【正文】 QAM傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)QAM傳輸系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計目 錄1引言 1 課題研究背景及意義 1 調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用 1 數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展 2 QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)在數(shù)字通信領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢 2 仿真軟件介紹 3 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 32 QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究及Simulink仿真 4 QAM調(diào)制 4 QAM調(diào)制原理 5 QAM調(diào)制性能 6 QAM星座圖 7 QAM解調(diào) 8 QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simulink仿真 9 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simulink仿真 9 64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simulink仿真 11 MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)性能仿真分析 12 12 誤碼率分析 13 功率利用率分析 15 本章小結(jié) 153模擬信號數(shù)字化研究及Simulink仿真 15 脈沖編碼調(diào)制 16 差分脈沖編碼調(diào)制 16 DPCM編解碼基本原理 16 最佳預(yù)測器 17 DPCM的系統(tǒng)性能分析 19 DPCM的Simulink仿真 20 信道誤碼對語音質(zhì)量影響的仿真分析 21 最佳預(yù)測器抽頭系數(shù)的確定 21 構(gòu)建測試模型及仿真 22 與PCM話音解碼對比分析 23 244 QAM傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建與仿真 24 構(gòu)建QAM傳輸系統(tǒng) 24 模擬信源數(shù)字通信系統(tǒng)模型 24 QAM傳輸系統(tǒng)的模型 26 QAM傳輸系統(tǒng)的仿真 26 應(yīng)用實例的仿真 29 30結(jié)論及尚存在的問題 30參考文獻 31致謝 32 321引言信號傳輸?shù)倪^程中需要都要占用一定的帶寬，數(shù)字信號的傳輸比模擬信號對對帶寬的需求更高。隨著衛(wèi)星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，需要傳輸?shù)男畔⒘吭絹碓酱?。為了將這些信息實時傳輸?shù)降孛?，對星上?shù)傳系統(tǒng)的傳輸能力的要求就越來越高。為了在有限的帶寬信道中有效的傳輸大量的數(shù)據(jù)，人們研制了各種調(diào)制方式來解決有限帶寬和大量數(shù)據(jù)傳輸之間的矛盾。例如可以采用多進制數(shù)字調(diào)制(包括幅度、頻率、和相位多進制調(diào)制)、聯(lián)合調(diào)制、網(wǎng)格調(diào)制等等。其中幅度和相位聯(lián)合調(diào)制方式，即QAM（ Quadrature Amplitude Modulation）調(diào)制方式綜合ASK(Amplitude Shift Keying)與PSK(Phase Shift Keying)的優(yōu)點，并通過采用多進制調(diào)制方式來提高頻帶利用率(提高信息傳輸速率)，因此它在頻帶利用率和接收端誤譯碼率等指標上，比單一調(diào)制正弦波的一個參數(shù)的調(diào)制方式都要優(yōu)越，但它的設(shè)備復(fù)雜程度也是比較高的[13]。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備復(fù)雜性也在相對地降低，因此QAM方式是目前高速調(diào)制解調(diào)器中比較好的的調(diào)制方式。 課題研究背景及意義調(diào)制是指為了適應(yīng)信道傳輸?shù)囊?，把基帶信號的頻譜搬移到一定的頻帶范圍。對基帶信號進行調(diào)制的目的主要有:進行頻率分配、信號容易輻射、減少噪聲和干擾的影響、實現(xiàn)多路復(fù)用和克服設(shè)備的限制等。調(diào)制方式有許多，不同的調(diào)制方式對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的影響。傳統(tǒng)的頻率調(diào)制和相位調(diào)制兩種數(shù)字調(diào)制方式都存在頻譜利用率低、抗多徑衰落能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴重等不足。正交振幅調(diào)制(QAM)是一種相位和振幅聯(lián)合控制的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它不僅可以得到更高的頻譜效率，而且可以在限定的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。QAM在當今通信領(lǐng)域扮演著重要的角色，因此對QAM進行深入研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。 調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用從語音、圖像、音樂等信源直接轉(zhuǎn)換而得到的電信號頻譜比較低，其頻譜特點是低通頻譜，有些包括直流分量也有些可能不包含，其最高頻率和最低頻率的比值一般都比較大，比如語音信號的頻譜范圍大概為三百到三千赫茲，這種信號被稱為基帶信號。為了使基帶信號能夠在頻帶信道上進行傳輸，比如無線信道，同時也為了能夠同時傳輸多路基帶信號，就需要采用調(diào)制和解調(diào)的技術(shù)。調(diào)制解調(diào)研究的主要內(nèi)容包括:己調(diào)信號的頻譜特性、調(diào)制的原理、解調(diào)的原理、已調(diào)信號的產(chǎn)生方法、解調(diào)的實現(xiàn)方法、解調(diào)后的誤碼率性能和信噪比性能等。 數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展因為以前的通信系統(tǒng)為模擬通信系統(tǒng)，所以調(diào)制技術(shù)是由模擬信號的調(diào)制與解調(diào)技術(shù)最初開始發(fā)展的。后來，數(shù)字通信系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，隨之而來的是數(shù)字調(diào)制技術(shù)的廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。