【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 號(hào)。有代表性的 QAM 信號(hào)是16 進(jìn)制的，記為 16QAM，它的矢量圖示于下圖 中：Ak圖 16QAM 信號(hào)矢量圖圖中用黑點(diǎn)表示每個(gè)碼元的位置，并且示出它是由兩個(gè)正交矢量合成的。類似地，有 64QAM 和 256QAM 等 QAM 信號(hào)，如圖 、圖 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。13 圖 64QAM 信號(hào)矢量圖 圖 256QAM 信號(hào)矢量圖16QAM 信號(hào)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(dú)立的正交 4ASK 信號(hào)疊加，形成 16QAM 信號(hào)，如圖 所示。AM圖 正交調(diào)幅法第二種方法是復(fù)合相移法，它用兩路獨(dú)立的 QPSK 信號(hào)疊加，形成16QAM 信號(hào)，如圖 所示。圖中 AMAM圖 復(fù)合相移法14虛線大圓上的 4 個(gè)大黑點(diǎn)表示一個(gè) QPSK 信號(hào)矢量的位置。在這 4 個(gè)位置上可以疊加上第二個(gè) QPSK 矢量，后者的位置用虛線小圓上的 4 個(gè)小黑點(diǎn)表示。三、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(jìn)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(hào)采用了兩個(gè)正交載波 ，每一tftfcc?2sino、個(gè)載波都被一個(gè)獨(dú)立的信息比特序列所調(diào)制。發(fā)送信號(hào)波形如圖 所示 ,si)(2cos)()( tftgAtftgAtu cTmscTm??? Mm,.1?圖 M=16QAM 信號(hào)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(hào)mcAs振幅而獲得的。例如一個(gè) 16 位正交幅度調(diào)制信號(hào)的星座圖如下圖所示，該星座是通過用 M＝4PAM 信號(hào)對(duì)每個(gè)正交載波進(jìn)行振幅調(diào)制得到的。利用 PAM 分別調(diào)制兩個(gè)正交載波可得到矩形信號(hào)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(hào)波形可表示為 ),2cos())( ncTmn tftgAtu???? ,.211Mm?,.2n?如果 那么 QAM 方法就可以達(dá)到以符號(hào)速率,21kM,k同時(shí)發(fā)送 個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖 給出了 QAM)(1kRB?1221lg?15調(diào)制器的框圖。圖 QAM 調(diào)制器框圖QAM 的解調(diào)和判決假設(shè)在信號(hào)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)(2sin())2cos())( tnftgAftgAtr cTmscTm ??? ????其中 是載波相位偏移，且?tfntftnt cscc?)()(?將接收信號(hào)與下述兩個(gè)相移函數(shù)進(jìn)行相關(guān) )2o())(1 ?????tftgtcTsin2如圖 所示，相關(guān)器的輸出抽樣后輸入判決器。使用圖 115 中所示的鎖相環(huán)估算接收信號(hào)的載波相位偏移 ，相移 和 對(duì)該相位偏移進(jìn)行補(bǔ)?)(1t?2t償。16圖 QAM 信號(hào)的解調(diào)和判決假設(shè)圖中 所示的時(shí)鐘與接收信號(hào)同步，以使相關(guān)器的輸出在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻及時(shí)被抽樣。在這些條件下兩個(gè)相關(guān)器的輸出分別為 ?sinco1mnAr???i2其中 dtgtnTTcc)(210??ttTTss)(0噪聲分量是均值為 0，方差為 的互不相關(guān)的高斯隨機(jī)變量。