【正文】 了較為深入地理解與分析，并且根據(jù)其原理編制了仿真程序。 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2202同相分量加載波信號時間 /s幅值0 5 10 15 20 25 30105100BERE / N0 ( d B )E r r o r p e r f o r m a n c e o f M Q A M . 2 D P S K1 6 Q A M6 4 Q A M 圖 411 16QAM 與 16DPSK 誤碼率曲線圖 從仿真過程看，在相同信噪比的條件下，其誤碼率介于 64QAM 和 2DPSK 之間，也就是說，系統(tǒng)在同等噪聲條件下， 16QAM 的抗噪聲性能是相當優(yōu)越的。解調(diào)部分的濾波器同樣采用了貝塞爾函數(shù)低通濾波器，且判決模塊簡單如下所示。在取相同的碼元速率和 載波速率的情況下，設計 2DPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。因此，在平均功率相等條件下， 16QAM 比 16PSK信號的噪聲容限大 dB。 16PSK 信號的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。 圖 410 歐氏距離 按上兩式計算， d2 超過 d1 約 dB。按最大振幅相等，畫出 16QAM信號和 16PSK 信號的星座圖。因此，利用多電平誤碼率的分析方法，可得到 M 進制 QAM 的誤碼率為 [1]： ])(1l o g3[)11(022 nEL Le r f cLP be ??? () 式中， ML? ， Eb 為每碼元能量， n0為噪聲單邊功率譜密度。 為了簡化程序和得到可靠的誤碼率，我們在解調(diào)時并未從已調(diào)信號中恢復載波，而是直接產(chǎn)生與調(diào)制時一模一樣的載波來進行信號解調(diào)。 下圖為 16QAM 解調(diào)框圖： E P F恢 復 信 號 x時 鐘 恢 復L P F并串轉換抽 樣 判 決XX載 波 恢 復9 0 度 相 移c o s w t s i n w t已 調(diào) 信 號 yQ nI nL P F 抽 樣 判 決 相干解調(diào)原理框圖 MQAM調(diào)制介紹及本仿真程序的幾點說明 MQAM 可以用正交調(diào)制的方法產(chǎn)生，本仿真中取 M=16，即幅度和相位相結合的 16 個信號點的調(diào)制。 串并轉換基 帶 信 號 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 yQ nI n 正交調(diào)制原理框圖 解調(diào)是調(diào)制的逆過程， 在接收端解調(diào)器中可以采用正交的相干解調(diào)方法。 本課題采用了正交調(diào)幅法。上式可以展開為 Sk(t)=Akcosθ kcosω 0t— Aksinθ ksinω 0t 式 32 令 Xk=Akcosθ k Yk=Aksinθ k 則信號表示式變?yōu)? Sk(t)= Xkcosω 0t+Yk sinω 0t 式 33 Xk和 Yk 也是可以取多個離散值的變量。 復合相移法 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。下圖以 16QAM 為例，顯示了編碼： 16QAM 編碼 6QAM 調(diào)制解調(diào)原理 16QAM 是兩路 4ASK 信號的疊加，其演變方式可以有以下兩種： （ 1）正交調(diào)幅法，由兩路獨立 的正交 4ASK 信號疊加而成； 圖 33 正交調(diào)幅 （ 2）復合相移法，由兩路獨立的 QPSK 信號疊加而成。 對于 4QAM，當兩路信號幅度相等時，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與 4PSK相同。樣點數(shù)目越多，其傳輸效率越高。該調(diào)制方式通常有 二進制 QAM（ 4QAM）、 四進制 QAM（ l6QAM）、 八進制 QAM（ 64QAM）、 ? ，對應的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，分別有 1 6 ? 個矢量端點。 這樣與之作幅度調(diào)制（ AM）相比，其頻譜利 用率高出一倍。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時已被混和。一個信號叫 I信號，另一個信號叫 Q 信號。本課題采用的是相干解調(diào) 二 正交振幅調(diào)制系統(tǒng) QAM 簡介 正交振幅調(diào)制（ QAM）是一種矢量調(diào)制，它是將輸入比特先映射 （一般采用格雷碼）到一個復平面（星座）上，形成復數(shù)調(diào)制符號。解調(diào)的方法可分為兩類：相干解調(diào)和非相干解調(diào)（包絡檢波）。因此，調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的影響和作用。第二，把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用 率。為了獲得較高的輻射效率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號波長相比擬，而基帶信號包含的較低頻率分量的波長較長，只是天線過長而難以實現(xiàn)。載波調(diào)制后 稱為已調(diào)信號，它含有調(diào)制信號的全部特征。調(diào)制信號是指來自信源的消息信號（基帶信號），這些信號可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。 【關鍵詞】 正交振幅調(diào)制； MATLAB；調(diào)制解調(diào)；仿真 一 調(diào)制簡介 調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用至關重要。正交幅度調(diào)制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高頻譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢，成為寬帶無線接入和無線視頻通信的重要技術方案。 【摘要 】 隨著現(xiàn)代通信技術的發(fā)展，特別是移動通信技術高速發(fā)展，頻帶利用率問題越來越被人們關注。在頻譜資源非常有限的今天，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)不能滿足當前用戶的要求。 本文首先介紹了 QAM 調(diào)制解調(diào)原理，提出了一種基于 MATLAB 的 16QAM 系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)方案，對 16QAM 的星座圖和調(diào)制解調(diào)進行了仿真，并對系統(tǒng)性能進行了分析，進而證明 16QAM 調(diào)制 技術的優(yōu)越性。