qam传输系统的与实现.docx

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qam传输系统的与实现

四川理工学院成人教育学院

毕业设计（论文）

题目QAM传输系统的设计与实现

教学点重庆科创职业学院

专业通信技术

年级2011级

姓名祝守颜

指导教师陈佳佳

定稿日期：

2013年4月25日

四川理工学院成人教育学院

毕业设计（论文）任务书

学生姓名

祝守颜

专业班级

通信工程ZB421101

设计（论文）题目

QAM传输系统的设计与实现

接受任务日期

2013年12月18日

完成任务日期

2014年4月25日

指导教师（签名）

陈佳佳

指导教师单位

重庆科创职业学院

设计（论文）内容目标

为了在有限的带宽信道中有效的传输大量的数据，人们研制了各种调制方式来解决有限带宽和大量数据传输之间的矛盾。

例如可以采用多进制数字调制（包括幅度、频率、和相位多进制调制）、联合调制、网格调制等

设计（论文）要求

（1）把基带信号的频谱搬移到一定的频带范围

（2）进行频率分配

（3）减少噪声和干扰的影响

（4）实现多路复用和克服设备的限制

参考资料

（1）王福昌.通信原理北京.清华大学出版社,2006

（2）刘连青.数字通信技术.北京机械工业出版社，2006

（3）樊昌信,曹丽娜.通信原理.北京国防工业出版社，2006

（4）李立.高速16QAM传输技术研究.西安电子科技大学,2010

QAM传输系统的设计与实现

摘要

正交振幅调制QAM是一种相位和振幅联合控制的数字调制技术。

它应用范围非常广泛，不仅在移动通信领域而且在有线电视传输、数字视频广播、卫星通信等领域都得到广泛应用。

本文深入研究QAM调制解调的基本原理、系统结构及性能参数，实现QAM调制解调系统的Simulink仿真及性能分析；详细分析模拟信号数字化的基本理论及实现方法，实现差分脉码调制的Simulink仿真及性能比对；基于上述理论构建模拟信源QAM传输系统，并利用Matlab/Simulink进行建模仿真及性能验证。

关键词:

数字传输；正交振幅调制；差分脉码调制；建模仿真

DESIGNANDSIMULATIONOFQAMSYSTEM

ABSTRACT

Quadratureamplitude modulation QAMisadigital modulationtechnique forphaseandamplitude control. Itis averywiderangeofapplications, notonlyinthefieldofmobilecommunication and cableTVtransmission, digitalvideobroadcasting, satellitecommunicationsandotherfields hasbeenwidelyapplied.Inthispaper, thebasicprinciple, structureandperformance studyofQAMmodulationanddemodulation systemparameters,simulationperformanceanalysisofSimulink modulationanddemodulationsystemofQAM; andtherealizationmethodof analogsignal digital basic theory indetail, realizethedifferenceof Simulinksimulationandperformancecomparisonof sub pulsecodemodulation; construction simulation source QAMtransmissionsystem basedonthetheory, and validationofsimulation andperformancemodeling usingMatlab/Simulink.

Keywords:

QAM;Quadratureamplitudemodulation;Differentialpulsecodemodulation;

Modelingandsimulation

1.1选题背景...............................................................................................................1

致谢....................................................................................................................................18

附录1..................................................................................................................................19

第一章绪论

1.1选题背景

信号传输的过程中需要都要占用一定的带宽，数字信号的传输比模拟信号对对带宽的需求更高。

随着卫星有效载荷种类的增多和分辨率的不断提高，需要传输的信息量越来越大。

为了将这些信息实时传输到地面，对星上数传系统的传输能力的要求就越来越高。

为了在有限的带宽信道中有效的传输大量的数据，人们研制了各种调制方式来解决有限带宽和大量数据传输之间的矛盾。

例如可以采用多进制数字调制（包括幅度、频率、和相位多进制调制）、联合调制、网格调制等等。

其中幅度和相位联合调制方式，即QAM（QuadratureAmplitudeModulation）调制方式综合ASK（AmplitudeShiftKeying）与PSK（PhaseShiftKeying）的优点，并通过采用多进制调制方式来提高频带利用率（提高信息传输速率），因此它在频带利用率和接收端误译码率等指标上，比单一调制正弦波的一个参数的调制方式都要优越，但它的设备复杂程度也是比较高的[1-3]。

