1、课程设计目的随着现代通信技术的发展，特别是移动通信技术高速发展，频带利用率问题越来越被人们关注。在频谱资源非常有限的今天，传统通信系统的容量已经不能满足当前用户的要求。正交幅度调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高频谱利用率、高功率谱密度等优势，成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。课程设计仪器装有 matlab 的 PC 机相关原理调制在通信系统中的作用至关重要。所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制） 。载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，即使载波的某一个或某
2、几个参数暗中啊调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号） ，这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。未受调制的周期性震荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以使非正弦波（如周期性脉冲序列） 。载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。基带信号对载波的调制是为了实现下列一个或多个目标：第一，在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长相比拟，而基带信号包含的较低频率分量的波长较长，只是天线过长而难以实现。但若通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，是已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配，这样就可以提
3、高传输性能，以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。第二，把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。第三，扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。解调（也称检波）则是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波） 。相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波。本课题采用的是相干解调。正交幅度调制（QAM，Quadrature Amplitud
4、e Modulation）是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。这两个载波通常是相位差为90度（/2）的正弦波，因此被称作正交载波。QAM调制技术用两路独立的基带信号对频率相同、相位正交的两个载波进行抑制载波双边带调幅，并将已调信号加在一起进行传输。16QAM 的产生有 2 种方法：（1）正交调幅法，它是有 2 路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；nQAM代表n个状态的正交调幅，一般有二进制（4QAM） 、四进制（16QAM） 、八进制（64QAM） 。我们需要得到多进制的QAM信号，需将二进制信号转换为m电平的多进制信号，然后进行正交调制，最后相加输出。输入2 / m 电平变化器)(
5、tx串 / 并变换2 / m 电平变化器 )(ty2/载波发 生器 )(tSQAMtcostcsinAB1 1 0 1 16QAM 信号用正交相干解调方法进行解调，通过解调器将 QAM 信号进行正交相干解调后，用低通滤波器 LPF 滤除乘法器产生的高频分量，输出抽样判决后可恢复出的两路独立电平信号，最后将多电平码元与二进制码元间的关系进行 转换，将电平信号转换为二2/m进制信号，经并/串变换后恢复出原二进制基带信号。16QAM 调制原理框图：16QAM 是用两路独立的正交 4ASK 信号叠加而成，4ASK 是用多电平信号去键控载波而得到的信号。它是 2ASK 体制的推广，和 2ASK 相比，这
6、种体制的优点在于信息传输速率高。16QAM 解调原理框图：串 / 并变换)(xr)(1tf0(_)dtTs0(_)dtTs2 判决器判决器输出sTs1r2r（2）复合相移法：它是用 2 路独立的四相位移相键控信号叠加而成。在 QAM 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（1）0()cos() ()kkkstAtTtkT式中：k=整数； 和 分别可以取多个离散值。式（1）可以展开为（2）00()cossinkkkkkstAtAt令 Xk = Akcosk， Yk = -Aksink则式（1）变为（3）00()cossinkkkstXtYt和 也是可以取
7、多个离散的变量。从式（3）看出， 可以看作kXY ()kst是两个正交的振幅键控信号之和。在式（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，如下图所示：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，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。仿真结果图1 16QAM信号的星座图图2
8、含白噪声的信号星座图图3 眼图图4 16QAM信号波形图图5 代码运行结果设计体会课程设计之前只是知道 matlab 这款软件在通信领域使用得比较多，但是一直没有真正去接触过这款软件，在这次课程设计过程中，终于有机会接触到 matlab 这款软件了。在此之间掌握了 matlab 的一些基本模块基本操作，通过 simulink 板块仿真了16QAM 系统。对于 16QAM 系统的认识，之前只是停留在一个比较模糊的感官认识，通过本次课程设计，加深了对 QAM，尤其是 16QAM调制解调过程的理解，让自己对整个通信系统有了比较直观比较深入的认识。当然在期间遇到了很多问题，但是通过请教老师，与同学交流
9、讨论，上网查阅资料等途径解决了遇到的问题，增强了解决问题的能了，当然也增进了与老师和同学的友谊。参考文献1 董邵平,陈世庚，王洋.数字信号处理基础TN.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社2 John G.Proakis,MasoudSalehi.Communication Systems Engineering./ 樊昌信,曹丽娜. 通信原理（第六版）TN. 北京：国防工业出版社4 韩利华，王华.MATLAB 电子仿真与应用TN.北京：国防工业出版社代码M=16;k=log2(M);n=3000; %比特序列长度samp=1; %过采样率x=randint(n,1); %生成随机二进制比特流stem
10、(x(1:50),filled); %画出相应的二进制比特流信号title(二进制随机比特流);xlabel(比特序列);ylabel( 信号幅度);x4=reshape(x,k,length(x)/k); %将原始的二进制比特序列每四个一组分组，并排列成k行length(x)/k列的矩阵xsym=bi2de(x4.,left-msb); %将矩阵转化为相应的16进制信号序列figure;stem(xsym(1:50); %画出相应的16进制信号序列title(16进制随机信号);xlabel(信号序列);ylabel( 信号幅度);y=qammod(xsym,M); %用16QAM调制器对信
11、号进行调制scatterplot(y); %画出16QAM信号的星座图text(real(y)+0.1,imag(y),dec2bin(xsym);axis(-5 5 -5 5);EbNo=15;snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(samp); %信噪比yn=awgn(y,snr,measured); %加入高斯白噪声h=scatterplot(yn,samp,0,b.); %经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图hold on;scatterplot(y,1,0,k+,h); %加入不含白噪声的信号星座图title(接收信号星座图);legend(含噪声接收信号 ,不含噪声信号);axis(-5 5 -5 5);hold on;eyediagram(yn,2); %眼图yd=qamdemod(yn,M); %此时解调出来的是16进制信号z=de2bi(yd,left-msb); %转化为对应的二进制比特流z=reshape(z.,numel(z),1);number_of_errors,bit_error_rate=biterr(x,z)figure;stem(yd(1:40);title(16进制随机信号);xlabel(原信号序列);ylabel( 信号幅度);
