1、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(QuadratUre AmPIitude MOdUIatiO n)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,42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
2、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
3、.QAM也可用于数字调制.数字 QAM有4QAM 8QAM 16QAM 32QAM 等调制方式.其中,16QAMFn 32QAM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 COMTECEF DATA公司 新推出的CDM-600该卫通调制解调器支持速率高达 20Mbps1.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
4、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,24 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
5、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
6、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
7、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2ASKffi 2PSK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
8、后进行正交调制,最后相加输出.图41 QAM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akQ(t)图4-2 6QAM信号调制框图16QAMR佳接收框图:图43 16QAM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
9、16QAM调制器要求输入的信号为015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 EbNo=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
10、,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);xabel(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 16QAM 号的星座图text(real(y)+0.1,imag(y
11、),dec2b in( XSym));axis(-5 5 5 5);EbNo=15;Sn r=EbNo+10*log10(k)-10*log10(samp); % 信噪比yn=awg n( y,s nr,measured); 加入咼斯白噪声h=scatterplot(y n, samp,0,b); 经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图hold on;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(5 5 -5 5);hold on;eyediagram(y n,2); % 眼图
12、yd=demodulate(modem。qamdemod(M),y n); % 此时解调出来的是 16 进制信号 z=de2bi(yd,leftmsb); % 转化为对应的二进制比特流z=reshape(z. ,nu mel(z),1);nu mber_of_errors,bit_error_rate=biterr(x,z)运行结果:nu mber_of_errors =0bit_error_rate =06.仿真结果:EJ FigUre 1FilIe Edl VieW insert ToOlS DeSktOP window HeIP21 J Jri C 2 皂 固 I 叵 NDte new
13、toolbar butti: dp2 bru莓Ihlng Iink电Cl X Play JMod X图6-1二进制随机比特流图6-2 16QAM信号序列图6-3 16QAM信号的星座图SCartter pt-2 0 2 In-Phse3 2 Iol 2 3 - - sun 远 P 当Cit+、的包7屋F目SCatter plot图64 含白噪声的信号星座图Eile dit InWert IOOlS esktop WindOW LielD吕 ICJ JHU 11- 3 2 Iol 2 3巴 ns-lp2 2In-PhaSe图6-5不含白噪声的信号星座图igure 2; Ee DiaCalBn E
14、dit Vvv InlSert TOOIS DeStkdrOP Window HeiP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。MATLAB 7.0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
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