随着电子技术的不断发展，设备复杂性也在相对地降低，因此QAM方式是目前高速调制解调器中比较好的的调制方式。

1.2数字调制解调技术现状与发展

因为以前的通信系统为模拟通信系统，所以调制技术是由模拟信号的调制与解调技术最初开始发展的。

后来，数字通信系统得到了迅速的发展，随之而来的是数字调制技术的广泛应用和迅速发展。

随着现在日益增多的各种通信系统数量，为了更好的充分利用日益紧张的频谱资源，广大通信科研工作者致力于研究频谱利用率更高的新型数字调制方式，而且原CCITT（国际电报电话咨询委员会）也一直在促进并鼓励开发新奇的频谱使用技术，为了各种通信系统能够有效的进行通信，原CCITT科学地将频段分别分配给各个通信系统，因而，许多科研院所，用户个体和通信公司都在通过开发先进的调制技术用以提高频谱利用率。

提高频谱利用率是人们设计和规划通信系统的关注焦点之一，同时也是提高通信系统容量的重要措施。

频谱利用率越高，就要求已调信号所占的带宽要越窄，即己调信号频谱从天线发射时功率的主瓣要越窄，同时也要求旁瓣的幅度要越低，也就是说要求辐射到相邻频道的功率即带外辐射要越小。

在数字调制系统中的频谱利用率主要是指传输的效率问题，也就是说，通信系统的传输速率不是唯一需要关注的指标，同时还要看在一定的传输速率下信道频带所占的宽度为多少。

如果系统的频带利用率高，就表明通信系统具有较高的传输效率，反之传输效率就低。

从上面对频谱利用率的定义可以发现，要使得通信系统的频谱利用率有所提高主要可以两种途径:

一是通过提高该调制系统的传信率即信息传输速率，二是降低已调信号所占用的频带宽度[1-3]。

振幅和相位联合调制QAM技术作为本课题的研究对象，就是一种近些年来获得了飞速发展的调制技术，该技术就具有极高的信息传输速率。

1.3QAM调制解调技术在数字通信领域的应用优势

以WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA为代表的第三代移动通信网络除了支持传统的话音业务以外，还推出了大容量的宽带数据服务，与以GSM、CDMA1595标准为代表的第二代移动通信系统相比，在技术上，3G系统的上下行速率理论上可以达到2Mbit/s左右的水平，它可以提供包括视频在内的各种多媒体宽带应用服务，诸如下载或流媒体类业务，需要系统提供更高的传输速率和更多的延迟。

为了满足此要求，WCDMA对空口接口作了改进，引入了HSDPA技术，使之可支持高达10Mbit/s的峰值速率。

在HSDPA系统中引进了AMC技术，在HSDPA系统中AMC的调制选择了低阶的QPSK和高阶的16QAM，作为其调制方式。

同样，作为宽带无线接入技术，韩国引入了WIBro技术，它可采用三种调制方式，包括QPSK、16QAM、64QAM等。

而目前作为中国国内唯一拥有自主知识产权的高速率无线宽带接入技——McWiLL，McWiLL终端接入设备CPE亦采用QPSK/8PSK/QAM16/QAM64自适应调制技术。

IEEE802.16a标准即WiMAX有很强的的市场竞争力，真正成为城域网的无线接入手段。

为了抵抗多径效应等，WIMAX协议中引入了新的物理层技术，而WiMAX协议物理层的OFDM符号的构造方案亦采用QAM调制方式[4-5]。

1.4仿真软件介绍

MATLAB是MATrixLABoratory的缩写，是一款由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。

MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。

除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言（包括C，C++和FORTRAN）编写的程序。

尽管MATLAB主要用于数值运算，但利用为数众多的附加工具（Toolbox）它也适合不同领域的应用，例如控制系统设计与分析、图像处理、信号处理与通讯、金融建模和分析等。

另外还有一个配套软件包Simulink，提供了一个可视化开发环境，常用于系统模拟、动态/嵌入式系统开发等方面。

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

它可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

第二章QAM调制解调技术研究及Simulink仿真

本章对QAM调制解调相关理论进行了分析研究，给出了调制端和解调端的结构框图；构建了16QAM和64QAM调制解调系统的Simulink的仿真模型，进行仿真验证；并基于Simulink对M-QAM调制解调系统进一步进行性能分析，所得结论为后面系统规划与设计奠定基础。

2.1QAM调制

正交幅度调制（QAM）是一种高效数字调制技术，具有很高的频谱利用率。

而传统数字调制技术是单独利用振幅和