QAM调制仿真技术

1、 111武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）QAM调制技术的研究与仿真Study and Simulation of QAM Modulation Technology学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 2015年5月武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）作者声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起

2、的法律结果完全由本人承担。毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。特此声明。 作者专业： 作者学号： _ 作者签名： _ _年_月_日摘 要传统的两种数字调制方式：频率调制和相位调制都存在功率谱衰减慢、带外辐射严重、频谱利用率低、抗多径衰落能力差等缺点。正交振幅调制(QAM)是一种振幅和相位联合控制的数字调制技术，它既能得到更高的频谱效率，又能在限定的频带内传输更高速率的数据。QAM在如今通信领域扮演着重要的角色，因而对QAM进行深入研究具有重要的理论和现实意义。MATLAB是一种便捷、高效、直观的仿真平台。它有着强大的绘图能力，这为对通信系统的研究提供了强有力的仿真手段。本

3、文利用MATLAB对QAM调制和解调进行仿真，得到清晰的仿真图像。本文主要是对正交幅度调制技术的调制和解调原理进行研究和仿真。首先，介绍了本文的选题背景和QAM的发展现状。接着，研究了QAM的调制和解调原理，对其特点进行了分析，并讨论了QAM调制技术在通信体统中的应用。最后，通过编码在MATLAB中进行仿真，对所得的星座图、眼图和误码率曲线进行分析，之后得到仿真结果和理论值基本一致的结论。关键词：正交幅度调制；星座图；误码率; MATLABAbstractAs the two traditional methods of digital modulation：frequency modulat

4、ion and phase modulation, have some defects, for instance slow power spectrum decaying, serious out-of-band radiation, low spectrum utilization rate, poor resistance to mufti-path fading. Quadrature amplitude modulation is a joint-controlled digital modulation technology of amplitude and phase, whic

5、h not only has higher spectrum efficiency, but also has higher speed of data transmission in limited frequency band. QAM modulation technology plays an important role in modern communication. So that there is important theoretical and practical significance in deeply researching in QAM.MATLAB is a k

6、ind of convenient efficient visual simulation platform. It has a strong ability of drawing. This provides the study of communication system with strong method of simulation. This paper exploit MATLAB to do the simulation of QAM modulation and demodulation, get a clear picture of the simulation.This

7、paper is mainly to research and simulate the modulation and demodulation principle of the Quadrature Amplitude Modulation technology. First, This paper introduced the selected topic background and the development status of QAM. Then, studied the QAM modulation and demodulation principle, its charact

8、eristics are analyzed, and discusses the QAM modulation technology in the application of the communication system. Finally, simulated in MATLAB by coding, the resulting constellation, eye diagram and BER curves were analyzed, after get the simulation results accord with the conclusion.Key Words： QAM

9、（Quadrature amplitude modulation）；Constellation；The bit error rate；MATLAB目 录第1章 绪论11.1 选题背景及意义11.2 国内外的发展现状及趋势21.3 本论文的研究内容及安排4第2章 QAM调制技术52.1 QAM调制原理52.2 QAM解调原理72.3 QAM调制的性能参数72.3.1 矢量图72.3.2 星座图92.3.3 眼图112.3.4 误码率12第3章 基于MATLAB的QAM系统仿真133.1 MATLAB简介133.2 仿真流程143.2 仿真结果及分析153.2.1 二进制与十六进制信号153.2.

10、2 星座图173.2.3 眼图203.2.4 误码率曲线21第4章16QAM与64QAM性能比较及仿真234.1 MQAM调制技术的应用234.2 16QAM与64QAM性能仿真25第5章 总结与展望29致谢31附录 程序代码32第1章 绪论正交幅度调制(QAM)是一种高效数字调制技术，具有很高的频谱利用率。而传统数字调制技术是单独利用振幅和相位携带信息，不能最充分利用信号功率利用率。此外，现代通信系统对传输速率和带宽也提出了新的要求，因此对QAM引起更多关注，己广泛应用于微波通信、有线电视网络、卫星通信等领域，但它在随参信道无线宽带通信领域中的研究尚未发展成熟。1.1 选题背景及意义通常，我

