qam已调信号matlab相干解调,通信原理课程设计-基于MATLAB的M-QAM调制及相干解调的设计与仿真.doc...

通 信 原 理

课 程 设 计 报 告

题 目：基于MATLAB 的M-QAM调

制及相干解调的设计与仿真

班 级：通信工程 1411

姓 名：

成 绩：

日 期：2016 年 12 月 21 日

基于MATLAB的M-QAM调制及相干解调的设计与仿真

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，因此在自适应信道调制技术中得到了较多应用。本次课程设计主要运用MATLAB软件对M =16 进制正交幅度调制系统进行了仿真，从理论上验证16进制正交幅度调制系统工作原理，为实际应用和科学合理地设计正交幅度调制系统,提供了便捷、高效、直观的重要方法。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：正交幅度调制系统；MATLAB ；仿真

目 录

1引言2

1.1课程设计的目的2

1.2课程设计的基本任务和要求2

1.3仿真平台Matlab2

2 QAM系统的介绍2

2.1正交幅度调制技术2

2.2QAM调制解调原理2

2.3QAM的误码率性能2

3 多进制正交幅度(M-QAM)调制及相干解调原理框图2

4 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2

4.1系统设计2

4.2随机信号的生成2

4.3星座图映射2

4.4波形成形(平方根升余弦滤波器)2

4.5调制2

4.6加入高斯白噪声之后解调2

5 仿真结果及分析2

6 总结与体会2

6.1总结2

6.2心得体会2

【参考文献】2

附录2

1引言

本次课程设计主要运用MATLAB软件进行程序编写。实现模拟基带信号经QAM调制与相干解调的传输过程，通过分析比较调制解调输出波形以及功率谱特征，理解QAM调制解调原理。

1.1课程设计的目的

通信原理课程设计的目的是使我们加深对所学的通信原理知识的理解，扎实掌握通信原理的基础知识和基本理论，增强分析问题和解决问题的能力，培养学生专业素质，提高其利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。

1.2课程设计的基本任务和要求

(1)设计出规定的数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波器模块以及信宿；

(2)根据通信原理，设计出各个模块的参数(例如码速率，滤波器的截止频率等)；

(3)熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，用Matlab/Simulink 实现该数字通信系统；

(4)观察仿真并进行波形分析(波形图和频谱图等)；

1.3仿真平台Matlab

MATLAB目前已发展成为由MATLAB 语言、MATLAB 工作环境、MATLAB 图形处理系统、MATLAB 数学函数库和MATLAB 应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统。本次课程设计则在深入研究连续时间信号傅里叶级数分析理论知识的基础上，利用MATLAB强大的图形处理功能、符号运算功能以及数值计算功能，通过MATLAB编程进行图形功能仿真，从而实现连续时间周期信号频域分析的仿真波形，包括以下内容：用MATLAB实现周期信号的傅里叶级数分解与综合的波形；用MATLAB实现周期信号的单边频谱及双边频谱的波形与分析；用MATLAB实现典型周期信号的频谱的波形。

2 QAM系统的介绍

2.1 正交幅度调制技术

正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,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。

图1 8PSK信号相位

但是由图1可见，在MPSK体制中，随着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：

(1—1)

式中：k=整数；和分别可以取多个离散值。

式(1—1)可以展开为：

(1—2)

令Xk = Akcosqk，Yk = -Aksinqk

则式(1—1)变为：

(1—3)

和也是可以取多个离散的变量。从式(1—3)看出，可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。

在式(1—1)中，若qk值仅可以取p/4和-p/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2 4QAM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：

Ak

图3 16QAM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。

图4 64QAM信号矢量图

图5 256QAM信号矢量图

AM

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。

图6 正交调幅法

第二种方法是复合相移法，它移用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号，如图7所示。图中

AM

AM

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。

2.2 QAM调制解调原理

2.2.1 QAM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，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8所示

(1-4)

图8 M=16QAM信号星座图

式中{}和{}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

(1-5)

如果那么QAM方法就可以达到以符号速率同时发送个二进制数据。图9给出了QAM调制器的框图。

图9 QAM调制器框图

2.2.2 QAM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