基于MATLAB下的16QAM仿真.docx

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基于MATLAB下的16QAM仿真

1.课程设计目的

随着现代通信技术的发展，特别是移动通信技术高速发展,频带利用率问题越来越被人们关注.在频谱资源非常有限的今天，传统通信系统的容量已经不能满足当前用户的要求。

正交幅度调制QAM（QuadratUreAmPIitudeMOdUIatiOn）

以其高频谱利用率、高功率谱密度等优势，成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。

首先介绍了QAMM制解调原理，提出了一种基于MATLAB勺16QAMK统调制解调方案，包括串并转换，2-4电平转换，抽样判决，4—2电平转换和并串转换子系统的设计，对16QAM勺星座图和调制解调进行了仿真，并对系统性能进行了分析，进而证明16QAM≡制技术的优越性。

2.课程设计要求

（1）设计一个16QAMM制与解调系统。

（2）设计程序时必须使得程序尽可能的简单。

（3）利用MATLA进行程序编写并对系统进行仿真分析。

3.相关知识

随着现代通信技术的发展，特别是移动通信技术高速发展，新的需求层出不穷，促使新的业务不断产生，因而导致频率资源越来越紧张.在有限的带宽里要传输大量的多媒体数据，频谱利用率成为当前至关重要的课题，由于具有高频谱利用率、高功率谱密度等优势，16QAM技术被广泛应用于高速数据传输系统•在很多宽带应用领域，比如数字电视广播，Internet宽带接入，QAM系统都得到了广泛的应用.QAM也可用于数字调制.数字QAM有4QAM8QAM16QAM32QAM等调制方式.其中，16QAMFn32QAM^泛用于数字有线电视系统。

当今国际市场上出现了采用16QAMM制技术的卫通调制解调器，如美国COMTECEFDATA公司新推出的CDM-600该卫通调制解调器支持速率高达20Mbps［1］.

无线通信技术的迅猛发展对数据传输速率、传输效率和频带利用率提出了更高的要求。

选择高效可行调制解调手段,对提高信号的有效性和可靠性起着至关重要的作用.由于QAME经成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。

关于调制解调技术的仿真研究对于QAMS论研究和相关产品开发具有重要意义.

在简单分析QAM原理的基础上，以16QAM为例，提出了基MATLAB勺16QAM编解码系统仿真方案，设计了实际仿真模型。

仿真结果和分析表明，提出的方案可行,为QAMS信系统性能的研究提供了一种行之有效的分析方法。

本文旨在在

熟悉QAM调制解调原理的基础上，完成通信系统的设计并实现16QA碉试过程的MATLAB仿真。

设计其中的各种实现模块的参数，对整个系统进行仿真，并绘出各个模块的输出信号的波形，设计出16QA碉试过程中的串并转换子系统，2—4电平转换子系统，抽样判决子系统，4-2电平转换子系统及并串转换子系统.在此基础上，对QAMM制的性能进行分析。

4。

课程设计分析

4。

1调制简介

调制在通信系统中的作用至关重要。

所谓调制,就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。

广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）.载波调制,就是用调制信号去控制载波的参数的过程，即使载波的某一个或某几个参数暗中啊调制信号的规律而变化。

调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，也可以是数字的.未受调制的周期性震荡信号称为载波，它可以是正弦波,也可以使非正弦波（如周期性脉冲序列）。

载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。

基带信号对载波的调制是为了实现下列一个或多个目标：

第一，在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。

为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长相比拟，而基带信号包含的较低频率分量的波长较长，只是天线过长而难以实现。

但若通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，是已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配，这样就可以提高传输性能,以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。

第二，把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。

第三，扩展信号带宽，提高系统抗干扰、

抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换.因此,调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。

解调（也称检波）则是调制的逆过程,其作用是将已调信号中的调制信号恢

复出来.解调的方法可分为两类:

相干解调和非相干解调（包络检波）.相干解

调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波.本课题采用的是相干解调

4.2正交振幅调制系统

它是把2ASKffi2PSK两种调制结合起来的调制技术，使得带宽得到双倍扩展。

QAMM制技术用两路独立的基带信号对频率相同、相位正交的两个载波进行抑制载波双边带调幅，并将已调信号加在一起进行传输。

nQAM弋表n个状态的正交调幅，一般有二进制（4QAM、四进制（16QAM、八进制（64QAMO

我们需要得到多进制的QAMS号，需将二进制信号转换为m电平的多进制信号，然后进行正交调制,最后相加输出.

图4—1QAM信号产生原理图

QAMa号用正交相干解调方法进行解调，通过解调器将QAM言号进行正交相干解调后，用低通滤波器LPF滤除乘法器产生的高频分量，输出抽样判决后可恢复出的两路独立电平信号,最后将多电平码兀与二进制码兀间的关系进行m/2转换，将电平信号转换为二进制信号,经并/串变换后恢复出原二进制基带信号。

16QAM≡制框图：

二进制{ak}

Q（t）

图4-26QAM信号调制框图

16QAMR佳接收框图:

图4—316QAM最佳接收框图

（1）首先生成一个随机且长度为10000的二进制比特流，并画出了前50个比特的信号图（如图17所示）.