11、们把实现信息传输的系统称为通信系统，一般的通信系统包括两种正好相反的转换。在信号发送端，有两个处理过程，第一个处理是将输入信号转换为电信号，转换后的电信号还要进行一些编码等方面的处理，此时的信号一般是在零频附近的低频信号，因此称为基带信号，第一个处理过程也称为基带处理;第二个过程将基带信号进行相关处理，使信号可以在信道中传输，并且将其输入信道，这个过程称为调制1。在信号接收端，其处理过程及功能正好与发送端相反，接收端的设备从已调制载波中提取出基带信号，这称为解调，然后再将解调后的基带信号转换为相应的信息2。在通信系统中，调制起着非常关键的作用，一方面，调制能够实现频谱的搬移，通过将调制信号的频

12、谱搬移到所希望的频段上，实现调制信号到己调信号的转换，已调信号是可以在信道中传输的信号；另一方面，系统的传输可靠性和传输有效性在很大程度上受到调制的影响，一个通信系统的性能往往由调制方式决定2, 3。传统的数字调制方式有数字幅度调制、数字频率调制和数字相位调制，不过，这三种数字调制方式都存在很多缺点，如频谱利用率低、功率谱衰减慢、带外辐射严重、抗多径衰落能力差等等。正交振幅调制(QAM)是一种相位和振幅联合控制的数字调制技术，它不但具有更高的频谱效率，而且可以在同样的频带内传输更高速率的数据4。在当今通信领域中，QAM正扮演着重要的角色，所以对QAM进行深入研究具有重要的理论和现实意义。在有线

13、数字电视系统中，QAM调制器是关键的前端设备之一，它的主要作用是对数据流进行基带处理和QAM调制，并且将处理后的数据传送到有线电视网上，供有线数字电视机顶盒等设备接收。输入QAM调制器的数据是来源于复用器和MPEG-2视频服务器等设备的传输流，用户收看这些视频信息的效果以及整个有线数字电视系统的稳定性都受到QAM调制器性能好坏的影响5。随着数字电视的普及与发展，有越来越多的数字电视信号需要经调制输出，如果用多个传统的单路QAM调制器实现多路信号的调制输出，从空间、成本上来讲，都很不经济，因此多路QAM调制器是必然的选择。有研究采用FPGA进行基带处理，然后用模拟电路芯片实现多路QAM调制以降低

14、产品成本，但使用模拟电路芯片进行混频，其处理的能力有限，多项信号传输指标都很难达标，如信噪比(Signal Noise Ratio)、误码率(Bit Error Rate)等6, 7。1.2 国内外的发展现状及趋势最早将QAM调制解调系统提出来的是摩托罗拉公司，在摩托罗拉公司的数字集群系统IDEN中，在25KHz带宽的信道中实现了64kbit/s的16QAM的调制解调，但它依托于系统，未形成独立的产品，而且出于商业利益考虑的原因，摩托罗拉公司并未公开其技术细节。 我国的“数字电视系统标准化专家委员会”于1995年5月成立，从此我国的数字电视系统标准的体系框架得以确定，并且标准的基本原则和程序得

15、以提出;2000年年底完成了对日本综合服务数字广播、DVB-T和美国数字电视国家标准多种数字电视地面广播传输制式的比较测试；并且我国自主研制的数字电视广播传输方案从2001年3月开始进入了现场测试阶段。2005年6月，我国有线电视向数字化过渡的时间表由广电总局制定：2005年，数字电视用户超过3000万；2008年，地面数字电视广播全面推广；2010年，数字广播电视全面实现；2015年，模拟广播电视停止7。继欧洲、美国和日本之后，我国同样采用了DVB-C标准作为有线数字电视传输标准。基于DVB-C的有线电视网具有信道容量大、传输质量好、传输率高、频带宽的特点，并且能很好地实现各种语言、文字、图

