基于MATLAB的QAM调制解调技术分析.doc

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基于MATLAB的QAM调制解调技术分析

基于MATLAB的QAM调制解调技术分析

【摘要】当今频谱资源很大一部分已经被利用，随着用户数量的不断增加，对业务需求量不断地提高，在所剩无几的频谱资源如何才能够承载用户的需求，QAM凭借着自身高频谱利用率，低误码率，抗干扰性极强等优势已经被国际上众多移动专家所关注与研究。

本次毕业设计所研究的课题是基于MATLAB的QAM的调制与解调技术分析，着重研究与分析QAM调制与解调过程中所涉及的各个模块，其中发射端包括二进制信号输入模块，电平转换模块，串并转换模块，信号调制模块，信号解调模块，每个模块都是通过MATLAB建立子函数来实现来模拟实现，其中加进了星座图，眼图，频谱图，误码率曲线图来对比分析不同调制进制的QAM调制系统性能，同时在这个基础上给系统加上高斯白噪声，对加噪后系统进行如上的相同的分析[1]。

【关键词】：

QAM，MATLAB，调制与解调，星座图，眼图，误码率

QAMModulationandDemodulationAnalysisBaseonMATLAB

【Abstract】Today,alargepartofthespectrumresourceshasalreadybeenused,asthenumberofusersandthedemandforbusinessconstantlyincreasing,QAMrelyingonitshighspectrumutilizationratioandlowerrorrate,stronganti-interferenceadvantagescatchnumerousmobileexpertsconcernanddoresearchonit.ThegraduationdesignresearchtopicisQAMmodulationanddemodulationtechnologybaseonMATLAB,thispaperstudiesandanalysisofQAMmodulationanddemodulationprocessinvolvedeachmodule,includingthebinarytransmittingterminalinputmodule,levelconversionmodule,stringandconversionmodule,signalmodulationmodule,signaldemodulationmodule,everymoduleisestablishedthroughMATLABtorealize,thisprocessincludedaconstellationdiagram,eyediagram,thefrequencyspectrumgraph,biterrorratecurvetoanalysisdifferentlevelmodulationsystemofQAMperformance,atthesametime,addgaussianwhitenoiseontheprevioussignal,anddothesameanalysislikepreceding[1].

【keywords】QAM,MATLAB,modulationanddemodulation,constellationdiagram,biterrorrate

【目录】

第一章：

绪论 1

1.1QAM背景、研究目的及意义 1

1.2QAM的最新研究状况 2

1.3本文研究的内容及结构 3

第二章：

MATLAB的简介 4

2.1MATLAB的简述和基本功能 4

2.2MATLAB应用平台结构 4

2.3MATLAB的优势 4

2.4MATLAB的应用领域 5

第三章：

正交振幅系统 6

3.1调制与解调 6

3.1.1调制简介 6

3.1.2解调简介 6

3.1.3数字通信系统构成及各模块的说明 7

3.2QAM系统的简介 8

3.2.1QAM调制和星座图简介 8

3.2.2串/并简介 10

3.2.3形成载波 10

3.2.4QAM调制信号的形成 11

3.2.5正交调幅的解调和判决 11

3.3QAM的优缺点 12

3.4QAM的主要应用领域 13

3.5QAM的误码率性能分析 14

3.6QAM眼图 15

第四章：

16QAM仿真 17

4.1基于MATLAB的16QAM仿真 17

4.1.1信号源 17

4.1.2电平转换 17

4.1.3QAM调制 19

4.1.416QAM星座图 19

4.1.516QAM频谱 21

4.2对16QAM加入高斯白噪声系统仿真 22

4.2.116QAM系统加入高斯白噪声后的星座图 22

4.2.216QAM在不同信道噪声强度下的误码率 23

4.2.316QAM在高斯信道中的性能 24

4.3基于MATLAB的MQAM的仿真 25

4.3.1信号源 25

4.3.2电平转换 26

4.3.3MQAM星座图 26

4.3.4MQAM在高斯信道中的性能 27

4.3.5不同进制调制的眼图对比 28

4.416QAM与MQAM的性能对比 30

总结与展望 31

致谢 32

参考文献 33

附录 34

第一章：

绪论

1.1QAM（QuadratureAmplitudeModulation）背景、研究目的及意义

随着频带资源的日益减少，加上用户数量不断增加对业务需求量不断提高，在剩余的频带中，如何充分利用频带，成为迫在眉睫的话题。

QAM以其高频谱利用率，抗噪性能强，高功率谱密度等优点被广泛地研究与应用。

数字QAM有4QAM,8QAM,16QAM,32QAM，正常情况下，一个码元传递的是1bit的信息，但是多进制的QAM调制技术随着M的增大，所传递的信息量也随之增大，例如16QAM一个码元就传递4bit信息量，64QAM一个码元传递6bit的信息量。

MQAM在提高QAM频带利用率的同时对误码率的影响并不是特别大。

其中16QAM和32QAM调制解调技术被广泛应用于有线电视系统中。

QAM调制系统主要是应用于现代数字移动通信中，相比于以往的通信系统，数字通信系统具有不少优势。

模拟信号是指信号在时间轴上是连续的，但是信号经过长距离的传输会导致信号的失真严重，抗噪性能差，同时模拟信号中有个致命的缺点是在有限的频带资源里，所能够容纳的用户数量极其有限。

