基于MATLAB下的16QAM仿真.docx

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