16、像、音乐、数据传输于一缆，从而成为多媒体综合信息网的极好信息传输通道。DVB-C的核心技术是多电平正交幅度调制(QAM)，一般采64QAM调制方式，有时也会采用16QAM，32QAM或更高的128QAM，256QAM传输信息速率越高的QAM调制方式，其抗干扰能力就越低。DVB-C系统涉及到音视频数字化，MPEG-2数据压缩编码以及解压缩解码、多个MPEG-2数据流的复用和解复用、信道编解码、调制解调等技术。DVB标准传输系统由两部分组成:信源编码(Source Coding)和信道编码(Channel Coding)。它的主要特点：它不仅可以用于标准数字电视，也同时适用于高清电视；它可以适配多

17、种节目源，对于DVB-C传输系统而言，无论是来源于本地的电视节目，还是从卫星系统接收下来的节目，亦或是其它外来的节目信号，它均可以传送8。QAM调制器大致经历了以下几个阶段的发展过程:最早的QAM调制器只是基带处理部分用数字实现，产生基带数字I与Q信号，在中频正交调制部分采用的是模拟技术；在后来的QAM调制器中，加入了数字内插技术，但在中频正交调制部分仍然采用的是模拟技术；现在的QAM调制器不仅在基带部分采用了数字实现，而且在中频正交调制部分也实现了数字化，是一个全数字系统。传统的QAM调制采用模拟的中频正交调制，与之相比，现在的正交调制在中频的部分采用全数字上变频技术。I路和Q路的正交性对于

18、QAM调制来说是非常重要，不过模拟混频器并不能保证很好的正交性，同时系统性能也很容易受到模拟混频器的非线性影响，所以，中频部分采用数字实现是很有必要的。在全数字中频实现过程中，采用乘法器来实现混频器，通过直接数字频率合成技术(Direct Digital Synthesizer，缩写为DDS)实现两路正交载波，这样，两路载波的绝对正交便能够得到保证。目前，研究QAM调制技术的文献很多，2001年，西安电子科技大学的张子敬对多速率滤波器组的设计与应用进行了深入的理论研究，为多路QAM的数字实现提供了理论基础9。2005年，于风云和张平就数字微波系统的全数字QAM调制与解调方式，以ADS为仿真平台

19、对16QAM的全数字调制与解调过程进行了仿真，理论上论述了QAM调制的优劣10。2008年，唐棣对高码率64QAM调制器进行了研究，介绍了QAM调制基带信号的处理技术，并用FPGA对基带信号进行了处理6。2009年，陈议以软件编程的方式实现了认知无线电数据传输的功能，从而实现了基于FPGA的多速率调制解调器，所基于的硬件平台为FPGA+DSP系统11。QAM目前还被广泛用于ADSL调制技术，在QAM调制中，发送数据在比特/符号编码器内被分成速率各为原来1/2的两路信号，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。接收端完成相反过程，正交解调出两个相反码流，均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数

20、信号并映射回二进制信号。1.3 本论文的研究内容及安排本文主要研究了正交幅度调制(QAM)技术的基本调制和解调原理，绘制了QAM调制技术的基本原理图，能通过MATLAB对QAM的调制、解调和误码率进行仿真，最终得到仿真图像并对其经行分析。论文共分为五个章节，各个章节的主要内容如下：第1章为绪论，简单介绍了选题的科学背景和意义，描述了QAM调制的研究现状与发展前景，且给出了本论文的主要内容和结构。第2章内容为QAM调制、解调原理，QAM信号的特点和其主要性能参数。第3章先介绍MATLAB然后为基于MATLAB的QAM系统的仿真，及分析仿真结果。第4章先介绍了QAM调制技术的应用，然后对16QAM

21、和64QAM性能进行了比较。第5章为总结与展望，将本文的研究进行了总结，并对后续的研究工作提出了一些建议。第2章 QAM调制技术QAM（Quadrature Amplitude Modulation）中文全称：正交振幅调制。 数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、DVB网关、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可根据需要选择中频输出。它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛的应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。 2.1 QAM调制原理正交振幅调制(Quadrature Amplitude

