基于MATLAB的QAM调制解调技术研究毕业设计论文 精品.docx
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基于MATLAB的QAM调制解调技术研究毕业设计论文精品
西安邮电大学
毕业设计（论文）
题目：
基于MATLAB的QAM调制解调
技术研究
西安邮电大学
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
指导教师
职称
讲师
学院
通信与信息工程学院
专业
通信工程
题目
基于MATLAB的QAM调制解调技术研究
任务与要求
1.查阅相关资料，学习调制解调基本理论与各种调制解调技术。
2.研究各种数字调制技术，重点研究QAM调制解调原理。
3.在MATLAB环境下设计一个16QAM调制解调系统，并对系统进行模拟，对仿真结果进行分析总结。
4.总结研究成果，撰写毕业设计论文。
开始日期
2014年3月3日
完成日期
2014年6月15日
院长（签字）
2014
年
3
月
7
日
西安邮电大学
毕业设计（论文）工作计划
2014年3月10日
学生姓名指导教师***职称
学院通信与信息工程学院专业通信工程
题目基于MATLAB的QAM调制解调技术研究
工作进程
起止时间
工作内容
3月3日至3月17日搜集整理与毕业设计相关的资料，学习相关资料
主要是调制解调相关知识。
3月18日至3月25日学习MATLAB语言编程方法。
3月26日至4月7日研究用MATLAB语言仿真分析QAM调制解调的方法。
4月8日至5月19日在MATLAB环境下设计一个16QAM调制解调系统，并对
系统进行仿真分析。
5月20日至6月8日总结前面的工作和整理所有资料，撰写毕业论文并完
成英文资料的翻译。
6月9日至6月15日继续完善毕业论文，准备答辩。
主要参考书目（资料）
主要参考书目（资料）
（1）曹志刚，钱亚生.现代通信原理[M].清华大学出版社.1992年8月.
（2）王立宁，乐光新，詹菲.MATLAB与通信仿真[M].人民邮电出版社.2000年1月.
（3）樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].国防工业出版社.2006.
（4）李白萍.现代通信理论[M].西安电子科技大学出版社.2006.
主要仪器设备及材料
1.计算机一台
论文（设计）过程中教师的指导安排
每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记和仿真程序。
对计划的说明
本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整，最终一定按毕业设计规定结束日期完成。
西安邮电大学
毕业设计（论文）开题报告
通信与信息工程学院院（系）通信工程专业级班
课题名称：
基于Matlab的QAM调制解调
技术研究
指导教师：
报告日期：
2014年3月11日
1．本课题所涉及的问题及应用现状综述
在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。
近年来，随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标之一。
为了提高其性能，人们对这些数字调制体制不断加以改进提出了多种新的调制解调机体。
这些新的调制解调体制，各有所长分别在不同的方面有其优势。
正交振幅调制QAM（QuadratureAmplitudeModulation）就是一种频谱利用率很高的调制方式，正交振幅调制是二进制的PSK、四进制的QPSK调制的进一步推广，通过相位和振幅的联合控制，可以得到更高频谱效率的调制方式，从而可在限定的频带内传输更高速率的数据。
正交振幅调制在大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。
在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。
过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。
QAM数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、DVB网关、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可根据需要选择中频输出。
它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛的应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。
作为国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式之一，正交振幅调制（QAM）在移动通信中频谱利用率一直是人们关注的焦点之一，随着微蜂窝（Microcell）和微微蜂窝（Picocell）系统的出现，使得信道的传输特性发生了很大变化，接收机和发射机之间通常具有很强的支达分量，以往在蜂窝系统中不能应用的但频谱利用率很高的WAM已引起人们的重视，许多学者已对16QAM及其它变型的QAM在PCN中的应用进行了广泛深入地研究。
本文论述了适用于数字通信系统的正交幅度调制解调方式。
实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对于这个系统作出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。
而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。
Simulink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。
Simulink作为Matlab提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包，提供了仿真所需的信源编码、纠错编码、信道、调制解调以及其它所用的全部库函数和模块。
可见，不管对任何复杂的通信系统，用Simulink对其仿真都是一个不错的选择。
MATLAB对16QAM调制与解调过程进行仿真，并且利用MATLAB对各个模块进行仿真，而且编译了所有的仿真程序。
最后用蒙特卡洛仿真给出了16QAM在加性高斯白噪声条件下的误码率。
完成了一个16QAM信号的调制与解调的完整设计。
2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析
关键问题：
1.用Matlab对/16QAM/64QAM的调制与解调,
2.16QAM/64QAM生成原理,如何提高相位谱利用率转变为如何减少误差以及提高传送速率.
