基于matlab的多进制正交幅度调制系统的仿真终稿

通信系统综合设计与实践题目基于Matlab的多进制正交幅度调制系统的仿真院（系）名称信院通信系专业名称通信工程学生姓名学生学号指导教师2012年5月20日摘要...................................................................................................................................I1正交幅度调制解调原理...............................................................................................11.1正交幅度调制技术...........................................................................................11.2QAM调制解调原理.......................................................................................41.2.1QAM调制................................................................................................41.2.2QAM的解调和判决................................................................................51.3QAM的误码率性能.......................................................................................62多进制正交幅度（M-QAM）调制及相干解调原理框图..................................72.1正交调制原理框图.........................................................................................72.2相干解调原理框图.......................................................................................83基于MATLAB的多进制正交幅度（M-QAM）调制及相干解调设计与仿真83.1对系统进行分析与设计：...............................................................................83.2随机信号的生成.............................................................................................93.3星座图映射.......................................................................................................93.4波形成形（平方根升余弦滤波器）.........................................................123.5调制.............................................................................................................133.6加入高斯白噪声之后解调.............................................................................143.7误码率曲线.................................................................................................173.816-QAM载波调制信号在AWGN信道下的性能...................................174仿真结果及分析......................................................................................................195结论与展望............................................................................................................225.1本文的重要贡献.......................................................................................225.2未来展望...................................................................................................23参考文献........................................................................................................................24附录................................................................................................................................25通信系统综合设计与实践第I页摘要正交幅度调制技术（QAM）是一种功率和带宽相对高效的信道调制技术，因此在大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛使用。由于信道资源越来越紧张，许多数据传输场合二进制数字调制已无法满足需要。为了在有限信道带宽中高速率地传输数据，可以采用多进制(M进制，M2)调制方式，MPSK则是经常使用的调制方式，由于MPSK的信号点分布在圆周上，没有最充分地利用信号平面，随着M值的增大，信号最小距离急剧减小，影响了信号的抗干扰能力。MQAM称为多进制正交幅度调制，它是一种信号幅度与相位结合的数字调制方式，信号点不是限制在圆周上，而是均匀地分布在信号平面上，是一种最小信号距离最大化原则的典型运用，从而使得在同样M值和信号功率条件下，具有比MPSK更高的抗干扰能力。本文是对QAM通信系统的研究。叙述了适用于数字微波系统的QAM调制解调方式，通过系统实验对正交幅度调制解调的过程、原理及性能进行了论证、分析，理论上讨论和说明了数字调制解调技术中影响系统性能的条件和因素。最后利用通信系统仿真软件MATLAB对16QAM数字调制与解调过程进行了仿真，并给出了16QAM在加性高斯白噪声条件下的误码率。实验及仿真的结果证明，多进制正交幅度调制解调易于实现，且性能良好，是未来通信技术的主要研究方向之一，并有广阔的应用前景。关键词：QAM调制解调星座图误码率通信系统综合设计与实践第1页1正交幅度调制解调原理1.1正交幅度调制技术正交振幅调制（QuadratureAmplitudeModulation,QAM）是一种振幅和相位联合键控。虽然MPSK和MDPSK等相移键控的带宽和功率方面都具有优势，即带宽占用小和比特噪声比要求低。但是由图1可见，在MPSK体制中，随着8/15图18PSK信号相位M的增大，相邻相位的距离逐渐减小，使噪声容限随之减小，误码率难于保证。为了改善在M大时的噪声容限，发展出了QAM体制。在QAM体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制。这种信号的一个码元可以表示为0()cos()(1)kkkstAtkTtkT（2—1）式中：k=整数；kA和k分别可以取多个离散值。式（2—1）可以展开为00()coscossinsinkkkkkstAtAt（2—2）令Xk=Akcosk，Yk=-Aksink则式（2—1）变为8/58/38/8/78/98/118/13通信系统综合设计与实践第2页00()cossinkkkstXtYt（2—3）kX和kY也是可以取多个离散的变量。从式（2—3）看出，()kst可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。在式（2—1）中，若k值仅可以取/4和-/4，Ak值仅可以取+A和-A，则此QAM信号就成为QPSK信号，如图2所示：图24QAM信号矢量图所以，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号。有代表性的QAM信号是16进制的，记为16QAM，它的矢量图示于下图中：图316QAM信号矢量图图中用黑点表示每个码元的位置，并且示出它是由两个正交矢量合成的。类似地，有64QAM和256QAM等QAM信号，如图4、图5所示。它们总称为MQAM调制。由于从其矢量图看像是星座，故又称星座调制。Ak通信系统综合设计与实践第3页16QAM信号的产生方法主要有两种。第一种是正交调幅法，即用两路独立的正交4ASK信号叠加，形成16QAM信号，如图6所示。第二种方法是复合相图6正交调幅法移法，它用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号，如图7所示。图中图464QAM信号矢量图图5256QAM信号矢量图AMAMAM通信系统综合设计与实践第4页图7复合相移法虚线大圆上的4个大黑点表示一个QPSK信号矢量的位置。在这4个位置上可以叠加上第二个QPSK矢量，后者的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示。1.2QAM调制解调原理1.2.1QAM调制正交幅度调制QAM是数字通信中一种经常利用的数字调制技术，尤其是多进制QAM具有很高的频带利用率，在通信业务日益增多使得频带利用率成为主要矛盾的情况下，正交幅度调制方式是一种比较好的选择。正交幅度调制（QAM）信号采用了两个正交载波tftfcc2sin2cos、，每一个载波都被一个独立的信息比特序列所调制。发送信号波形如图1.2.1所示,2sin)(2cos)()(tftgAtftgAtucTmscTmcmMm,...,2,1图1.2.1M=16QAM信号星座图式中{mcA}和{msA}是电平集合，这些电平是通过将k比特序列映射为信号振幅而获得的。例如一个16位正交幅度调制信号的星座图如下图所示，该星座是通过用M＝4PAM信号对每个正交载波进行振幅调制得到的。利用PAM分别调制两个正交载波可得到矩形信号星座。QAM可以看成是振幅调制和相位调制的结合。因此发送的QAM信号波形可表示为通信系统综合设计与实践第5页),2cos()()(ncTmmntftgAtu,,....,2,11Mm,,....,2,12Mn如果,211kM,222kM那么QAM方法就可以达到以符号速率)(21kkRB同时发送12221logMMkk个二进制数据。图1.2.2给出了QAM调制器的框图。图1.2.2QAM调制器框图1.2.2QAM的解调和判决假设在信号传输中存在载波相位偏移和加性高斯噪声。因此r(t)可以表示为)()2sin()()2cos()()(tnftgAftgAtrcTmscTmc其中是载波相位偏移，且tftntftntncscc2)(2cos)()(将接收信号与下述两个相移函数进行相关)2cos()()(1tftgtcT)2sin(