基于MATLAB的QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究畢業(yè)論文

1、 . . . 西 安 郵 電 大 學(xué) 畢業(yè) 設(shè) 計（論 文）題 目： 基于MATLAB的QAM調(diào)制解調(diào) 技術(shù)研究 西 安 郵 電 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)生指導(dǎo)教師職稱講師學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院專業(yè)通信工程題目基于MATLAB的QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究任務(wù)與要求1. 查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)調(diào)制解調(diào)基本理論與各種調(diào)制解調(diào)技術(shù)。2.研究各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)，重點研究QAM調(diào)制解調(diào)原理。3.在MATLAB環(huán)境下設(shè)計一個16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行模擬，對仿真結(jié)果進行分析總結(jié)。4.總結(jié)研究成果，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。開始日期2014年3月3日完成日期2014年6月15日院 長(簽字)2014年3月

2、7日西 安 郵 電 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計 (論文) 工 作 計 劃2014年 3 月10 日學(xué)生指導(dǎo)教師 * 職稱學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院 專業(yè) 通信工程 題目 基于MATLAB的QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究工作進程起 止 時 間工 作 內(nèi) 容3月3日至3月17日 搜集整理與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的資料，學(xué)習(xí)相關(guān)資料主要是調(diào)制解調(diào)相關(guān)知識。 3月18日至3月25日學(xué)習(xí)MATLAB語言編程方法。3月26日至4月7日研究用MATLAB語言仿真分析QAM調(diào)制解調(diào)的方法。4月8日至5月19日 在MATLAB環(huán)境下設(shè)計一個16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并對 系統(tǒng)進行仿真分析。 5月20日至6月8日 總結(jié)前面的工作和整理所有資

3、料，撰寫畢業(yè)論文并完 成英文資料的翻譯。6月9日至6月15日 繼續(xù)完善畢業(yè)論文，準備答辯。主要參考書目(資料)主要參考書目(資料) (1)志剛，錢亞生. 現(xiàn)代通信原理M. 清華大學(xué). 1992年8月.(2)王立寧，樂光新，詹菲. MATLAB與通信仿真M. 人民郵電. 2000年1月.(3)樊昌信，麗娜. 通信原理M. 國防工業(yè).2006. (4)白萍.現(xiàn)代通信理論M.電子科技大學(xué).2006.主要儀器設(shè)備與材料1.計算機一臺論文(設(shè)計)過程中教師的指導(dǎo)安排每周指導(dǎo)一次，主要解答學(xué)生問題，指導(dǎo)研究進度，并檢查閱讀資料筆記和仿真程序。對計劃的說明本計劃為開題之初所定，后續(xù)會根據(jù)具體情況隨時調(diào)整，最

4、終一定按畢業(yè)設(shè)計規(guī)定結(jié)束日期完成。郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告通信與信息工程學(xué)院院（系）通信工程專業(yè)級班課題名稱：基于Matlab的QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究指導(dǎo)教師：報告日期：2014年3月11日1本課題所涉與的問題與應(yīng)用現(xiàn)狀綜述 在現(xiàn)代通信中，提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點之一。近年來，隨著通信業(yè)務(wù)需求的迅速增長，尋找頻譜利用率高的數(shù)字調(diào)制方式已成為數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計、研究的主要目標之一。為了提高其性能，人們對這些數(shù)字調(diào)制體制不斷加以改進提出了多種新的調(diào)制解調(diào)機體。這些新的調(diào)制解調(diào)體制，各有所長分別在不同的方面有其優(yōu)勢。正交振幅調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Mod

5、ulation)就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，正交振幅調(diào)制是二進制的PSK、四進制的QPSK調(diào)制的進一步推廣，通過相位和振幅的聯(lián)合控制，可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式，從而可在限定的頻帶傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。 正交振幅調(diào)制在大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在移動通信中，隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現(xiàn)，使得信道傳輸特性發(fā)生了很大變化。 過去在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的正交振幅調(diào)制也引起人們的重視。QAM數(shù)字調(diào)制器作為DVB系統(tǒng)的前端設(shè)備，接收來自編碼器、復(fù)用器、DVB網(wǎng)關(guān)、視頻服務(wù)器等設(shè)備的TS流，進行RS編碼、卷積編碼和QAM數(shù)字調(diào)制，輸出的射頻