20N最佳判決器計(jì)算距離量度 2),(msrD?? Mm,.21?QAM 的誤碼率性能矩形 QAM 信號(hào)星座最突出的優(yōu)點(diǎn)就是容易產(chǎn)生 PAM 信號(hào)可直接加到兩個(gè)正交載波相位上，此外它們還便于解調(diào)。對(duì)于 下的矩形信號(hào)星座圖（K 為偶數(shù)） ，QAM 信號(hào)星座圖與正交2M?載波上的兩個(gè) PAM 信號(hào)是等價(jià)的，這兩個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)上都有個(gè)信號(hào)點(diǎn)。因?yàn)橄辔徽环至可系男盘?hào)能被相干判決極好的分離，2/所以易于通過 PAM 的誤碼率確定 QAM 的誤碼率。M 進(jìn)制 QAM 系統(tǒng)正確判決的概率是：。??PC??12式中 是 進(jìn)制 PAM 系統(tǒng)的誤碼率，該 PAM 系統(tǒng)具有等價(jià) QAM 系統(tǒng)的每一個(gè)正交信號(hào)中的一半平均功率。通過適當(dāng)調(diào)整 M 進(jìn)制 PAM 系統(tǒng)的誤碼率，可得： ????o/1/3/12avNMQEM???式中 是每個(gè)符號(hào)的平均信噪比。因此，因此 M 進(jìn)制 QAM 的誤碼率Noav為： ??PMM??117可以注意到，當(dāng) K 為偶數(shù)時(shí)，這個(gè)結(jié)果對(duì) 情形時(shí)精確的，而當(dāng) K2KM?為奇數(shù)時(shí)，就找不到等價(jià)的 進(jìn)制 PAM 系統(tǒng)。如果使用最佳距離量度進(jìn)行判決的最佳判決器，可以求出任意 K=1 誤碼率的的嚴(yán)格上限。=????o1/E321av2NQPM???? ??o1/34QEavbN?其中， 是每比特的平均信噪比。O/avb第二節(jié) 多進(jìn)制正交幅度調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖一、正交調(diào)制原理框圖串并轉(zhuǎn)換基帶信號(hào) x電平映射電平映射成形濾波成形濾波XX載波發(fā)生器9 0 度相移c o s w t s i n w t+已調(diào)信號(hào) yQ nI n圖 正交調(diào)制原理框圖18二、相干解調(diào)原理框圖E P F恢復(fù)信號(hào) x時(shí)鐘恢復(fù)L P F并串轉(zhuǎn)換抽樣判決XX載波恢復(fù)9 0 度相移c o s w t s i n w t已調(diào)信號(hào) yQ nI nL P F 抽樣判決圖 相干解調(diào)原理框圖19第二章 MATLAB 通信系統(tǒng)工具箱MATLAB 通信系統(tǒng)工具箱主要應(yīng)用于參數(shù)化模型，頻譜分析和估計(jì)等。通信系統(tǒng)工具箱實(shí)際上是用 MATLAB 的基本語句變成的各種子程序集，用于解決某一方面的專門問題或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法。MATLAB 的通信系統(tǒng)工具箱可以任意增減，不同的工具箱可以給不同領(lǐng)域的用戶提供豐富強(qiáng)大的功能。MATLAB 中的通信系統(tǒng)工具箱是目前比較成熟的通信系統(tǒng)仿真工具， MATLAB 通信系統(tǒng)工具箱提供的函數(shù)主要用于處理通信及傳輸問題，為我們分析通信系統(tǒng)中每個(gè)過程提供了極大的幫助，使我們能夠輕松直觀的解決問題。常用的 MATLAB 函數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：figure功能：創(chuàng)建新的圖形窗口(用于輸出圖形的窗口)。格式：figure說明：figure 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)新的圖形窗口 , 并成為當(dāng)前圖形窗口, 所創(chuàng)建的圖形窗口的序號(hào)是按同一 MATLAB 程序中創(chuàng)建的順序號(hào)。plot功能：線型繪圖函數(shù)。格式：plot(x)plot(x,y)說明：plot(x)是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)用方式, x 是長(zhǎng)度為 n 的數(shù)值向量。