虽然数字信号的系统凭借自身的优势逐渐取代了模拟通信系统,其中的优势包括数字通信搞数据传输速率，信号易于加密，安全性较强，同时数字信号可以通过编码对信息差错起到一个可以控制的作用，频带资源可以复用，因此可以容纳大量的用户数量。

数字通信系统优越性能，主要是能够提高数据传输效率，能够抵抗较强的外界干扰，已调信号的解调简单，并且能适应由于外部环境造成的信道衰落。

但是就目前来看，数字系统虽然发展速度让人吃惊，模拟系统依然拥有数字系统无法取代的特点。

模拟通信技术发展到现在已经相当成熟，并且模拟信号十分平滑，而数字通信传输的数字信号永远都是脉冲响应，因此是无法达到平滑的程度。

调制技术的好坏决定着整个通信系统的好坏。

我们所熟悉的技术有仅有振幅调制的ASK,仅有频率调制的FSK,仅有相位调制PSK,QPSK等,而QAM作为一种特殊的调制技术是在ASK和PSK这些单一的调制方式组合的基础上发展出来的,其性能优于仅进行单一变量的调制方式。

本课题对QAM基于MATLAB调制与解调技术的学习与研究对于QAM的理论有了进一步深刻的理解并且对相关产品的推陈出新具有一定的意义[2]。

1.2QAM的最新研究状况

QAM的调制实质上是利用两个基带信号分别对同频相位相差90度，正交的一对载波实行调制，将已调的信号合并起来送到发射机上。

QAM调制技术有许多方面的应用，电视系统中的制式，像我国利用的就是PAL制式，该制式中的不同颜色的相关分量利用正交载波传递的。

QAM不仅在模拟信号系统中有许多应用同时在数字信号系统中也有众多应用。

QAM在数字电视中起着非常重要的作用，如今我国和欧洲各国在有线数字电视上都采用QAM调制技术。

数字电视使得了我们的生活更加丰富多彩，除了如同以往的观看电视节目之外，如今的数字电视提供不少人性化的服务比如：

软件可供下载，购物，点播节目等。

数字电视通常是将正交调幅调制器设置在电视台的发射端，信号在压缩之后，送到QAM调制器，调制器将接收到的信号进行RS编码之后就可以将已编的射频信号发送到电视网络上进行传送。

在接收终端机顶盒起着极其重要的作用，机顶盒首先将收到的高频信号，高频信号无法被电视机所解读，因此必须转化为中频信号。

转换之后的中频信号还是模拟信号，电视机只能识别数字信号，因此需要通过机顶盒中的A/D模块对模拟信号进行采样，量化，编码等来实现数字化，再者通过机顶盒内设的QAM解调器模块能够使数字信号能被接收端所读懂的数据流。

未来的通信服务肯定朝着高速率，多业务量的趋势发展，如正在崛起的WIMAX技术中文叫全球微波互联网接入技术采用的就是QAM调制技术，该种技术是新兴一种通信技术，它代表一种新兴的互联网标准。

WIMAX基站台的发射功率比WiFi的大得多了，因此WAIMAX的传输距离比WiFi远得多，WIMAX能将无线信号传输至50公里远，这是无线局域网所不能相提并论的。

当然这个优势的前提是在授权的频带范围内传输。

市场上已推出的成熟新产品决定了现在WIMAX和WiFi的基站台的设置速率，WiFi的发展远远早于WIMAX，技术上和产品上都相对成熟很多。

理论上WIMAX的传输速度可高达324Mbyte/s,WiFi传输速度可高达108Mbyte/s，WIMAX所能提供的速率将是如今正被广泛应用的3G系统的30几倍，这对通信系统来说无疑是一个惊人的跨越，所以WIMAX能够提供更优于WiFi互联网体验，其次WIMAX的调制技术的保密性是优于WiFi的，但是WIMAX说到底还只是一项局域网的技术，无法成为通信系统的技术，另外WIMAX还是无法实现用户移动时不中断切换，由于用户的移动进入不同的小区会引起通信的故障，这将给用户造成极大的困扰，而解决这一困扰WIMAX只能是依靠802.16m标准，但是这个标准目前还存在着极大的不确定性。

在WiFi已经成熟的背景下，因此WIMAX的发展方向朝着跟WiFi不一样的发展方向即无线ISP企业。

如今16QAM被应用于卫星通信系统中。

卫星通信技术支持的最高速率可以达到20Mbps。

所谓卫星通信就是利用卫星来实现用户对信息量的需求，1颗同步卫星所能辐射的面积高达地球表面的1/3，要实现全球通信只需要3颗就能够实现全球覆盖，同步卫星一般是用来实现洲际通信或是在远洋船方面的通信。

但是同步卫星通信系统还是无法应用于手机上，因此一般是利用中低轨道上的卫星来实现手机通信，这些卫星的覆盖面远远比不上同步卫星，但是其覆盖面还是大于蜂窝系统。

同时QAM调制技术被用于卫星通信系统，相比较而言，QAM是用码元错误的概率来换取较高的频带利用率，为了达到跟其他调制方案有相同的码