22、 Modulation,QAM)，又称正交双边带调制或正交幅度调制，是将两路独立的基带波形分别对两个相互正交的同频载波经行抑制载波的双边带调制，并将所得到的两路已调信号叠加起来的过程。在QAM系统中，由于两路已调信号在相同的带宽内频谱正交，可以在同一频带内并行传输两路数据信息，因此，其频带利用率和单边带系统相同，QAM方式一般用于高速数据传输系统中。在QAM方式中，基带信号可以是二电平的，又可以是多电平的，若为多电平时，就构成多进制正交振幅调制。QAM信号的调制原理图如图2.1所示。 串/并 变 换2/m电平转换2/m电平转换x(t)y(t)二进制信号图2.1 QAM信号的调制原理图信号的相位

23、和振幅作为两个独立的参量同时受到调制。其码元可设为 （2.1）令 （2.2） （2.3）则原式变为 （2.4）与可取多个离散变量，因此可以看作是两个正交的振幅键控信号的叠加和。原始数字数据都是串行输入的二进制信号，为了得到多进制QAM信号，寿星进行串/并变换，然后将2进制信号转换成m进制信号，接着进行正交调制，最后再相加。由于x(t)的调制载波与y(t)的调制载波相位相差，所以形成两路正交的频谱，故称之为正交调幅。正交调幅系统的功率谱示意图如图2.2所示。由如图2.2可以看出，这种调制方法的x(t)和y(t)都是双边带调制，但两路信号同处于一个频段之中，所以可同时传输两路信号，故频带利用率是双

24、边带调制的两倍，即与单边带方式或基带传输方式的频带利用率相同。图2.2 正交幅度信号的功率谱示意图2.2 QAM解调原理正交幅度调制信号的解调必须采用相干解调方法，解调图原理如图2.3所示。二进制信号 串/并 变 换2/m电平转换2/m电平转换-/2x(t)y(t)低通滤波器低通滤波器抽样判决抽样判决图2.3 QAM的解调原理框图解调器首先对收到的QAM信号进行正交想干解调。经低通滤波器滤除高频分量，经抽样判决可恢复出m电平信号x(t)和y(t)。经m/2电平转换，可将m电平信号转换成二进制信号，最后经并/串变换把两路信号合成一路信号。2.3 QAM调制的性能参数2.3.1 矢量图为了更进一步

25、说明正交调幅信号的特点，本文还可以从已调信号的相位矢量表示方法来讨论。为了讨论方便我们将正交调幅信号产生电路框图重画于图2.4中，正交幅度信号产生的矢量表示如图2.5中。串/并低通××低通A路akB路S2(t)e1(t)e2(t)e(t)100掳01图2.4正交调幅信号产生电路框图11011000图2.5 正交幅度信号产生的矢量表示图2.4中，对正交幅度A路的“1”对应于相位，A路的“0”则对应于相位，而B路载波与A路相差，则B路的“1”对应于相位，B路的“0”则对应于相位。A、B两路调制输出经过合成电路合成，则输出信号可有四种不同相位，各代表一组AB的组合，即AB二元码组

26、。AB二元码组共有四种组合，即00,01,11,10。这四种组合所对应的相位矢量关系如图2.6所示。图2.6 4QAM信号矢量图图2.6中所示的对应关系是按格雷码规则变换的，这种变换的优缺点是相邻判决相位的码组只有一个比特的差别，相位判决错误时只造成一个比特的误码，所以这种变换有利于降低传输误码率。以上我们是用矢量表示QAM信号。2.3.2 星座图如果只画出矢量断点，则如图2.7所示，称为QAM的星座图表示。如星座图上有四个星点,则称为4QAM。图2.7 4QAM星座图从图2.7的星座图上很容易看出：A路的“1”码位于星座图的右侧，“0”码在左侧；而B路的“1”码则在上侧，“0”码在下侧。星座

27、图上各信号点之间的距离越大抗误码能力越强。对前述讨论的4QAM方式是A、B各路传送的是二电平码的情况。如果采用二路四电平码送到A、B的调制器，就能更进一步提高频谱利用率。由于采用二路四电平基带信号，所以每路在星座上有4个点，于是，组成16个点的星座图，如图2.8所示。这种正交调幅称为16QAM。同理，将二路八电平码送到A、B调制器，可得64点星座图，称为64QAM，更进一步还有256QAM等。图2.8 16QAM星座图QAM方式的主要特点是有较高的频谱利用率。现在来分析如何考虑MQAM的频谱利用率，这里的M为星点数。设输出数据序列的比特率，即A和B两路的总比特率为，信道带宽为B，则频谱利用率为