所謂調(diào)制，就是把信號轉換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。載波調(diào)制，就是用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程，即使載波的某一個或某幾個參數(shù)暗中啊調(diào)制信號的規(guī)律而變化。未受調(diào)制的周期性震蕩信號稱為載波，它可以是正弦波，也可以使非正弦波（如周期性脈沖序列）?；鶐盘枌d波的調(diào)制是為了實現(xiàn)下列一個或多個目標：第一，在無線傳輸中，信號是以電磁波的形式通過天線輻射到空間的。但若通過調(diào)制，把基帶信號的頻譜搬至較高的載波頻率上，是已調(diào)信號的頻譜與信道的帶通特性相匹配，這樣就可以提高傳輸性能，以較小的發(fā)送功率與較短的天線來輻射電磁波。第三，擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。 解調(diào)（也稱檢波）則是調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復出來。相干解調(diào)時，為了無失真地恢復原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴格同步（同頻同相）的本地載波。 正交調(diào)幅信號有兩個相同頻率的 載波 ，但是相位相差 90 度（四分之一周期，來自積分術語）。從數(shù)學角度將一個信號可以表示成正弦，另一個表示成余弦。到達目的地后，載波被分離，數(shù)據(jù)被分別提取然后和原始調(diào)制信息相混和。 QAM 是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。 目前QAM 最高已達到 1024QAM。但并不是樣點數(shù)目越多越好，隨著樣點數(shù)目的增加， QAM 系統(tǒng)的誤碼率會逐漸增大，所以在對可靠性要求較高的環(huán)境，不能使用較多樣點數(shù)目的 QAM。 a 4QAM 星座圖 b 16QAM 星座圖 QAM 采用格雷編碼，采用格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個比特只有一位不同，由于因相位誤差造成錯判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼使之僅造成一個比 特誤碼的概率最大。圖中虛線大圓上的 4個大黑點表示第一個 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。這種信號的一個碼元可以表示為 Sk(t)=Akcos(ω 0t+θ k) kTt≤ (k+1)T 式 31 式中， k 取 整數(shù)； Ak和 ?k分別可以取多個離散值。從上式看出， k(t)可以看作是兩個正交的振幅鍵控信號之和。 在發(fā)送端調(diào)制器中串 /并變換使得信息速率為 Rb 的輸入二進制信號分成兩個速率為 Rb/2 的二進制信號， 2/4電平轉換將每個速率為 Rb/2 的二進制信號變?yōu)樗俾蕿?Rb/8 的電平信號，然后分別與兩個正交載波相乘，再相加后即得 16QAM信號 。接受到的信號分兩路進入兩個正交的載波的相干解調(diào)器，再分別進入判決器形成 L進制信號并輸出二進制信號，最后經(jīng)并 /串變換后得到基帶信號。 為了觀察信道噪聲對該調(diào)制方式的影響，我們在已調(diào)信號中又加入了不同強度的高斯白噪聲，并統(tǒng)計其譯碼誤碼率。 仿真結果圖 QAM 性能分析 16QAM 抗噪聲性能仿真： 對于 QAM，可以看成是由兩個相互正交且獨立的多電平 ASK 信號疊加而成。 通過調(diào)整 高斯白噪聲信道的信噪比 snr（ Eb/No），可以得到如圖 52 所示的誤碼率圖： 1 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5103102101100Q A M 信號誤碼率分析信噪比誤碼率 圖 49 QAM信號誤碼率分析 可見 16QAM 信號的誤碼率隨著信噪比的增大而逐漸減小，這與理論分析是完全一致的 16QAM 信號與其它調(diào)制信號的性能比較 ： （ 1） 16QAM 和 16PSK 星座圖中相鄰點歐氏距離直接代表這噪聲容限的大小。設其最大振幅為 AM，則 16PSK 信號的相鄰矢量端點的歐氏距離等于 AAd ?? ? 式 41 而 16QAM 信號的相鄰點歐氏距離等于 AMd 2122 ????? 式 42 d2 和 d1 的比值就代表這兩種體制的噪聲容限之比。但是，這時是在最大功率（振幅）相等 的條件下比較的，沒有考慮這兩種體制的平均功率差別。而 16QAM 信號，在等概率出現(xiàn)條件下，可以計算出其最大功率和平均功率之比等于 倍，即 dB。 （ 2） 16QAM 與 2DPSK 和 64QAM 這里 我們設計一個 2DPSK 調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)和一個 64QAM 調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型，以觀察其與 16QAM 信號的抗噪聲性能，并對它們的誤碼率進行比較。 這里我們采用的是差分相干解調(diào)的方法，所以并不需要做載波恢復。這樣在高斯白噪聲信道處調(diào)整信噪比，得到如圖 43 所示的誤碼率圖。 AM d2 AM d1 【結束語】 本文研究的重點是對基于 MATLAB的 16QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進行設計與仿真，得到以下的結論。 2. 較為熟悉地掌握了 MATLAB軟件在通信系統(tǒng)設計與仿真的基本步驟與方法。 4. 對 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能進行分析，通過仿真得到了 16QAM系統(tǒng)的誤碼率曲線，曲線趨勢與理論曲線基本一致。clc。close all。 %設定碼元數(shù)量 fb=1。 %抽樣頻率 fc=4。 % Kbase=1,不經(jīng)基帶成形濾波，直接調(diào)制 。 %產(chǎn)生二進制信號序列 [y,I,Q]=qam(info,Kbase,fs,fb,fc)。 y2=y。 m=fs/fb。 dt=1/fs。 subplot(211)。b:39。 title(39。)。 y=fft(y)/n。 q=find(y1e04)。 y=20*log10(y)。 f=0:f1:(length(y)1)*f1。 plot(f,y,39。)。 t