三种调制格式对功率放大器非线性敏感度评估系统

资 源 简 介

本项目主要用于分析和对比三种主流调制方式在通过非线性功率放大器时的性能表现及敏感度差异。系统首先构建了典型的非线性放大器数学模型，包括幅度/幅度（AM-AM）失真和幅度/相位（AM-PM）偏移模型。针对PSK、QAM以及APSK三种调制信号，程序模拟了信号在不同功率回退（IBO）设定下通过非线性器件的完整过程。功能涵盖了信号生成、非线性信道建模、星座图畸变分析、频谱扩展计算以及端到端误码率（BER）测试。通过详尽的对比分析，研究不同调制方式对非线性截断和压缩效应的响应强度。实验特别针对功率效率与线性度之间

详 情 说 明

三种调制格式对放大器非线性敏感度的对比评估系统

项目介绍

本项目是一个专门用于评估和对比不同调制格式在非线性功率放大器（PA）环境下的性能表现的仿真系统。在无线通信尤其是卫星通信中，功率放大器的非线性失真是影响信号传输质量的关键因素。该系统通过构建精确的非线性数学模型，模拟信号在受到幅度失真（AM-AM）和相位偏移（AM-PM）影响下的演变过程。系统重点对比了16-PSK、16-QAM以及采用4+12结构的16-APSK三种调制方式，旨在量化不同功率回退（IBO）条件下，各信号格式对非线性截断、压缩效应的耐受能力及其频谱扩展特性。

功能特性

1. 多格式信号生成：支持标准16-PSK、16-QAM（均采用格雷码映射）以及遵循DVB-S2标准的4+12双环16-APSK信号生成与归一化处理。
2. Saleh 非线性模型仿真：集成经典的Saleh功率放大器模型，通过特定的AM-AM和AM-PM系数精确模拟非线性失真。
3. 多维度性能评估：通过星座图畸变观察空间分布破坏，利用功率谱密度（PSD）分析频谱回生（Spectral Regrowth），并计算端到端的误码率（BER）评估功率效率。
4. 功率回退（IBO）敏感度分析：通过设置不同的IBO值（如3dB和7dB），分析功放在不同饱和程度下对不同调制格式的影响。
5. 自动化可视化报告：系统自动生成星座图对比图、频谱扩展图以及多IBO下的误码率曲线图，并输出量化的对比文字报告。

使用方法

1. 确保您的计算环境已安装并配置好科学计算软件。
2. 打开主程序入口函数文件。
3. 直接运行程序。程序将按照预设的符号数（10,000个）、信噪比范围（0-20dB）以及特定的非线性参数开始仿真。
4. 运行结束后，系统将弹出三个图形窗口，分别展示星座图失真情况、功率谱密度对比以及最终的BER性能报告。
5. 在控制台查看关于各调制方式在非线性环境下的稳健性评估总结。

系统要求

1. 具备基本的数值计算与信号处理能力的仿真软件环境。
2. 需要支持信号处理工具箱，以调用内置的调制（pskmod/qammod）及滤波函数。
3. 建议内存4GB以上，以支持过采样场景下的信号处理运算。

功能实现逻辑说明

该系统在执行过程中遵循以下核心逻辑步骤：

1. 参数初始化：设定调制阶数为16，构建Eb/No范围，并预定义16-APSK的星座物理布局，包括内外环半径比（R2/R1=2.85）及外环相位偏移（pi/12），确保所有星座图均进行平均功率归一化。
2. 非线性信道处理流程：

* 脉冲成形：对原始符号进行8倍过采样，并通过40阶FIR低通滤波器执行脉冲成形，模拟实际传输波形。 * 功率控制：根据设定的输入功率回退（IBO）值调整信号平均功率，使其相对于放大器饱和功率（设为1）具有特定的回退量。 * 失真注入：利用Saleh模型公式，对信号幅度进行AM-AM处理（系数：alpha_a=2.1587, beta_a=1.1517），对相位进行AM-PM处理（系数：alpha_p=4.0033, beta_p=9.1040）。 * 接收恢复：对非线性输出信号进行匹配滤波，并执行符号同步抽样与幅度补偿，将信号回归至标准单位。

1. 结果计算与评估：

* 频谱分析：采用改进的周期图法（pwelch）计算功放输入与输出端的功率谱密度，观察由于非线性引起的带外频谱扩张。 * BER 循环仿真：在不同Eb/No下加入高斯白噪声（AWGN）。对于PSK和QAM采用标准硬判决解调，对于APSK采用最小欧氏距离判决准则。 * 数据可视化：根据仿真结果对比不同IBO下的BER表现。

关键实现细节分析

1. APSK 双环解调算法：不同于标准的网格化QAM判决，系统针对APSK自定义了最小距离搜导解调法，通过遍历16个定义的星座点找到距离接收采样点最近的候选点，这能准确评估非线性平移后的APSK性能。
2. IBO 与功率效率的平衡：代码通过调整IBO_list中的数值，量化了功放“效率提高但线性度下降（低IBO）”与“效率降低但线性度提高（高IBO）”之间的权衡。
3. Saleh 模型参数化：系统使用了具体的Saleh模型拟合参数，这些参数能代表典型的射频固态功率放大器的非线性特征，使仿真更具工程实践意义。
4. 星座图归一化处理：在对比前，所有调制方案的能量被归一化到同一量级，确保了在相同IBO和SNR条件下的对比结果具有学术意义上的公平性。
5. 信号包络特性观察：通过星座图可以直观观察到，相比于16-QAM的剧烈幅度压缩，16-APSK由于具有更均匀的幅度分布和更好的动态范围，在低IBO环境下表现出更强的鲁棒性。