3.16QAM/64QAM调制解调系统实现与仿真。
4.16QAM/64QAM的抗噪声性能研究。
5.16QAM与2DPSK系统抗噪声性能比较
解决思路：
1.对16QAM调制解调系统基本原理进行了较为深入地理解与分析，并且根据其原理构建了Simulink的仿真模型。
2.较为熟悉地掌握了Matlab/Simulink软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法。
3.利用Matlab/Simulink实现了16QAM调制与解调系统的设计，实现与仿真，并得到相应的调制解调波形，发现解调信号波形与输入信号波形存在一定时延，所以该系统的实时性有不足，但并不影响对误码率的检测，以及系统能够的抗噪声性能。
4.对16QAM调制解调系统的抗噪声性能进行分析，通过仿真得到了16QAM系统的误码率曲线，曲线趋势与理论曲线基本一致。
5.将16QAM调制解调系统与2DPSK系统的抗噪声性能进行对比，获得了他们两者的误码率曲线，进行比较，发现16QAM的抗噪声性能不如2DPSK，这是与理论相符的，也即，当信噪比一定的情况下，M越大，误码率Pe也越大。
从仿真过程看，在相同信噪比的条件下，16QAM的加性白噪声的功率远大于2DPSK的加性白噪声的功率，故16QAM调制解调系统一般工作在大信噪比的环境下，其误码率将很小，也就是说，两个系统在同等噪声条件下，16QAM的抗噪声性能是相当优越的。
可行性分析：
本文是设计是基于Simulink的QAM调制实现的。
首先介绍QAM调制解调系统的基本原理，然后介绍了实现通信方针的应用软件Simulink的库的基本知识及系统建模与仿真的基本操作。
重点是以16QAM调制解调系统为例，根据其调制解调原理系统框图，在Simulink环境下建立各个模块的模型图，如串并转换模块,2/4电频转换模块等，设置参数并进行仿真。
实现QAM系统的调制与解调，并得到了各模块的波形图，调制解调波形图，以及信号在加噪后的星型图及眼图而在信号变换条件下，得到166QAM系统的误码率。
最后，在做一个2DPSK系统设计与仿真后，将他与16QAM系统进行比较，并得到16QAM是一种相对优越的调制解调系统这一结论。
3．完成本课题的工作方案
1.2014.3.3-2014.3.17搜集整理与毕业设计课题相关的资料，学习相关资料，主要是调制解调的相关知识，特别是正交振幅调制即QAM调制。
2.2014.3.18-2014.3.25学习MATLAB语言编程方法，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,通过simulink实现通信仿真，对QAM与matlab有一个系统的认识。
3.2014.3.26-2014.4.7研究用MATLAB语言仿真分析QAM调制解调的方法，撰写开题报告。
4.2014.4.8-2014.5.19在MATLAB环境下设计一个16QAM调制解调系统，并对系统进行仿真分析，并对16QAM与2DPSK系统抗噪声性能比较。
5.2014.5.20-2014.6.8总结前面的工作和整理所有资料，撰写毕业论文并完成英文资料的翻译。
6.2014.6.9-2014.6.15继续完善毕业论文，反复修改和补充，准备答辩。
4．指导教师审阅意见
指导教师（签字）：
年月日
说明：
本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在毕业论文（设计）正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。
西安邮电大学毕业设计（论文）成绩评定表
学生姓名
性别
男
学号
专业班级
课题名称
基于MATLAB的QAM调制解调技术研究
课题
类型
通信工程
难度
一般
毕业设计（论文）时间
2014年 3月 3日～ 6月 15日
指导教师
（职称讲师）
课题任务
完成情况
论文（千字）；设计、计算说明书（千字）；图纸（张）；
其它（含附件）：
指导教师意见
分项得分：
开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；
论文撰写（规范）分；学习态度分；外文翻译分
指导教师审阅成绩：
指导教师（签字）：
2014 年 月 日
评
阅
教
师
意见
分项得分：
选题分；开题调研论证分；课题质量（论文内容）分；创新分；
论文撰写（规范）分；外文翻译分
评阅成绩：
评阅教师（签字）：
2014年 月 日
验
收
小
组
意
见
分项得分：
准备情况分；毕业设计（论文）质量分；（操作）回答问题分
验收成绩：
验收教师（组长）（签字）：
2014 年 月 日
答
辩
小组
意
见
分项得分：
准备情况分；陈述情况分；回答问题分；仪表分
答辩成绩：
答辩小组组长（签字）：
2014年月日
成绩计算方法
（填写本系实用比例）
指导教师成绩20（％）评阅成绩30（％）验收成绩30（％）答辩成绩20（％）
学生实得成绩（百分制）
指导教师成绩评阅成绩验收成绩
答辩成绩总评
答
辩
委
员
会
意
见
毕业论文（设计）总评成绩（等级）：
学院答辩委员会主任（签字）：
学院（签章）
2014年月日
备
注
西安邮电大学毕业论文（设计）成绩评定表（续表）
摘要
自从通信行业发展以来，人们对通信的需求量是成几何形增长的。
通信业务的发展实际上可以说是广大用户的需求推动的。
