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Simulink® Model
模擬相位雜訊對256-QAM的影響(上)

 
 
 

Jerry Tung
Terasoft Inc.

 

     
 

  簡介

本範例模擬相位雜訊對256-QAM的影響。以亂數產生的資料模擬原始訊號,經過256-QAM調變的處理,再通過高斯雜訊與相位偏移的模塊,最後再將訊號做解調,用解調後的訊號與原始訊號做比對,藉此觀察相位雜訊對256-QAM的影響,同時以數據、圖像的方式呈現模擬結果。

整個Model包含

  • 0~255的亂數產生器
  • 256 QAM 基頻調變
  • 加成性白色高斯雜訊(Additive white Gaussian noise, AWGN) 通道
  • 相位雜訊
  • 256QAM 基頻解調
  • 錯誤率計算
  • 顯示錯誤統計值
  • 圖像顯示包含雜訊的接收端訊號

Simulink Model與模擬結果分別如圖一、圖二所示。


圖一 Simulink Model (相位雜訊對256-QAM的影響)


圖二 Scatter Plot (AWGN+相位雜訊對256-QAM的影響)


 

 亂數產生器

用來產生0~M-1範圍內的隨機整數,以作為256-QAM模塊的輸入來說,M要設為256(也就是說,產生的亂數範圍為0~255)。

另外,可以選擇產生純量(scalar)或是frame-based的資料格式,若選擇frame-based的格式,則frame的大小由Samples per frame所決定。以本範例來說,Samples per frame的值設定為500,也就是說輸出資料格式為500x1。
Sample time的值為0.001秒,代表每0.001秒會產生一個數值(即symbol)。

參數設定如圖三:


圖三 亂數產生器

 Rectangular QAM Modulator Baseband 矩形正交振福基頻調變

輸入訊號的調變方法採用正交振幅調變(Quadrature Amplitude Modulator),以256-QAM調變來說,圖四中的M-ary的值必須設為256,輸出是經過調變後的結果,以複數(Complex number)的形式表示。其中M-ary的值須為2的冪次方(2^N)。

資料的輸入形式有兩種:Integer或Bit。Integer可輸入純量或是frame-based的資料格式,以本範例來說,輸入訊號為500x1的frame-based資料。

正規化的目的在於讓訊號的特性能被明顯表現出來,避免過於極端的數值影響訊號分析。Rectangular QAM提供三種方法:(1)Minimum distance、(2)Average power (watts) and (3)Peak power (watts);

(1)Minimum distance:以相鄰兩點的距離做正規化
(2)Average power (watts):以Symbol的平均功率做正規化
(3)Peak power (watts):以symbol的最大功率做正規化

本範例中以Average power為正規化的方法,同時設定Average power(watts)為1 watts。

參數設定如圖四:


圖四 256-QAM 調變

 白雜訊產生器 (AWGN Channel)

在輸入訊號上加入白雜訊,使輸入與輸出訊號與實際複雜度相符。可支援多通道的輸入與輸出訊號,例如Frame-based存取方式。

高斯雜訊是一個隨機函數,用來模擬元件內部電子移動所產生的雜訊-熱雜訊,因為白雜訊的行為模式與熱雜訊類似,所以我們將在此範例中用來模擬訊號在channel傳送中的失真程度。

白雜訊的產生有以下五種模式:
(1) Signal to noise ratio(Eb/No):
每個symbol bit的能量對雜訊的功率頻譜密度比值。以每個bit功率對雜訊的比值作為模擬基準。

(2) Signal to noise ratio(Es/No):
symbol能量對雜訊的功率頻譜密度比值。模擬訊號能量對於雜訊的抵抗能力。

(3) Signal to noise ratio(SNR):
symbol能量對雜訊的比值。

(4) Variance from mask:可指定變動值,數值須為正。
(5) Variance from port:變動值由外部輸入,數值須為正。

本範例中以第二種模式來產生通道雜訊,其中Es/No為40dB、Input signal power為1 watt、symbol period為0.001sec(圖三中的sample time即為symbol period,因此兩者必須一致)。

參數設定如圖五:


圖五 白雜訊產生器