28、 （2.5）由前述讨论可知，对MQAM系统，A、B各路基带信号的电平数应是，如4QAM时每路的基带信号是二电平，对16QAM，则每路的基带信号是四电平。按多电平传输分析，A路和B路每个符号（码元）含有的比特数应为。如令，则相当于个二元码组成一个符号。设符号间隔（即符号周期）为，为符号速率（Bd）。因为总速率为，则A、B各路的比特率为，并有 （2.6）如果基带形成滤波器采用滚降特性，则有 （2.7）由于正交调幅是采用双边带传输，则调制系统带宽应为 （2.8）将式(2.9)和式(2.11)带入式(2.8)则有 （2.9）可见M值越大，即星点数越多，其频谱利用率就越高，目前可以做到M=64，甚至更高

29、，故正交幅度调制方式一般应用于高速数据传输系统中。2.3.3 眼图眼图为直视评价接受信号的质量提供了一种有效的实验方法，它可以定性反映码间串扰和噪声的影响程度，还可以用来指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰，改善系统性能。2.3.4 误码率误码率是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率第3章 基于MATLAB的QAM系统仿真MATLAB 是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具。它是 MathWork 公司于 1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件。MATLAB 是一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算，可视化和编程结合

30、在一个易于使用的环境中，从而将问题解决方案表示成我们所熟悉的数学符号。3.1 MATLAB简介MATLAB 是一个交互式系统，它的基本数据元素是矩阵，且不需要指定大小。通过它可以解决很多技术计算问题，尤其是带有矩阵和矢量公式推导的问题，有时还能写入非交互式语言如 C 和 Fortran 等。 MATLAB 系统可分为五个部分：（1）MATLAB 语言。 这是一种高级矩阵语言，其有着控制流程状态，功能，数据结构，输入 输出及面向对象编程的特性。它既有“小型编程”的功能，快速建立小型可弃程序， 又有“大型编程”的功能，开发一个完整的大型复杂应用程序。（2）MATLAB的工作环境。这是一套工具和设备

31、方便用户和编程者使用MATLAB。它包含有在你的工作空间进行管理变量及输入和采集数据的设备。同时也有开发，管理，调试的系列工具。（3）图形操作。 这是 MATLAB 的图形系统。它包含有系列高级命令，其内容包括二维及三维数据可视化，图形处理，动画制作，表现图形。同时它也提供低级命令便于用户完全定制图形界面并在你的 MATLAB 软件中建立完整的用户图形界面。（4）MATLAB 数据功能库。它拥有庞大的数学运算法则的集合，包含有基本的加，正弦，余弦功能到复杂的求逆矩阵及求矩阵的特征值，Bessel 功能和快速傅立叶变换。（5）MATLAB 应用程序编程界面。这是一个允许你在MATLAB界面下编写

32、C 和 Fortran 程序 的库。它方便从 MATLAB 中调用例程即动态链接，使 MATLAB 成为一个计算器， 用于读写 MAT-files。3.2 仿真流程QAM是把ASK和PSK两种调制结合起来的调制技术，使得带宽得到双倍扩展。QAM调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。MQAM代表M个状态的正交调幅，一般有4QAM、16QAM、64QAM等。本章是以16QAM的仿真为例来研究QAM的调制。仿真过程中需通过产生随机二进制码、转换成对应十六进制信号、调制、加入高斯白噪声、解调、还原原信号这几个步骤来完成。仿真流程

33、如图3.1所示。解 调加入白噪声恢复0、1信号序列结束开始调 制转换成16进制信号产生随机0、1序列图3.1 仿真流程图仿真步骤说明：（1）首先生成一个随机且长度为100000的二进制比特流，并画出前50个比特流的信号图。（2）在MATLAB中16QAM调制要求输入的信号为0至15这16个值，所以要用函数reshape和bi2de将二进制的比特流转换成对应的十六进制信号。（3）利用MATLAB中的modem.qammod函数生成16QAM调制器，再通过它对信号进行调制并画出信号的星座图。（4）通过awgn信道在16QAM信号中加入高斯白噪声。（5）利用MATLAB中的scatterplot函数

