6QAM调制解调系统仿真毕业设计

1、 目 录摘要iabstractii第一章 绪 论1第1.1节 课题背景、目的及意义1第1.2节 课题国内外研究概况1第1.3节 本文主要内容和结构安排2第二章 matlab简介3第2.1节 matlab概述3第2.2节 matlab系统结构4第2.3节 matlab的优势5第三章 正交振幅调制83.1调制简介83.2正交振幅调制系统83.2.1 qam简介83.2.2 16qam调制解调原理10第四章 基于matlab的16qam调制解调系统仿真13第4.1节 16qam调制模块的建立与仿真134.1.1 信号源134.1.2 串并转换134.1.3 2-4电平转换144.1.4 增加载波15

2、4.1.5 调制信号形成16第4.2节 16qam调制信号的噪声叠加17第4.3节 16qam解调模块的建立与仿真174.3.1 滤波器184.3.2 抽样判决和4-2电平转换184.3.3 并串转换19第4.4节 qam性能分析204.4.1 16qam抗噪声性能仿真204.4.2 16qam信号与其它调制信号的性能比较21第五章 结论与总结23致 谢24参考文献25附录i26ii 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发

3、表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本

4、人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：

5、年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优

6、良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论

7、意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结

8、构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘要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

9、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 amplitude modulation)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。本文首先介绍了qam调制解调原理，提出了一种基于matlab的16qam系统调制解调方案，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的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调制技术的优越性。关键词 正交振幅调制；matlab；调制解调；仿真abstractwith the devel

10、opment of modern communications technology, especially the rapid development of mobile communication technology, the problem of bandwidth efficiency is atttracting people attention. in limited spectrum resources today, traditional communication system capacity can not meet the requirements. for its

11、high spectrum efficiency, high power density advantage into broadband wireless access and wireless video communications, qam(quadrature amplitude modulation)is an important modulation methodthis article first introducd the principle of 16qam modulation/ demodulation. then, a simulation scheme for th

12、e 16qam modulation/ demodulation system based on the matlab platform is proposed, including serial/parallel conversion, 2-4 level conversion, sample sentence, 4-2 level conversion and parallel/serial conversion. last, get drawing of the constellation chart and the modulation/ demodulation chart of t

13、he 16qam system. analyse the performance of the system and prove the superiority of 16qam modulation.keywords ：qam ;matlab;modulation/demodulation; simulation第一章 绪 论第1.1节 课题背景、目的及意义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，16

14、qam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4qam、8qam、16qam、32qam等调制方式。其中，16qam和32qam广泛用于数字有线电视系统。当今国际市场上出现了采用16qam调制技术的卫通调制解调器，如美国comtech ef 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。选择高效可行的调制解调手段，对提高信号的有效性和可靠性起着至关重要的作用。由于

15、qam已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qam理论研究和相关产品开发具有重要意义。matlab是矩阵实验室（matrix laboratory）的简称，是美国mathworks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括matlab和simulink两大部分。本文在简单分析qam原理的基础上，以16qam为例，提出了基matlab的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qam通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

16、悉qam调制解调原理的基础上，完成通信系统的设计并实现16qam调试过程的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16qam调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qam调制的性能进行分析。第1.2节 课题国内外研究概况目前，我国的有线电视采用dvb-c标准。dvb系统的信源编码统一使用mpeg-2编码。模拟信号经抽样、量化、编码后形成的数字基带信号，其码率很高，占用的频带也很宽。qam(quadrature amplitude modulation

17、)就是用两个调制信号对频率相同、相位正交的两个载波进行调幅，然后将已调信号加在一起进行传输或发射。在ntsc制和pal制中形成色度信号时，用的就是正交调幅方式将两个色差信号调制到色度副载波上。对于标清信号，在有线电视网传输时，一般采用64qam调制方式。如果符号率采用6.875m符号/秒，信道编码采用rs编码(204，188)，按每套节目的速率为6mbps，每个频道的最高传输速率为6.875 641.25mbps，每个频道的有效传输速率为41.25 (188/204)38.01mbps，故每个频道可以传输的节目数量为38.01 66.33个。作为发展趋势的hdtv信号，未经压缩时的数据为663

18、.5mbit/s，压缩后为31.8mbit/s(压缩比20.81)。如果采用64qam调制频带利用率达到6bit/s/hz，传输带宽为31.8 65.3mhz。也就是说，在现有的有线电视系统中，采用64qam调制方式，每个频道可以传输一路高清或6路标清信号，提高了信道利用率。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qam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