（2）在MATLA中16QAM调制器要求输入的信号为0—15这16个值,所以需要用函数reshape和bi2de将二进制的比特流转换为对应的十六进制信号.

（3）利用MATLA中的modem.qammo函数生成16QAM调制器，再通过其对信号进行调制并画出信号的星座图。

（4）通过awgn信道在16QAM≡号中加入高斯白噪声（假设Eb∕No=15dt）°

（5）利用MATLA中的scatterplot函数画出通过信道后接受到的信号的星座图。

（6）利用MATLA中的eyediagram函数生成经过信道后的眼图.

（7）利用MATLAB^的demodulate和modem。

qamdemo函数生成解调器对

16QAM≡号的解调，并将十六进制信号转化成二进制比特流信息。

（8）用得到比特流信息除以原始发送的比特流信息来计算误码率。

5.仿真

程序如下:

M=16;

k=log2（M）；

title（'二进制随机比特流’）；

x∣abel（’比特序列'）ylabel（’信号幅度’）;

分组,并排列成k行Iength（x）∕k列的矩阵

figure;

title（'16进制随机信号’）；

xlabel（’信号序列'）;ylabel（'信号幅度'）；

y=modulate（modem.qammod（M）,xsym）；%用16QAMH制器对信号进行调制

SCatterPlot（y）；％画出16QAM⅛号的星座图

text（real（y）+0.1,imag（y），dec2bin（XSym））;

axis（[-55—55]）;

EbNo=15；

Snr=EbNo+10*log10（k）-10*log10（samp）；%信噪比

yn=awgn（y,snr，’measured’）;％加入咼斯白噪声

h=scatterplot（yn，samp,0,b’）；％经过信道后接收到的含白噪声的信号

星座图

holdon；

SCatterPlOt（y，1,O，’k+’,h）；％加入不含白噪声的信号星座图

title（’接收信号星座图’）;

Iegend（’含噪声接收信号’，’不含噪声信号’）;

axis（［—55-55］）;

holdon；

eyediagram（yn,2）;%眼图

yd=demodulate（modem。

qamdemod（M）,yn）;%此时解调出来的是16进制信号z=de2bi（yd，’left—msb'）；%转化为对应的二进制比特流

z=reshape（z.',numel（z），1’）;

［number_of_errors，bit_error_rate］=biterr（x,z）

运行结果：

number_of_errors=0

bit_error_rate=0

6.仿真结果:

EJFigUre1

FilIeEdl⅛VieWinsertToOlSDeSktOPwindowHeIP

21⅛≡⅛JJriC⅛<~⅛O⅞>⅛2'皂□固I■叵

❻NDtenewtoolbarbutt□∣∏i⅛：

dp2bru莓Ihlng＆Iink电Cl¾⅛⅛XPlayJModX

图6-1二进制随机比特流

图6-216QAM信号序列

图6-316QAM信号的星座图

SCartterp∣∩t

-202In-Ph⅛se

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+⅛、的包7屋F

□目

SCatterplot

图6—4含白噪声的信号星座图

Eile£ditInWertIOOlSβesktopWindOWLielD

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In-PhaSe

图6-5不含白噪声的信号星座图

^igure2；E⅛eDiaC^alBn

＆—Ed∣itV>^vvInlSertTOOISDeStkdrOPWindowHeiP

图6-6眼图

6.主要仪器与设备

装有MATLA的PC机一台

7.设计体会

课程设计做完了，总结一下，我想我还是收获了不少。

从一开始选题时的不自信（怕自己做不出）到最后我比较圆满的完成这次课程设计,正好应征了一句老话：

“功夫不负有心人”。

选完题后，我并不知道该如何动手，所以我只有看书。

通过看书，我掌握了16QAMM制与解调的原理并决定从星座图开始入手.从而最终将系统程序编写出来。

除了掌握了课本上的知识外，通过这次课程设计我更加熟练了MATLAB勺使用方法.从以前一看到MATLAE就郁闷到现在渐渐地喜欢上MATLAB编写程序，我知道了学习的乐趣.“功夫不负有心人”,即使你遇到了世上再难的事情，只要你有心，你就都会迎刃而解。

8.参考文献

1、樊昌信，曹丽娜。

通信原理（第六版）。

国防工业出版社。

2、孙祥,徐流美，吴清。

MATLAB7.0基础教程.北京：

清华大学出版社。

3、唐向宏,岳恒立，邓雪峰.MATLA及在电子信息类课程中的应用。

电子工业出版社