34、画出通过信道后接受到的信号的星座图。（6）利用MATLAB中eyediagram函数生成经过信道后的眼图。（7）利用MATLAB中demodulate和modem.qammod函数生成解调器，实现对16QAM信号的解调，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。3.2 仿真结果及分析3.2.1 二进制与十六进制信号利用函数randint（n,1）、stem(x(1:50),'filled')来生成一个随机且长度为100000的二进制比特流，并画出前50个比特流的信号图。随机的二进制比特流如图3.2所示。M=16; k=l

35、og2(M); n=100000; %比特序列长度 samp=1; %过采样率 x=randint(n,1); %生成随机二进制比特流 stem(x(1:50),'filled'); %画出相应的二进制比特流信号 title('二进制随机比特流'); xlabel('比特序列');ylabel('信号幅度');图3.2 随机二进制比特流的前50个信号x4=reshape(x,k,length(x)/k); %将原始的二进制比特序列每四个一组分组，并排列成k行length(x)/k列的矩阵 xsym=bi2de(x4.',&

36、#39;left-msb'); %将矩阵转化为相应的16进制信号序列 stem(xsym(1:50); %画出相应的16进制信号序列 title('64进制随机信号'); xlabel('信号序列');ylabel('信号幅度'); 图3.3 十六进制信号由于本章节主要是讨论16进制的QAM调制技术仿真，所以需要将二进制随机序列转换成为十六进制的信号。本文利用函数reshape(x,k,length(x)/k）将原始的二进制比特序列每四个一组进行分组形成序列矩阵，然后再利用函数xsym=bi2de(x4.','left-m

37、sb')将矩阵转化为相应的十六进制序列。经过处理后的二进制比特流变为16进制的信号，如图3.3所示。3.2.2 星座图利用函数modulate(modem.qammod(M),xsym) 来对十六进制信号进行调制，再用scatterplot(y) 函数生成16QAM信号的星座图。16QAM未经过噪声的星座图如图3.4所示。y=modulate(modem.qammod(M),xsym); %用16QAM调制器对信号进行 scatterplot(y); %画出16QAM信号的星座图 text(real(y),imag(y),dec2bin(xsym); axis(-5 5 -5 5);

38、图3.4 16 QAM星座图利用awgn(y,snr ,'measured') 函数模拟信道，再用函数scatterplot(yn,samp,0,'b.') 生成经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图。经过加噪声处理后的星座图和之前未处理时的星座图对比如图3.5所示。EbNo=-5:1:20; for n=1:length(EbNo); snr(n)=EbNo(n)+10*log10(k)-10*log10(samp); %信噪比 yn=awgn(y,snr(n),'measured'); %加入高斯白噪声 end h=scatterplot(y

39、n(1:1*5e3),samp,0,'g.'); %经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图 hold on; scatterplot(y(1:1*5e3),1,0,'k+',h); %加入不含白噪声的信号星座图 title('接收信号星座图'); legend('含噪声接收信号','不含噪声信号'); axis(-8 8 -8 8); hold off图3.5加白噪声信号星座图经过图3.4和图3.5两图的比较，不难看出经过加噪声处理后的信号的星座图明显变差，可见QAM信号的容噪性能很弱，只可以在高信噪比的情况下工作

40、，而在较低的信噪比情况下，仍然需使用QPSK，甚至BPSK信号来保障数据传输的正确性，这也是目前正处于研究热点的自适应链路技术的基本核心思想。3.2.3 眼图利用eyediagram(yn,2) 函数生成眼图。如图3.6所示。图3.6 经过信道后的相位信号和正交信号的眼图对于图3.6所示的眼图模型分析，正交信号的最佳抽样时刻是0时刻。3.2.4 误码率曲线利用biterr（）函数计算误码率，并生成误码率曲线。下面是16QAM技术的误码率分析，经过仿真器误码曲线如图3.7所示。yd=demodulate(modem.qamdemod(M),yn); %此时解调出来的是16进制信号 z=de2bi