19、行了广泛深入地研究。这是近年来被国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式。第1.3节 本文主要内容和结构安排 频带利用率是所传输的信息速率（或符号速率）与系统带宽之比值，其单位为bit/s/hz（或为baud/hz).而 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。qam因其较高的频带利用率得到了广泛的应用，本文借助matlab，以16qam为例，对16qam的调制解调系统进行仿真，并计算16qam调制在不同信道噪声强度下的误码率。 本文的第1章介绍了研究正交振幅调制的背景，目的，意义及国内外的研究概况。第2章介绍了matlab仿真软件。第3章介

20、绍了正交振幅调制，并已16qam为例，介绍了它的调制解调原理。第4章以16qam为例，以matlab为平台，对16qam的调制解调系统进行仿真，并对16qam系统的性能进行分析。第5章是对该课题研究现状做了简要的总结。最后是致谢，参考文献和附录部分。第二章 matlab简介第2.1节 matlab概述matlab是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解

21、决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如c、fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。图2-1 matlab开发工作界面 matlab和mathematica、maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用matlab来解算问题要比用c，fortra

22、n等语言完成相同的事情简捷得多，并且matlab也吸收了像maple等软件的优点，使matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对c，fortran，c+，java的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到matlab函数库中方便自己以后调用，此外许多的matlab爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。matlab 产品族可以用来进行以下各种工作： 数值分析、 数值和符号计算、 工程与科学绘图 、控制系统的设计与仿真、 数字图像处理技术、 数字信号处理技术、 通讯系统设计与仿真 、财务与金融工程和管理与调度优化计算（运筹学） matlab 的应

23、用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用matlab 函数集）扩展了matlab 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。 第2.2节 matlab系统结构matlab系统由matab开发环境、matlab数学函数库、matlab语言、matlab图形处理系统和matlab应用程序接口（api）五大部分构成。 （1）matlab开发环境matlab开发环境是一套方便用户使用的matlab函数和文件工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成的 用户工作空间，允许用户输入输出数据，并提供了m

24、文件的集成编译和调试环境，包括matlab桌面、命令窗口、m文件编辑调试器、matlab工作空间和在线帮助文档。 （2）matlab数学函数库matlab数学函数库包括了大量的计算算法。从基本算法如加法、正弦，到复杂算法如矩阵求逆、快速傅里叶变换等。 （3）matlab语言matlab语言是一种高级的基于矩阵/数组的语言，它有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。 （4）matlab图形处理系统图形处理系统使得matlab能方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。它包括强大的二维三维图形函数、图像处理和动画显示等函数。 （5）matlab应用程序接口mat

25、lab应用程序接口是一个使matlab语言能与c、fortran等其它高级编程语言进行交互的函数库。该函数库的函数通过调用动态链接库（dll）实现与matlab文件的数据交换，其主要功能包括在matlab中调用c和fortran程序，以及在matlab与其它应用程序间建立客户、服务器关系。第2.3节 matlab的优势1、友好的工作平台编程环境matlab由一系列工具组成。这些工具方便用户使用matlab的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括matlab桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着matlab的商业化以及软

26、件本身的不断升级，matlab的用户界面也越来越精致，更加接近windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的matlab提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 2、简单易用的程序语言matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（m文件）后再一起运行。新版本的matlab语言是基于最为流行的c+语言基

27、础上的，因此语法特征与c+语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 3、强大的科学计算机数据处理能力matlab是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如c和c+ 。在计算要求相同的情况下，使用matlab的编程工作量会大大减少。m

28、atlab的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。4、出色的图形处理功能matlab自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的matlab对整个图形处理功能作了很大的

29、改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），matlab同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，matlab也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的matlab还着重在图形用户界面（gui）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。 5、应用广泛的模块集合工具箱matlab对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用

30、工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，matlab已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、lmi控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、dsp与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（toolbox）家族中有了自己的一席之地。 6、实用的程序接口和发布平台新版本的matlab可以利用matlab编译器和c/c+数学库和图形库，将自己的matlab程序自

31、动转换为独立于matlab运行的c和c+代码。允许用户编写可以和matlab进行交互的c或c+语言程序。另外，matlab网页服务程序还容许在web应用中使用自己的matlab数学和图形程序。matlab的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是matlab函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 7、应用软件开发（包括用户界面）在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标

32、注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向excel和hdf5进行连接。第三章 正交振幅调制3.1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

33、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

34、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3.2正交振幅调制系统3.2.1 qam简介正交振幅调制（qam）是一种矢量调制，它是将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号。正交调幅信号有两个相同频率的载波，但是相位相差90度（四分之一周期，来自积分术语）。一个信号叫i信号，另一个信号叫q信号。从数学角度将一个信号可以表示成正弦，另一个表示

35、成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。 这样与之作幅度调制（am）相比，其频谱利用率高出一倍。qam是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该调制方式通常有二进制qam（4qam）、四进制qam（l6qam）、八进制qam（64qam）、，对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，分别有4、16、64、个矢量端点。目前qam最高已达到1024qam。样点数目越多，其传输效率越高。但并不是样点数目越多越好，随着样点数目的增加，