隨著現(xiàn)在日益增多的各種通信系統(tǒng)數(shù)量，為了更好的充分利用日益緊張的頻譜資源，廣大通信科研工作者致力于研究頻譜利用率更高的新型數(shù)字調(diào)制方式，而且原CCITT(國際電報電話咨詢委員會)也一直在促進并鼓勵開發(fā)新奇的頻譜使用技術(shù)，為了各種通信系統(tǒng)能夠有效的進行通信，原CCITT科學(xué)地將頻段分別分配給各個通信系統(tǒng)，因而，許多科研院所，用戶個體和通信公司都在通過開發(fā)先進的調(diào)制技術(shù)用以提高頻譜利用率。提高頻譜利用率是人們設(shè)計和規(guī)劃通信系統(tǒng)的關(guān)注焦點之一，同時也是提高通信系統(tǒng)容量的重要措施。頻譜利用率越高，就要求已調(diào)信號所占的帶寬要越窄，即己調(diào)信號頻譜從天線發(fā)射時功率的主瓣要越窄，同時也要求旁瓣的幅度要越低，也就是說要求輻射到相鄰頻道的功率即帶外輻射要越小。在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中的頻譜利用率主要是指傳輸?shù)男蕟栴}，也就是說，通信系統(tǒng)的傳輸速率不是唯一需要關(guān)注的指標，同時還要看在一定的傳輸速率下信道頻帶所占的寬度為多少。如果系統(tǒng)的頻帶利用率高，就表明通信系統(tǒng)具有較高的傳輸效率，反之傳輸效率就低。從上面對頻譜利用率的定義可以發(fā)現(xiàn)，要使得通信系統(tǒng)的頻譜利用率有所提高主要可以兩種途徑:一是通過提高該調(diào)制系統(tǒng)的傳信率即信息傳輸速率，二是降低已調(diào)信號所占用的頻帶寬度[13]。振幅和相位聯(lián)合調(diào)制QAM技術(shù)作為本課題的研究對象，就是一種近些年來獲得了飛速發(fā)展的調(diào)制技術(shù)，該技術(shù)就具有極高的信息傳輸速率。 QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)在數(shù)字通信領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢以WCDMA、CDMA2000和TDSCDMA為代表的第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)除了支持傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)以外，還推出了大容量的寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)，與以GSM、CDMA1595標準為代表的第二代移動通信系統(tǒng)相比，在技術(shù)上，3G系統(tǒng)的上下行速率理論上可以達到2Mbit/s左右的水平，它可以提供包括視頻在內(nèi)的各種多媒體寬帶應(yīng)用服務(wù)，諸如下載或流媒體類業(yè)務(wù)，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更多的延遲。為了滿足此要求，WCDMA對空口接口作了改進，引入了HSDPA技術(shù)，使之可支持高達10Mbit/s的峰值速率。在HSDPA系統(tǒng)中引進了AMC技術(shù)，在HSDPA系統(tǒng)中AMC的調(diào)制選擇了低階的QPSK和高階的16QAM，作為其調(diào)制方式。同樣，作為寬帶無線接入技術(shù)，韓國引入了WIBro技術(shù)，它可采用三種調(diào)制方式，包括QPSK、16QAM、64QAM等。而目前作為中國國內(nèi)唯一擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速率無線寬帶接入技——McWiLL，McWiLL終端接入設(shè)備CPE亦采用QPSK/8PSK/QAM16/QAM64自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)。，真正成為城域網(wǎng)的無線接入手段。為了抵抗多徑效應(yīng)等， WIMAX協(xié)議中引入了新的物理層技術(shù)，而WiMAX協(xié)議物理層的OFDM符號的構(gòu)造方案亦采用QAM調(diào)制方式[45]。移動通信系統(tǒng)中的另一研究熱點即數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)，也采用QAM數(shù)字調(diào)制技術(shù)[45]。與頻率調(diào)制MSK、GMSK，相位調(diào)制OQPSK、π/4QPSK等相比， QAM是一種相位和振幅聯(lián)合控制的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。它不僅可以得到更高的頻譜效率，而且可以在限定的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。在數(shù)字廣播電視傳輸中，QAM成為DVBC系統(tǒng)標準的調(diào)制方式。QAM除了是 ，而且成為現(xiàn)代CATV雙向網(wǎng)、寬帶接入技術(shù)ADSL、VADSL中規(guī)定的調(diào)制方式[45]。 仿真軟件介紹MATLAB是MATrix LABoratory的縮寫，是一款由美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MATLAB 是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境。除了矩陣運算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語言（包括C，C++和FORTRAN）編寫的程序。盡管MATLAB主要用于數(shù)值運算，但利用為數(shù)眾多的附加工具（Toolbox）它也適合不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如控制系統(tǒng)設(shè)計與分析、圖像處理、信號處理與通訊、金融建模和分析等。另外還有一個配套軟件包Simulink，提供了一個可視化開發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。它可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果[69]。 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 本文在對QAM調(diào)制解調(diào)的基本原理、模擬信號數(shù)字化傳輸理論進行深入研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建模擬信源的QAM數(shù)字傳輸系統(tǒng)，通過Matlab軟件的Simulink仿真平臺實現(xiàn)了系統(tǒng)的建立及實驗驗證。各章節(jié)安排如下：第一部分簡單介紹了課題的背景、研究意義及仿真軟件——Matlab/Simulink，重點分析了QAM技術(shù)發(fā)展概要及應(yīng)用現(xiàn)狀，最后給出了論文內(nèi)容安排及論文的主要工作。第二部分分析了 16QAM調(diào)制解調(diào)的原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)，利用Simulink仿真平臺對16QAM和64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)作了仿