41、(yd,'left-msb'); %转化为对应的二进制比特流 z=reshape(z.',numel(z),1'); number_of_errors(n),bit_error_rate(n)=biterr(x,z) theoryPe(n)=(1/k)*3/2*erfc(sqrt(k*0.1*(10.(EbNo(n)/10); end semilogy(EbNo,bit_error_rate,'b-',EbNo,theoryPe,'r*'); legend('16QAM实际误码率','16QAM理论误码率&

42、#39;); xlabel('EbNo/dB'); ylabel('误比特率'); 图3.7 误码率曲线从图3.7可以看出信噪比和误码率之间的关系，当信噪比的不断增加时，误码率逐渐降低。将理论和实际仿真的曲线对比可以看出实际曲线和理论曲线基本一致。完整程序见附录。 第4章16QAM与64QAM性能比较及仿真评价一个通信系统优劣的主要性能指标是系统的有效性和可靠性。有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，要求系统高效率地传输消息，是传输的“速度”问题；可靠性是指接受信息的准确程度，要求系统可靠地传输消息，是传输的“质量”问题。4.1 MQAM调制技术的应用M

43、QAM的高频带利用率是以牺牲其抗干扰性来获得的，电平数越大，信号星座图点数越多，其抗干扰性能越差。因此，除了可以通过选择星座图的类型改善其性能外，还可以根据不同的传输环境或传输信源的不同特点，来自适应地改变MQAM调制信号的电平数，即星座点数，以保证获得预期的传输性能。当然在这种情况下，相应的信号传输速率也随之产生变化，这就是所谓的变速率MQAM调制方式。变速率MQAM调制方式由Steele和Webb最早提出12，并引起许多学者的关注。1995年Steele与Webb已利用计算机软件仿真的方法研究变速率MQAM调制技术在移动通信中的应用13。随后，张睿和李建东利用DSP芯片研究了在莱斯衰落信道

44、中自适应地调节信号的调制电平数，以改善其传输特性14。李光球则从传输信源不同的角度，研究多分辨频率MQAM调制技术15。总的来说，变速MQAM调制就是根据衰落信道的传输特性，或根据传输信源的特性自适应地调节信号的调制电平数或信号星座图。对于传输环境随机的移动通信系统，其传输性能是随着时间的变化而改变的，因此固定星座点的MQAM调制方式不能够满足时变信道的高传输质量要求。在这种传输条件下，可以采用变速率MQAM调制方案来获得一种兼顾频带利用率和抗干扰性能的调制方案。图4.1是变速MQAM调制系统收发信机原理框图。由图4.1看出，基带MQAM调制信号内须包含三种数据：信道检测数据、调制电平数据和用

45、户数据。信道检测数据用于收发机判断对当前传输信道衰落的评估，作为确定下一次传输调制电平数的依据；而在接收端，调制电平数用于进行MQAM数据解调。因此，根据信道的衰落情况，自适应地选择MQAM调制电平信道衰落估计基带QAM调制信号数据QAM调制电平数输出数据调制电平数基带QAM变速QAM解调射频发射机确定发射调制电平数变速率QAM解调信号分离前端接收调制信号图4.1 变速MQAM调制系统收发信机原理框图数，以便在恶劣的信道环境中采用较少电平数的MQAM调制，获得较好的抗干扰性能；而在较好的信道环境中则可以采用更多电平数的MQAM调制，以在保证传输质量的前提下，获得更高的频带利用率。4.2 16Q

46、AM与64QAM性能仿真一个正交幅度调制的信号采用两个正交载波，每一个载波被一个独立的信息比特序列所调制。而其幅度可以看做是一系列电平集合，这些电平通过将比特序列映射为信号振幅获得，本次仿真中采用了3个电平，并且映射的时候没有采用函数库里自带的modulate进行调制。首先将产生的一系列01比特流进行进制的划分，其划分根据其中M是调制的数，如16、64、128等等。这里再将分好组的比特数据经行坐标映射，画出星座图。下面对16和64QAM的调制进行分析。根据16QAM的仿真步骤同理经行64QAM的仿真。16QAM的仿真结果见图3.4、图3.5、图3.6和3.7，相对应的64QAM的仿真结果如图4