6、信號可以直接在有線電視網(wǎng)上傳送，同時也可根據(jù)需要選擇中頻輸出。它以其靈活的配置和優(yōu)越的性能指標，廣泛的應(yīng)用于數(shù)字有線電視傳輸領(lǐng)域和數(shù)字MMDS系統(tǒng)。 作為國際上移動通信技術(shù)專家十分重視的一種信號調(diào)制方式之一，正交振幅調(diào)制（QAM）在移動通信中頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點之一，隨著微蜂窩（Microcell）和微微蜂窩（Picocell）系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得信道的傳輸特性發(fā)生了很大變化，接收機和發(fā)射機之間通常具有很強的支達分量，以往在蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的但頻譜利用率很高的WAM已引起人們的重視，許多學(xué)者已對16QAM與其它變型的QAM在PCN中的應(yīng)用進行了廣泛深入地研究。 本文論述了適用于數(shù)字通信

7、系統(tǒng)的正交幅度調(diào)制解調(diào)方式。實際的通信系統(tǒng)是一個功能結(jié)構(gòu)相當復(fù)雜的系統(tǒng)，對于這個系統(tǒng)作出的任何改變都可能影響到整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。而Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制與數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。Simulink作為Matlab提供的用于對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的工具包，提供了仿真所需的信源編碼、糾錯編碼

8、、信道、調(diào)制解調(diào)以與其它所用的全部庫函數(shù)和模塊?？梢?，不管對任何復(fù)雜的通信系統(tǒng)，用Simulink對其仿真都是一個不錯的選擇。MATLAB對16QAM調(diào)制與解調(diào)過程進行仿真，并且利用MATLAB對各個模塊進行仿真，而且編譯了所有的仿真程序。最后用蒙特卡洛仿真給出了16QAM在加性高斯白噪聲條件下的誤碼率。完成了一個16QAM信號的調(diào)制與解調(diào)的完整設(shè)計。2 本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題、解決的思路與實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析關(guān)鍵問題：1.用Matlab對/16QAM/64QAM的調(diào)制與解調(diào), 2.16QAM/64QAM生成原理,如何提高相位譜利用率轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾螠p少誤差以與提高傳送速率. 3.16QA

9、M/64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)與仿真。 4.16QAM/64QAM的抗噪聲性能研究。 5.16QAM與2DPSK系統(tǒng)抗噪聲性能比較解決思路：1. 對16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理進行了較為深入地理解與分析，并且根據(jù)其原理構(gòu)建了Simulink的仿真模型。 2. 較為熟悉地掌握了Matlab/Simulink軟件在通信系統(tǒng)設(shè)計與仿真的基本步驟與方法。 3. 利用Matlab/Simulink 實現(xiàn)了16QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)與仿真，并得到相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)波形，發(fā)現(xiàn)解調(diào)信號波形與輸入信號波形存在一定時延，所以該系統(tǒng)的實時性有不足，但并不影響對誤碼率的檢測，以與系統(tǒng)能夠的抗噪聲性能。 4.

10、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。 5. 將16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)與2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能進行對比，獲得了他們兩者的誤碼率曲線，進行比較，發(fā)現(xiàn)16QAM的抗噪聲性能不如2DPSK，這是與理論相符的，也即，當信噪比一定的情況下，M越大，誤碼率Pe也越大。 從仿真過程看，在一樣信噪比的條件下，16QAM的加性白噪聲的功率遠大于2DPSK的加性白噪聲的功率，故16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)一般工作在大信噪比的環(huán)境下，其誤碼率將很小，也就是說，兩個系統(tǒng)在同等噪聲條件下，16QAM的抗噪聲性能是相當優(yōu)越的?？尚行苑治觯罕疚氖窃O(shè)