随着人们对通信需求量的增大和通信距离的要求，人们开始研究怎样在有限的频带资源里实现尽可能大的信息量传输，所以在这种情况下数字调制理论与技术也适应人们的需求迅速发展，随着人们对数字通信技术在其容量和远距离方面的研究，通信领域的专家对新的调制解调的研究与探索从未停息过。
但是随着研究与探索一些新的问题又出现在我们的面前。
在这种情况下，传统的数字调制解调方式受到了挑战，因此需我们迫切需要采用新的数字调制方式来满足人们的需求，新的调制方式通过少信道对传输信号的影响来提升频带利用率。
这些技术的的体现就主要是围绕充分节省频谱和高效率地利用频带展开的。
我们通过研究以往的数字调制与模拟调研究其有点特性将二者中可利用的部分组合起来形成一种满足人们需求的新的调制方式。
都有自己的优点与缺点，总的来说各有所长。
正交振幅调制一种通过这种方法的出的一种新的调制方式，它就是线性的幅度调制与非线性的相位调制结合到一起提高频谱效率，这样在就可在限定的频带宽度内频带资源就会被充分利用。
下面首先就本次设计的所用的软件做一个简单的介绍。
主要简单介绍其仿真方式及其功能作用。
然后根据QAM调制的工作原理做出一个简单的仿真框图，然后根据框图利用SIMULINK进行仿真，最后对其仿真结果进行分析，从而对QAM的性能有一个清楚的认识。
关键词：
仿真调制频谱利用率
ABSTRACT
Sinceitscommunicationsindustry,thereisgeometricgrowthintrafficdemand.Communicationbusinessdevelopmentcanbesaidtobeactuallypromotedbytheneedsofourusers.Asthedistanceincreasesdemandforcommunicationsandcommunicationsrequirements,peoplebegantostudyhowbandswithlimitedresourcestoachievethegreatestpossibleamountoftransmission,Sointhiscasetheoryofdigitalmodulationandrapiddevelopmentoftechnologyadaptedtopeople'sneeds,asdigitalcommunicationstechnologyinrelationtoitscapacityanddistancestudies,communicationsexpertsinthefieldsofresearchandexplorationofnewmodulationanddemodulationnevercease.Butastheresearchandexplorationonnewproblemsappearedinfrontofus.Inthiscase,thechallengedtraditionalmethodsofdigitalmodulationanddemodulation,soweurgentlyneedanewdigitalmodulationtomeetpeople'sneeds,newmodulationbysmallchannelstotrafficsignalstoimprovebandwidthutilization.Fullembodimentofthesetechnologieswillmainlyaroundtheeconomicalandefficientuseofthespectrumband.Throughresearchandsimulationresearchofdigitalmodulationinthepastthekindofattributesavailableinbothsectionscombinedtoformanewmodulationschemesformeetingtheneedsofpeople.Allhavetheirstrengthsandweaknesses,generallywithdifferenttalents.Quadratureamplitudemodulationamethodbywhichanewmodeofmodulation,itisalinearcombinationofnonlinearphasemodulationandamplitudemodulationtoimprovespectrumefficiency,withinsuchalimitedbandwidthbandwidthresourcesarefullyutilized.
Followingthisfirstdesignsoftwareusedbyasimpleintroduction.Mainbriefemulationmodeanditsfunction.AndthenbasedonQAMmodulationprincipleofsimulationofasimpleblockdiagram,andthenaccordingtotheblockdiagramsimulationusingSIMULINK,andfinallyanalysisofthesimulationresultsandthushasaclearunderstandingoftheperformanceofQAM.
