ADS在16QAM通信系統中的應用

摘要 介紹了16QAM通信系統的概念、工作原理以及利用ADS軟件建立通信系統模型的方法，并進行了系統分析。在ADS中，對調制信號的表示方法、脈沖形成、通道濾波、頻譜分析——數值頻譜和頻率頻譜、客戶化調制等技術進行了仿真，實現了通信系統的模擬。
關鍵詞 正交幅度調制；星座圖；編碼；比特恢復；傳輸信道

現代通信中，提高頻譜利用率成為被關注的焦點。近年來，隨著通信業(yè)務需求的增長，尋找頻譜利用率高的數字調制方式已成為數字通信系統設計、研究的主要目標之一。正交振幅調制(Quadrature AmplitudeModulation，QAM)是一種頻譜利用率很高的調制方式，其在中、大容量數字微波通信系統、有線電視網絡高速數據傳輸、衛(wèi)星通信系統等領域得到了廣泛應用。

1 16QAM的通信系統原理
在談論16QAM系統時，首先介紹QAM的概念，QAM是一種在兩個正交載波上進行幅度調制的調制方式。這兩個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進行幅度和相位的調制，也可以分開進行調制，但實現起來較困難。在特制的系統中信號可以分解為一組相對獨立的分量：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)射機原理圖，圖1(b)為接收機原理圖。

I-Q的調制信號可由同相載波和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，所以較好實現。其次，I-Q圖上只有幾個同定點，簡單的數字電路就足以勝任編碼的工作。而且不同調變技術的差異只在于I-Q圖上點的分布不同而已，所以只要改變I-Q編碼器，利用同樣的調制器，便可得到不同的調制結果。I-Q解調變換的過程較容易，只要取得和發(fā)射機相同的載波信號，解調器的方塊圖基本上只是調制器的反向而已。從硬件的實現而言，調制器和解調器的方塊圖上，沒有會因為I-Q值的不同而必須改變的部份，所以這兩個方塊圖可以應用在所有的I-Q調變技術中。
星座圖是對系統最直觀的測試。常用的有：直角坐標圖和極坐標圖。極坐標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，信號表示為對載波的關系。信號可以以幅度和相位表示為極坐標的形式。相位是對基準信號而言的，基準信號通常是載波，幅度為絕對值或相對值。每一個星座點對應一個一定幅度和相位的模擬信號，其模擬信號再被上變頻到射頻信號發(fā)射出去。模擬調制和數字調制的區(qū)別：模擬調制和數字調制之間的差別在于調制參數。在這兩種方案中，改變的是載波信號的幅度、頻率或相位。在模擬調制中載波參數按連續(xù)的模擬信息信號改變，而在數字調制中，參數按離散的數字信息改變。
QAM調制實際上是幅度調制和相位調制的組合。相位加幅度狀態(tài)定義了一個數字或數字的組合。QAM的優(yōu)點是具有較大的符號率，從而獲得更高的系統效率。通常由符號率確定占用帶寬。因此每個符號的比特越多，效率就越高。對于給定的系統，所需要的符號數為2 n，這里n是每個符號的比特數。對于16QAM，n=4，因此有16個符號，每個符號代表4 bit：0000，0001，0010等。作為通信系統，除調制、解調部分外，傳輸信道也是必不可少的部分。

2 ADS仿真實現
(1)16QAM發(fā)射機的實現。在ADS中用數值域元件可完成16QAM發(fā)射機的仿真。在通信系統抗干擾和噪聲能力由調制時符號決定，一般用直接映射，即將數據源用Bits映射，在此首先將數據源用整數斜升源RampInt代替Bits，同時加入到BIT的轉換元件，同時用TableCx及CxToRect元件即可完成格雷編碼。
TableCx元件的輸出表示調制信號的復包絡，每個符號上使用多次采樣，在本實例中采用8次，SamPerSym=8；Nsample=100，sink元件為CxBBout存儲信號經采樣后和復包絡。對數值進行FFT處理即可得到調制信號的頻譜，在ADS中設置公式為BB_fft=fft(CxBBOut)，為顯示調制信號在載波附近的頻譜，可使用ADS中數據索引功能實現，首先利用數據流仿真可輸出測量數據對時間或測量數據的索引，得到數據點數：fft_size=sweep_size(BB_fit)。