11、計是基于Simulink的QAM調(diào)制實現(xiàn)的。首先介紹QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基本原理，然后介紹了實現(xiàn)通信方針的應(yīng)用軟件Simulink的庫的基本知識與系統(tǒng)建模與仿真的基本操作。重點是以16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)為例，根據(jù)其調(diào)制解調(diào)原理系統(tǒng)框圖，在Simulink環(huán)境下建立各個模塊的模型圖，如串并轉(zhuǎn)換模塊,2/4電頻轉(zhuǎn)換模塊等，設(shè)置參數(shù)并進行仿真。實現(xiàn)QAM系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)，并得到了各模塊的波形圖，調(diào)制解調(diào)波形圖，以與信號在加噪后的星型圖與眼圖而在信號變換條件下，得到166QAM系統(tǒng)的誤碼率。最后，在做一個2DPSK系統(tǒng)設(shè)計與仿真后，將他與16QAM系統(tǒng)進行比較，并得到16QAM是一種相對優(yōu)越的調(diào)制解調(diào)

12、系統(tǒng)這一結(jié)論。3 完成本課題的工作方案1. 2014.3.3-2014.3.17 搜集整理與畢業(yè)設(shè)計課題相關(guān)的資料，學(xué)習(xí)相關(guān)資料，主要是調(diào)制解調(diào)的相關(guān)知識，特別是正交振幅調(diào)制即QAM調(diào)制。 2.2014.3.18-2014.3.25 學(xué)習(xí)MATLAB語言編程方法，simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制與數(shù)字信號處理的建模和仿真中,通過simulink實現(xiàn)通信仿真，對QAM與matlab有一個系統(tǒng)的認識 。 3.2014.3.26-2014.4.7 研究用

13、MATLAB語言仿真分析QAM調(diào)制解調(diào)的方法，撰寫開題報告。4.2014.4.8-2014.5.19 在MATLAB環(huán)境下設(shè)計一個16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進行仿真分析，并對16QAM與2DPSK系統(tǒng)抗噪聲性能比較。5.2014.5.20-2014.6.8 總結(jié)前面的工作和整理所有資料，撰寫畢業(yè)論文并完成英文資料的翻譯。6.2014.6.9-2014.6.15 繼續(xù)完善畢業(yè)論文，反復(fù)修改和補充，準備答辯。4指導(dǎo)教師審閱意見指導(dǎo)教師(簽字)：年月日說明：本報告必須由承擔畢業(yè)論文(設(shè)計)課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文(設(shè)計) 正式開始的第1周周五之前獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計

14、 (論文)成績評定表學(xué)生性別男學(xué)號專 業(yè)班級課題名稱基于MATLAB的QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究課題類型通信工程難度一般畢業(yè)設(shè)計（論文）時間2014 年3 月3 日6 月15 日指導(dǎo)教師 (職稱 講師 )課題任務(wù)完成情況論文(千字)；設(shè)計、計算說明書(千字)；圖紙()；其它(含附件)：指導(dǎo)教師意見分項得分：開題調(diào)研論證分； 課題質(zhì)量（論文容）分； 創(chuàng)新分；論文撰寫（規(guī)）分； 學(xué)習(xí)態(tài)度分； 外文翻譯 分指導(dǎo)教師審閱成績：指導(dǎo)教師(簽字)：2014年月日評閱教師意見分項得分：選題分； 開題調(diào)研論證分； 課題質(zhì)量（論文容）分； 創(chuàng)新分；論文撰寫（規(guī)）分； 外文翻譯 分評閱成績：評閱教師(簽字)：2014

15、 年月日驗收小組意見分項得分：準備情況分； 畢業(yè)設(shè)計（論文）質(zhì)量分； （操作）回答問題分驗收成績：驗收教師(組長)(簽字)：2014 年月日28 / 43答辯小組意見分項得分：準備情況分； 述情況分； 回答問題分； 儀表分答辯成績： 答辯小組組長(簽字)： 2014 年月日成績計算方法(填寫本系實用比例)指導(dǎo)教師成績20 () 評閱成績 30() 驗收成績 30 () 答辯成績20 ()學(xué)生實得成績(百分制)指導(dǎo)教師成績 評閱成績驗收成績答辯成績 總評答辯委員會意見畢業(yè)論文(設(shè)計)總評成績(等級)：學(xué)院答辯委員會主任(簽字)：學(xué)院 (簽章) 2014 年月日備注郵電大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計)成績評定