36、qam系统的误码率会逐渐增大，所以在对可靠性要求较高的环境，不能使用较多样点数目的qam。对于4qam，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与4psk相同。 a 4qam星座图b 16qam星座图 图3-1 qam星座图 qam采用格雷编码，采用格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不同，由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大，故这样编码使之仅造成一个比特误码的概率最大。下图以16qam为例，显示了编码 图3-2 16qam编码3.2.2 16qam调制解调原理16qam是两路4ask信号的叠加，其演变方式可以有以下两种：（1）正交调幅法，由两路独立的正交4as

37、k信号叠加而成； 图3-3 正交调幅（2）复合相移法，由两路独立的qpsk信号叠加而成。图中虚线大圆上的4个大黑点表示第一个qpsk信号矢量的位置，在这4个位置上可以叠加上第二个qpsk矢量，后者的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示。 图3-4 复合相移法在qam体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制。这种信号的一个码元可以表示为sk(t)=akcos(0t+k) ktt(k+1)t 式3-1式中，k取整数；ak和qk分别可以取多个离散值。上式可以展开为sk(t)=akcoskcos0taksinksin0t 式3-2 令xk=akcosk yk=-aksink则信号表示式变为s

38、k(t)= xkcos0t+yk sin0t 式3-3xk和yk也是可以取多个离散值的变量。从上式看出，k(t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。本课题采用了正交调幅法。在发送端调制器中串/并变换使得信息速率为rb的输入二进制信号分成两个速率为rb/2的二进制信号，2/4电平转换将每个速率为rb/2的二进制信号变为速率为rb/8的电平信号，然后分别与两个正交载波相乘，再相加后即得16qam信号下图是16qam的调制框图。图3-5 16qam调制框图解调是调制的逆过程，在接收端解调器中可以采用正交的相干解调方法。接受到的信号分两路进入两个正交的载波的相干解调器，再分别进入判决器形成l进制信号

39、并输出二进制信号，最后经并/串变换后得到基带信号。下图为16qam解调框图： 图3-6 16 qam解调框图第四章 基于matlab的16qam调制解调系统仿真第4.1节 16qam调制模块的建立与仿真第三章对16qam调制解调原理进行了分析，这一章我将对系统仿真框图中的各个模块进行简单的介绍：4.1.1 信号源 本程序中，信号源为8位二进制代码-1 1 -1 1 1 1 -1 -1， sigexpand函数的作用是将代码扩展为码元宽度为1的双极性波形，如下图所示：图4-1 二进制代码及星座图4.1.2 串并转换 信号源通过串并变换，将原来的一路信源信号变成两路信号，分别为上支路信号和下支路信

40、号，独立地进行调制和解调。串并变换的规则是根据序列编号的奇偶行，将编号为奇的码元编成一路信号，将编号为偶的码元编成一路信号。经过串并转换后，并行输出的每一路码元传输速率降为原来的一半即rb/2. 输入d：-1 1 -1 1 1 1 -1 -1 上支路d_nrz1：-1 -1 1 -1 下支路d_nrz2：1 1 1 -1图4-2 串并转换后上下支路信号时域波形图4.1.3 2-4电平转换 2-4电平转换就是将输入信号的2电平信号状态经过转换后变成相应的4电平信号。这里选择的映射关系如下所示：映射前数据 双极性 电平/v 00 -1 -1 -3 01 -1 1 -1 10 1 -1 1 11 1

41、 1 3 根据以上的映射关系，可得到上下支路分别为上支路d_nrz1：-1 -1 1 -1 下支路d_nrz2：1 1 1 -1的2-4电平转换信号： 上支路d_nrz1：-1 -1 1 -1 2-4电平转换后：-3 1 下支路d_nrz2：1 1 1 -1 2-4电平转换后：3 1图4-3 2-4电平转换后上下支路信号时域波形图 这里4电平信号的码元传输速率已降为rb/4.4.1.4 增加载波 在本课题中，选用的载波是载波幅度a=1，载波频率fc=2hz,上支路分量的载波是h1t=a*cos(2*pi*fc*t),正交分量的载波是h2t=a*sin(2*pi*fc*t) 。上下支路信号在加载

42、波之前还经过平滑处理，以滤除较高频率的信号，使实验结果更加理想。上下支路信号加载波后的图形为：图4-4上下支路调制信号时域波形图4.1.5 调制信号形成 上下支路调制信号形成后，将两个分量相加，既可得到16qam调制信号，如下图所示：图4-5 已调信号波形图第4.2节 16qam调制信号的噪声叠加 本次仿真采用的噪声是高斯白噪声，这是一种最常见的噪声，白噪声的功率谱密度在所有频率上均为一常数，且仅在t=0时才相关，而在任意两个时刻的随机变量都是不相关的。 对已调制信号可采用wgn函数添加加性高斯噪声。y = wgn(m,n,p) 产生一个m行n列的高斯白噪声的矩阵，p以dbw为单位指定输出噪声

