Q編碼器，利用同樣的調(diào)制器，便可得到不同的調(diào)制結(jié)果。I-Q解調(diào)變換的過程較容易，只要取得和發(fā)射機(jī)相同的載波信號(hào)，解調(diào)器的方塊圖基本上只是調(diào)制器的反向而已。從硬件的實(shí)現(xiàn)而言，調(diào)制器和解調(diào)器的方塊圖上，沒有會(huì)因?yàn)镮-Q值的不同而必須改變的部份，所以這兩個(gè)方塊圖可以應(yīng)用在所有的I-Q調(diào)變技術(shù)中。
星座圖是對(duì)系統(tǒng)最直觀的測試。常用的有：直角坐標(biāo)圖和極坐標(biāo)圖。極坐標(biāo)圖是觀察幅度和相位的最好方法，載波是頻率和相位的基準(zhǔn)，信號(hào)表示為對(duì)載波的關(guān)系。信號(hào)可以以幅度和相位表示為極坐標(biāo)的形式。相位是對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)而言的，基準(zhǔn)信號(hào)通常是載波，幅度為絕對(duì)值或相對(duì)值。每一個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)一定幅度和相位的模擬信號(hào)，其模擬信號(hào)再被上變頻到射頻信號(hào)發(fā)射出去。模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制的區(qū)別：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制之間的差別在于調(diào)制參數(shù)。在這兩種方案中，改變的是載波信號(hào)的幅度、頻率或相位。在模擬調(diào)制中載波參數(shù)按連續(xù)的模擬信息信號(hào)改變，而在數(shù)字調(diào)制中，參數(shù)按離散的數(shù)字信息改變。
QAM調(diào)制實(shí)際上是幅度調(diào)制和相位調(diào)制的組合。相位加幅度狀態(tài)定義了一個(gè)數(shù)字或數(shù)字的組合。QAM的優(yōu)點(diǎn)是具有較大的符號(hào)率，從而獲得更高的系統(tǒng)效率。通常由符號(hào)率確定占用帶寬。因此每個(gè)符號(hào)的比特越多，效率就越高。對(duì)于給定的系統(tǒng)，所需要的符號(hào)數(shù)為2 n，這里n是每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)。對(duì)于16QAM，n=4，因此有16個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)代表4 bit：0000，0001，0010等。作為通信系統(tǒng)，除調(diào)制、解調(diào)部分外，傳輸信道也是必不可少的部分。

2 ADS仿真實(shí)現(xiàn)
(1)16QAM發(fā)射機(jī)的實(shí)現(xiàn)。在ADS中用數(shù)值域元件可完成16QAM發(fā)射機(jī)的仿真。在通信系統(tǒng)抗干擾和噪聲能力由調(diào)制時(shí)符號(hào)決定，一般用直接映射，即將數(shù)據(jù)源用Bits映射，在此首先將數(shù)據(jù)源用整數(shù)斜升源RampInt代替Bits，同時(shí)加入到BIT的轉(zhuǎn)換元件，同時(shí)用TableCx及CxToRect元件即可完成格雷編碼。
TableCx元件的輸出表示調(diào)制信號(hào)的復(fù)包絡(luò)，每個(gè)符號(hào)上使用多次采樣，在本實(shí)例中采用8次，SamPerSym=8；Nsample=100，sink元件為CxBBout存儲(chǔ)信號(hào)經(jīng)采樣后和復(fù)包絡(luò)。對(duì)數(shù)值進(jìn)行FFT處理即可得到調(diào)制信號(hào)的頻譜，在ADS中設(shè)置公式為BB_fft=fft(CxBBOut)，為顯示調(diào)制信號(hào)在載波附近的頻譜，可使用ADS中數(shù)據(jù)索引功能實(shí)現(xiàn)，首先利用數(shù)據(jù)流仿真可輸出測量數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間或測量數(shù)據(jù)的索引，得到數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)：fft_size=sweep_size(BB_fit)。