16、表(續(xù)表)目錄摘要IABSTRACTII引言11緒 論21.1SIMULINK與仿真21.2 QAM簡介21.MQAM信號21.2. 2QAM信號的調(diào)制與解調(diào)42SIMULINK概述72. 1SMULINK簡介72. 2 Simulink模塊庫介紹72.2.1Simulink的基本模塊庫介紹72.2.2Simulink簡單模型的建立82.2.3Simulink參數(shù)設(shè)置93仿真的實現(xiàn)與分析103.1模擬調(diào)制的介紹103.1.1幅度調(diào)制（AM）103.1.2 相位調(diào)制103.216 QAM調(diào)制解調(diào)103.2.1仿真框圖103.3 模型建立與仿真133.3.1 眼圖分析模塊133.3.2串并轉(zhuǎn)換模塊

17、133.3.32/4電平轉(zhuǎn)換模塊143.3.4離散時間信號發(fā)散圖示波器模塊163.3.5調(diào)制系統(tǒng)的實現(xiàn)173.4 解調(diào)模型的建立與仿真183.4.1相干解調(diào)183.4.24/2電平判決193.4.3并串轉(zhuǎn)換213.4.4其它模塊223.516QAM抗噪聲性能研究233.5.116QAM與2DPSK系統(tǒng)抗噪聲性能比較254結(jié)論與總結(jié)26致27參考文獻28摘要自從通信行業(yè)發(fā)展以來，人們對通信的需求量是成幾何形增長的。通信業(yè)務(wù)的發(fā)展實際上可以說是廣大用戶的需求推動的。隨著人們對通信需求量的增大和通信距離的要求，人們開始研究怎樣在有限的頻帶資源里實現(xiàn)盡可能大的信息量傳輸，所以在這種情況下數(shù)字調(diào)制理論與

18、技術(shù)也適應(yīng)人們的需求迅速發(fā)展，隨著人們對數(shù)字通信技術(shù)在其容量和遠距離方面的研究，通信領(lǐng)域的專家對新的調(diào)制解調(diào)的研究與探索從未停息過。但是隨著研究與探索一些新的問題又出現(xiàn)在我們的面前。在這種情況下，傳統(tǒng)的數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式受到了挑戰(zhàn)，因此需我們迫切需要采用新的數(shù)字調(diào)制方式來滿足人們的需求，新的調(diào)制方式通過少信道對傳輸信號的影響來提升頻帶利用率。這些技術(shù)的的體現(xiàn)就主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率地利用頻帶展開的。我們通過研究以往的數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)研究其有點特性將二者中可利用的部分組合起來形成一種滿足人們需求的新的調(diào)制方式。都有自己的優(yōu)點與缺點，總的來說各有所長。正交振幅調(diào)制一種通過這種方法的出的一種新

19、的調(diào)制方式，它就是線性的幅度調(diào)制與非線性的相位調(diào)制結(jié)合到一起提高頻譜效率，這樣在就可在限定的頻帶寬度頻帶資源就會被充分利用 。下面首先就本次設(shè)計的所用的軟件做一個簡單的介紹。主要簡單介紹其仿真方式與其功能作用。然后根據(jù)QAM調(diào)制的工作原理做出一個簡單的仿真框圖，然后根據(jù)框圖利用SIMULINK進行仿真，最后對其仿真結(jié)果進行分析，從而對QAM的性能有一個清楚的認識。關(guān)鍵詞： 仿真 調(diào)制 頻譜利用率ABSTRACTSince its communications industry, there is geometric growth in traffic demand. Communication