43、的强度。为使解调效果较好，采用噪声的强度较小，设置pn=-10db.第4.3节 16qam解调模块的建立与仿真 系统先前所得的16qam调制信号通过高斯白噪声信道以后便可以解调了。本文所采用的解调器原理为相干解调法，即已调信号与载波相乘，送入到低通滤波器，其对应原理图中信号输入并与载波相乘后通过lpf的部分，输出送入到判决器判决，再经4-2电平转换和并串转换即可得到解调信号。4.3.1 滤波器 iir滤波器采用的巴特沃斯低通滤波器有现成的模型，我们可以加以利用，因此在本文涉及的仿真中滤波器均选择巴特沃斯低通滤波器。巴特沃斯低通滤波器的标准形式为：b,a=butter(n,w0); y=filt

44、er(b,a,x); n表示要选取的低通滤波器的阶数，w0表示滤波器的截止频率，b,a为滤波器返回的特性参数。在第二行程序中，x表示输入序列，y表示输出序列。整个函数表示信号通过滤波器的过程。图4-6上下支路通过低通滤波器信号时域波形图4.3.2 抽样判决和4-2电平转换 抽样判决是在每个码元中间抽样，并用几个判决语句进行判决，例如当码元幅度大于1时，判为3。 4-2电平转换是2-4电平转换的逆过程，其映射关系如下图所示;映射前数据 电平/v 双极性 -3 00 -1 -1 -1 01 -1 1 1 10 1 -1 3 11 1 1 图4-7上下支路抽样判决及4-2转换后信号时域波形图4.3.

45、3 并串转换 经过并串转换即可得到解调信号，采用循环语句实现，for s=1:n/2 ddd(2*s-1)=dd111111(s); ddd(2*s)=dd222222(s);end将两路并联信号经过转换成为一路信号，下图为基带信号和解调信号的对比及它们的频率谱密度图：图4-8基带与解调信号可以看出，并没有错码，可见本次仿真是成功的第4.4节 qam性能分析4.4.1 16qam抗噪声性能仿真 对于qam，可以看成是由两个相互正交且独立的多电平ask信号叠加而成。因此，利用多电平误码率的分析方法，可得到m进制qam的误码率为1： (4.1) 式中，eb为每码元能量，n0为噪声单边功率谱密度。通

46、过调整高斯白噪声信道的信噪比snr（eb/no），可以得到如图5-2所示的误码率图： 图4-9 qam信号误码率分析可见16qam信号的误码率随着信噪比的增大而逐渐减小，这与理论分析是完全一致的4.4.2 16qam信号与其它调制信号的性能比较（1）16qam和16psk星座图中相邻点欧氏距离直接代表这噪声容限的大小。按最大振幅相等，画出16qam信号和16psk信号的星座图。设其最大振幅为am，则16psk信号的相邻矢量端点的欧氏距离等于 式4-1而16qam信号的相邻点欧氏距离等于 式4-2d2和d1的比值就代表这两种体制的噪声容限之比。am d2am d1 图4-10 欧氏距离按上两式计

47、算，d2超过d1约1.57 db。但是，这时是在最大功率（振幅）相等的条件下比较的，没有考虑这两种体制的平均功率差别。16psk信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。而16qam信号，在等概率出现条件下，可以计算出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55 db。因此，在平均功率相等条件下，16qam比16psk信号的噪声容限大4.12 db。（2）16qam与2dpsk和64qam 这里我们设计一个2dpsk调制和解调系统和一个64qam调制和解调系统的仿真模型，以观察其与16qam信号的抗噪声性能，并对它们的误码率进行比较。在取相同的码元速率和载波速率的情况下，设计2dps

48、k调制解调系统。 这里我们采用的是差分相干解调的方法，所以并不需要做载波恢复。解调部分的滤波器同样采用了贝塞尔函数低通滤波器，且判决模块简单如下所示。这样在高斯白噪声信道处调整信噪比，得到如图4-3所示的误码率图。 图4-11 16qam与16dpsk误码率曲线图 从仿真过程看，在相同信噪比的条件下，其误码率介于64qam和2dpsk之间，也就是说，系统在同等噪声条件下，16qam的抗噪声性能是相当优越的。 第五章 结论与总结 本文研究的重点是对基于matlab的16qam 调制解调系统进行设计与仿真，得到以下的结论 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

49、原理编制了仿真程序。 2. 较为熟悉地掌握了matlab软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法。 3. 利用matlab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