Keywords:
modulationspectrumsimulationusage
引言
随着人们对通信需求量的增大和通信距离的要求，人们开始研究怎样在有限的频带资源里实现尽可能大的信息量传输。
所以在这种情况下数字调制理论与技术也适应人们的需求迅速发展。
我们通过研究以往的数字调制与模拟调研究其有点特性将二者中可利用的部分组合起来形成一种满足人们需求的新的调制方式。
都有自己的优点与缺点，总的来说各有所长。
正交振幅调制一种通过这种方法的出的一种新的调制方式，它就是线性的幅度调制与非线性的相位调制结合到一起提高频谱效率，这样在就可在限定的频带宽度内频带资源就会被充分利用。
在现有通信系统中正交振幅这种多进制调制方式的面世为我们在很多研究领域提供了更有效快捷的调制方式。
所以这种新的调制方式使我们的思维面更加广阔，也能使我们面对一个通信系统是能够多样性的去解决一个系统的传输问题。
虽然这类新型调制机制比较复杂，但随着通信技术领域的发展尤其是电子通信方面的集成电路和移动通信中的信号处理技术等的发展，是复杂的问题变得简单化我们可以利用少量的集成电路模块就能轻松地实现其功能。
它由于配置灵活和性能指标相对优越等特点，在数字有线电视传输领域和数字MMDS系统被人们所衷爱。
因为正交振幅调制作作为通信领域比较重要的通信方式之一，所以许多通信领域的专家开始已对16QAM及其它变型的QAM在PCN中的应用进行研究。
1 绪 论
１.1 SIMULINK与仿真
Simulink是一种简单易懂的仿真软件，通信仿真就是通过它来搭建仿真模块，使理论上的通信系统比较直观的表现出来，从而可以通过它来判断该通信系统的性能以及判断一些我们需要证实的理论，也是我们对新型通信系统的研究及对通信的改造的一种重要工具。
无论在学术研究中还是在工程实践中，我认为仿真都是不可或缺的一部分，尤其是在通信仿真中。
因为实际的通信系统的结构组成以及它所能实现的功能都是很繁琐的，所以无论我们对这个系统的任一环节或者步骤做出变更都可能影响到整个系统的输出结果及性能的稳定。
1.２ ＱＡＭ简介
随着人们对通信需求量的增大和通信距离等方方面面的需求，人们开始研究怎样在有限的频带资源里实现尽可能大的信息量传输。
QAM新型的在频谱利用率方面有较大优势的调制方式，QAM非常适用于频带资源有限的区域，在这类场合QAM调制可以最大限度的发挥自身优势，例如，因为电话的带宽通由于条件影响要限制在话音频带（300HZ-400HZ）范围内，所以如果在这类情况下要提高数字信号的速率，QAM是一种比较理想的调制方式。
所谓正交振幅调制是一种面向数字信号的调制方式其原理是在调制中分别以载波信号的幅度和其相位来表示不同的数字比特编码，这种调制方式将正交载波技术与多进制完美的结合了起来同时也达到了提高频谱利用率的目的。
这种正交振幅调制方式通常有四进制QAM（l6QAM）、八进制QAM（64QAM）、二进制QAM（4QAM）等等。
多进制正交振幅调制，可记做MQAM（M>2）。
如果想要提高频带利用率和充分利用其带宽资源理论是只需增大其M的取值。
下面是MQAM的矢量图。
1.２.１ MQAM信号
MQAM信号表示式可写成
（1-1）
其中，振幅用Ai和Bi来表示
（1-2）
选择正交的基本信号为
（1-3）
在信号空间中MQAM信号点
（i,j=1,2,…,L）（1-4）
图1-1MQAM信号矢量图（星座图）
现在我们想对MQAM信号与MPSK做一个简单的对比，从而分析一下两种信号的性能。
如此我们可以假设M为16的情况即取一个特列来研究我们可以在图1-3和1-4中假设最大振幅相等的条件下，画出它们的矢量点位图，我们用Am来表示最大振幅，d1，d2分别表示16PSK与16QAM的相邻矢量端点的欧氏距离，我们可以根据d1与d2的值直观的判断噪声容限的大小。
16PSK
（1-5）
16QAM
（1-6）
由式1-5和1-6可知在最大振幅（功率）相等的情况下d1比d2小了大约1.57dB。
但这种情况没有考虑这两种信号的差别，对于16QAM来说在概率相同的条件下，其最大功率与平均功率之比为1.8，也就是2.55dB，而对于16PSK来说其平均功率就可视为是最大功率，换言之二者是相等的。
因此我们就要想比较其抗噪性，使二者的平均功率相等即可，就知道了相对来说16QAM的抗噪性能还是比较好的。
图1-216QAM和16PSK的星座图
对于MQAM信号来说M的取值是不唯一的，所以MQAM信号的矢量图也是不唯一的。
好比当M值为4是其星座图其实是个正方形，为32时是个六边形，是64时又是个长方形。
由此可见M取值不同时得到的星座图的形式也不
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