47、.2、4.3、4.4、4.5所示。图4.2 64QAM星座图图4.3 64QAM加噪后的星座图图4.4 64QAM眼图图4.5 64QAM误码率曲线图由上面仿真结果对比可看出，同一环境下64QAM调制出来的星座点更多因此其信息的容量更多，在带宽资源一样的情况之下其容纳的信息量将会更多，其传输的信息比特速率会更高，但是其代价显而易见，在星座图的平均能量保持不变的情况下增加星座点，会是星座点之间的距离变小，进而导致误码率上升而且设备的复杂度也会相应的更加的高。16QAM的可靠性比64QAM高，有效性比64QAM低。因而16和64QAM在实际的应用中需要根据具体的情况而定，传输中当只有语音业务的时候

48、我们可以采用最传统的调制就可以满足，但是现今社会数据量的迅速膨胀，人们对多媒体以及数据业务的需求很高，因此采用更高的QAM调制技术是必要的，而且随着用户的数量日益增加，对于频谱资源极其有限的今天，更好的利用频谱，提高频谱利用率是所用的商家都在考虑的一个难题。第5章 总结与展望本文主要研究了正交幅度调制(QAM)技术的基本调制原理，绘制了QAM调制技术的基本原理图，能通过MATLAB对QAM的调制和误码率进行仿真，得到仿真图像并对其进行分析。在利用MATLAB仿真阶段有两种方式可供选择，分别是用代码仿真和建立系统模型来经行仿真，本文选择的是用代码仿真。本论文完成的主要工作：（1）查阅文献，了解当

49、前正交振幅调制的主流技术与现状，掌握调制与解调的基本方法和思路；（2）讨论QAM技术原理，包括调制与解调的基本原理，并探究QAM信号的特点；（3）利用MATLAB软件编写代码对QAM调制和解调技术进行仿真，并记录数据和图形，结果表明QAM容噪性能很弱只可以再高性噪比的情况下工作；（4）对16QAM和64QAM的性能进行了对比及仿真，结果表明16QAM可靠性比64QAM高，有效性比64QAM低；本文的研究还存在这许多不足的地方。研究局限于理论；仿真过程过于理想化，未考虑实际情况中可能存在的一些因素。 QAM调制器在数字电视系统中得到了广泛应用，QAM调制技术是目前数字调制理论中十分成熟的技术，随

50、着它在调制解调器及数字有线电视系统中广泛使用，以后会在越来越多的地方引起重视。参考文献1 田耕, 许文波, 张延伟等. 无线通信FPGA设计M. 北京:电子工业出版社, 2008.2 樊昌信. 通信原理(第五版)M. 北京:国防工业出版社, 2001.3 李永忠. 现代通信原理与技术M. 北京: 国防工业出版社, 2010.4 宋祖顺, 宋晓勤, 宋平等. 现代通信原理(第三版)M. 北京: 电子工业出版社, 2010.5 Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for

51、 cable systems. EN 300 429 V 1.2.1, ETSI. 1998.6 唐棣. 高码率64QAM调制器的研究D. 成都: 电子科技大学. 2008.7 刘彦民. 基于FPGA与AD9857的四路DVB-C调制器的设计D. 太原: 太原理工大学. 2008.8 史晓峰. DVB-C基带芯片的设计与实现D. 上海: 同济大学. 2007.9 张子敬. 多速率滤波器组的设计与应用D. 西安: 西安电子科技大学. 2001.10 于风云, 张平. QAM调制与解调的全数字实现J. 通信与信息技术. 2005.11 陈议. 基于FPGA的多速率调制解调器的实现D. 西安: 西安

52、电子科技大学. 2009.12 R Steele, W T Webb. Variable Rate QAM for Data Transmissions over Mobile Radio ChannelsJ. Keynote paper, Wireless 91, Calgary Alberta July 91. 13 W T Webb, R Steele. Variable Rate QAM for Mobile Radio. IEEE Transactions on Communications Vol 43, No 7, July, 1995.14 张睿，李建东. 变速率QAM调制J.