【正文】 通信系統(tǒng)綜合設(shè)計與實踐 題目基于Matlab的多進制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)的仿真 院（系）名稱信院通信系 專業(yè)名稱通信工程 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師趙春雨 2012年5月20日摘要 I1正交幅度調(diào)制解調(diào)原理 1 正交幅度調(diào)制技術(shù) 1 QAM調(diào)制解調(diào)原理 4 QAM調(diào)制 4 QAM的解調(diào)和判決 5 QAM的誤碼率性能 62 多進制正交幅度（MQAM）調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖 7 正交調(diào)制原理框圖 7 相干解調(diào)原理框圖 83 基于MATLAB的多進制正交幅度（MQAM）調(diào)制及相干解調(diào)設(shè)計與仿真 8 對系統(tǒng)進行分析與設(shè)計： 8 隨機信號的生成 9 星座圖映射 9 波形成形（平方根升余弦濾波器） 12 調(diào)制 13 加入高斯白噪聲之后解調(diào) 14 誤碼率曲線 17 16QAM載波調(diào)制信號在AWGN信道下的性能 174 仿真結(jié)果及分析 195 結(jié)論與展望 22 本文的重要貢獻 22 未來展望 23參考文獻 24附錄 25通信系統(tǒng)綜合設(shè)計與實踐 第32頁摘要正交幅度調(diào)制技術(shù)（QAM）是一種功率和帶寬相對高效的信道調(diào)制技術(shù)，因此在大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛使用。由于信道資源越來越緊張，許多數(shù)據(jù)傳輸場合二進制數(shù)字調(diào)制已無法滿足需要。為了在有限信道帶寬中高速率地傳輸數(shù)據(jù)，可以采用多進制(M進制，M2)調(diào)制方式，MPSK則是經(jīng)常使用的調(diào)制方式，由于MPSK的信號點分布在圓周上，沒有最充分地利用信號平面，隨著M值的增大，信號最小距離急劇減小，影響了信號的抗干擾能力。MQAM稱為多進制正交幅度調(diào)制，它是一種信號幅度與相位結(jié)合的數(shù)字調(diào)制方式，信號點不是限制在圓周上，而是均勻地分布在信號平面上，是一種最小信號距離最大化原則的典型運用，從而使得在同樣M值和信號功率條件下，具有比MPSK更高的抗干擾能力。本文是對QAM通信系統(tǒng)的研究。敘述了適用于數(shù)字微波系統(tǒng)的QAM調(diào)制解調(diào)方式，通過系統(tǒng)實驗對正交幅度調(diào)制解調(diào)的過程、原理及性能進行了論證、分析，理論上討論和說明了數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)中影響系統(tǒng)性能的條件和因素。最后利用通信系統(tǒng)仿真軟件MATLAB對16QAM數(shù)字調(diào)制與解調(diào)過程進行了仿真，并給出了16QAM在加性高斯白噪聲條件下的誤碼率。實驗及仿真的結(jié)果證明，多進制正交幅度調(diào)制解調(diào)易于實現(xiàn)，且性能良好，是未來通信技術(shù)的主要研究方向之一，并有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：QAM 調(diào)制解調(diào) 星座圖 誤碼率 1正交幅度調(diào)制解調(diào)原理 正交幅度調(diào)制技術(shù)正交振幅調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation,QAM）是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控。雖然MPSK和MDPSK等相移鍵控的帶寬和功率方面都具有優(yōu)勢，即帶寬占用小和比特噪聲比要求低。但是由圖1可見，在MPSK體制中，隨著 圖 1 8PSK信號相位M的增大，相鄰相位的距離逐漸減小，使噪聲容限隨之減小，誤碼率難于保證。為了改善在M大時的噪聲容限，發(fā)展出了QAM體制。在QAM體制中，信號的振幅和相位作為兩個獨立的參量同時受到調(diào)制。這種信號的一個碼元可以表示為 （2—1）式中：k=整數(shù)；和分別可以取多個離散值。 式（2—1）可以展開為 （2—2）令 Xk = Akcosqk， Yk = Aksinqk則式（2—1）變?yōu)? （2—3）和也是可以取多個離散的變量。從式（2—3）看出，可以看作是兩個正交的振幅鍵控信號之和。在式（2—1）中，若qk值僅可以取p/4和p/4，Ak值僅可以取+A和A，則此QAM信號就成為QPSK信號，如圖2所示： 圖2 4QAM信號矢量圖所以，QPSK信號就是一種最簡單的QAM信號。有代表性的QAM信號是16進制的，記為16QAM，它的矢量圖示于下圖中：Ak圖3 16QAM信號矢量圖圖中用黑點表示每個碼元的位置，并且示出它是由兩個正交矢量合成的。類似地，有64QAM和256QAM等QAM信號，如圖圖5所示。它們總稱為MQAM調(diào)制。由于從其矢量圖看像是星座，故又稱星座調(diào)制。 圖4 64QAM信號矢量圖 圖5 256QAM信號矢量圖16QAM信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種是正交調(diào)幅法，即用兩路獨立的正交4ASK信號疊加，形成16QAM信號，如圖6所示。第二種方法是復(fù)合相AM圖6 正交調(diào)幅法移法，它用兩路獨立的QPSK信號疊加，形成16QAM信號，如圖7所示。圖中 AMAM圖7 復(fù)合相移法虛線大圓上的4個大黑點表示一個QPSK信號矢量的位置。在這4個位置上可以疊加上第二個QPSK矢量，后者的位置用虛線小圓上的4個小黑點表示。 QAM調(diào)制解調(diào)原理 QAM調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是多進制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)日益增多使得頻帶利用率成為主要矛盾的情況下，正交幅度調(diào)制方式是一種比較好的選擇。 正交幅度調(diào)制（QAM）信號采用了兩個正交載波，每一個載波都被一個獨立的信息比特序列所調(diào)制。 M=16QAM信號星座圖 式中{}和{}是電平集合，這些電平是通過將k比特序列映射為信號振幅而獲得的。例如一個16位正交幅度調(diào)制信號的星座圖如下圖所示，該星座是通過用M＝4PAM信號對每個正交載波進行振幅調(diào)制得到的。利用PAM分別調(diào)制兩個正交載波可得到矩形信號星座。 QAM 可以看成是振幅調(diào)制和相位調(diào)制的結(jié)合。因此發(fā)送的QAM信號波形可表示為 如果那么QAM方法就可以達到以符號速率同時發(fā)送個二進制數(shù)據(jù)。 QAM調(diào)制器框圖 QAM的解調(diào)和判決 假設(shè)在信號傳輸中存在載波相位偏移和加性高斯噪聲。因此r(t)可以表示為其中是載波相位偏移，且將接收信號與下述兩個相移函數(shù)進行相關(guān) ，相關(guān)器的輸出抽樣后輸入判決器。，相移和對該相位偏移進行補償。 QAM信號的解調(diào)和判決假設(shè)圖中所示的時鐘與接收信號同步，以使相關(guān)器的輸出在適當(dāng)?shù)臅r刻及時被抽樣。在這些條件下兩個相關(guān)器的輸出分別為其中噪聲分量是均值為0，方差為的互不相關(guān)的高斯隨機變量。最佳判決器計算距離量度 QAM的誤碼率性能 矩形QAM信號星座最突出的優(yōu)點就是容易產(chǎn)生PAM信號可直接加到兩個正交載波相位上，此外它們還便于解調(diào)。 對于下的矩形信號星座圖（K為偶數(shù)），QAM信號星座圖與正交載波上的兩個PAM信號是等價的，這兩個信號中的每一個上都有個信號點。因為相位正交分量上的信號能被相