plot(x)的作用是在坐標(biāo)系中順序地用直接連接頂點(diǎn){i,x(i),i=1,2,…,n}生成一條折線。當(dāng)向量元素充分多時(shí), 即可生成一條光滑的曲線。subplot功能：多坐標(biāo)設(shè)置與定位當(dāng)前坐標(biāo)系。格式：subplot(m,n,k)說明：subplot(m,n,k)將圖形窗口分成 m 行 n 列 m*n 塊子區(qū)域，按從上到下,從左到右的順序,在第 k 塊子區(qū)域定義一個(gè)坐標(biāo)系, 使其成為當(dāng)前坐標(biāo)系, 隨后的20繪圖函數(shù)將在該坐標(biāo)系輸出圖形。ezplot功能：該命令用來繪制符號(hào)表達(dá)式的自變量和對(duì)應(yīng)各函數(shù)值的二維曲線。格式： ezplot(F, [xmin,xmax],fig)說明：其中 F 是要畫的符號(hào)函數(shù)； [xmin,xmax]是繪圖的自變量范圍， fip 是窗口。axis功能：該命令用來控制坐標(biāo)軸的特性。格式： axis([xmin,xmax], [ymin,ymax])說明：此為坐標(biāo)范圍,其中 xmin＜xmax ，ymin＜ymax 。angle功能：求復(fù)數(shù)的相角。格式：P=angle(Z)說明：當(dāng) Z 為復(fù)數(shù)矩陣時(shí)，用來求矩陣 Z 中每個(gè)元素的相角，相角位于[, ]。?21第三章 MATLAB 的模擬調(diào)制和解調(diào)實(shí)例第一節(jié) 用 MATLAB 分析雙邊帶幅度調(diào)制（DSMAM）我們可以利用 MATLAB 強(qiáng)大的符號(hào)運(yùn)算功能來進(jìn)行運(yùn)算,再根據(jù) MATLAB 的可視化結(jié)果進(jìn)行分析。在 DSBAM 中，已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表示為： u(t)=m(t)c(t)=Acm(t) ??)2cos(cft?式中，m(t)是消息信號(hào)，c(t)=Ac 為載波，fc 是載波的頻率（單位：HZ）, 是初始相位。為了討論方便取初相 =0（以下類似） 。c?隨 u(t)作傅里葉變換，即可得到信號(hào)的頻域表示： U（f）=Ac/2 +Ac/2 )(fcM?)(fc? 傳輸帶寬 Bt 是消息信號(hào)帶寬 W 的兩倍，即：Bt=2W。 0＜t＜t0/3 某消息信號(hào) m(t)= 2 t0/3＜t＜2t0/3 其他用信號(hào) m(t)以 DSBAM 方式調(diào)制載波 c(t)=cos(2∏fct),所得到的已調(diào)制信號(hào)記為 u(t).設(shè) t。=,fc=250Hz。試比較消息信號(hào)與已調(diào)信號(hào)，并繪制它們的頻譜。運(yùn)用如下 MATLAB 程序: t0=。 ％信號(hào)持續(xù)時(shí)間 ts=。 ％采樣時(shí)間間隔 Fc= ％載波頻率 FS=1/ts。 ％采樣頻率 df= 。 ％頻率分辨率22 t=[0:ts:t0]。 ％時(shí)間矢量 m=[ones(1,t0/(3*ts)), 2*ones(1,t0/(3*ts)),zeros(1,t0/(3*ts)+1)]。 ％定義信號(hào)序列 C=cos(2*pi*Fc.*t)。 ％載波信號(hào) u=m.*c。 ％調(diào)制信號(hào) [M,m,df1]=fft_seq(m,ts,df)。 ％傅里葉變換 M=M/FS。 [U,u,df1]=fft_seq(m,ts,df)。 U=U/FS。 [C,c,df1]=fft_seq(c,ts,df)。 f=[0:df1:df1*(length(m)1)]Fs/2。 ％頻率矢量 subplot(2,2,1)。plot(t,m(1:length(t)))。 ％未調(diào)制信號(hào) title(‘未調(diào)制信號(hào)‘)； subplot(2,2,2)。plot(t,u(1:length(t)))。 ％已調(diào)制信號(hào) title(‘已調(diào)制信號(hào)‘)； subplot(2,2,3)；plot(f,abs(fftshift(M)))。 ％未調(diào)制信號(hào)頻譜 title(‘未調(diào)制信號(hào)頻