20、 business development can be said to be actually promoted by the needs of our users. As the distance increases demand for communications and communications requirements, people began to study how bands with limited resources to achieve the greatest possible amount of transmission,So in this case the

21、ory of digital modulation and rapid development of technology adapted to people's needs, as digital communications technology in relation to its capacity and distance studies, communications experts in the fields of research and exploration of new modulation and demodulation never cease.But as t

22、he research and exploration on new problems appeared in front of us.In this case, the challenged traditional methods of digital modulation and demodulation, so we urgently need a new digital modulation to meet people's needs, new modulation by small channels to traffic signals to improve bandwid

23、th utilization.Full embodiment of these technologies will mainly around the economical and efficient use of the spectrum band. Through research and simulation research of digital modulation in the past the kind of attributes available in both sections combined to form a new modulation schemes for me

24、eting the needs of people.All have their strengths and weaknesses, generally with different talents. Quadrature amplitude modulation a method by which a new mode of modulation, it is a linear combination of nonlinear phase modulation and amplitude modulation to improve spectrum efficiency, within su

25、ch a limited bandwidth bandwidth resources are fully utilized.Following this first design software used by a simple introduction. Main brief emulation mode and its function.And then based on QAM modulation principle of simulation of a simple block diagram, and then according to the block diagram sim

26、ulation using SIMULINK, and finally analysis of the simulation results and thus has a clear understanding of the performance of QAM.Key words: modulation spectrum simulation usage引言隨著人們對通信需求量的增大和通信距離的要求，人們開始研究怎樣在有限的頻帶資源里實現(xiàn)盡可能大的信息量傳輸。所以在這種情況下數(shù)字調(diào)制理論與技術(shù)也適應(yīng)人們的需求迅速發(fā)展。我們通過研究以往的數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)研究其有點特性將二者中可利用的部分組合起

27、來形成一種滿足人們需求的新的調(diào)制方式。都有自己的優(yōu)點與缺點，總的來說各有所長。正交振幅調(diào)制一種通過這種方法的出的一種新的調(diào)制方式，它就是線性的幅度調(diào)制與非線性的相位調(diào)制結(jié)合到一起提高頻譜效率，這樣在就可在限定的頻帶寬度頻帶資源就會被充分利用 。在現(xiàn)有通信系統(tǒng)中正交振幅這種多進制調(diào)制方式的面世為我們在很多研究領(lǐng)域提供了更有效快捷的調(diào)制方式。所以這種新的調(diào)制方式使我們的思維面更加廣闊，也能使我們面對一個通信系統(tǒng)是能夠多樣性的去解決一個系統(tǒng)的傳輸問題。雖然這類新型調(diào)制機制比較復(fù)雜，但隨著通信技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展尤其是電子通信方面的集成電路和移動通信中的信號處理技術(shù)等的發(fā)展，是復(fù)雜的問題變得簡單化我們可以利

28、用少量的集成電路模塊就能輕松地實現(xiàn)其功能。它由于配置靈活和性能指標相對優(yōu)越等特點，在數(shù)字有線電視傳輸領(lǐng)域和數(shù)字MMDS系統(tǒng)被人們所衷愛。 因為正交振幅調(diào)制作作為通信領(lǐng)域比較重要的通信方式之一，所以許多通信領(lǐng)域的專家開始已對16QAM與其它變型的QAM在PCN中的應(yīng)用進行研究。1緒 論.1SIMULINK與仿真Simulink是一種簡單易懂的仿真軟件，通信仿真就是通過它來搭建仿真模塊，使理論上的通信系統(tǒng)比較直觀的表現(xiàn)出來，從而可以通過它來判斷該通信系統(tǒng)的性能以與判斷一些我們需要證實的理論，也是我們對新型通信系統(tǒng)的研究與對通信的改造的一種重要工具。無論在學(xué)術(shù)研究中還是在工程實踐中，我認為仿真都是不

29、可或缺的一部分，尤其是在通信仿真中。因為實際的通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以與它所能實現(xiàn)的功能都是很繁瑣的，所以無論我們對這個系統(tǒng)的任一環(huán)節(jié)或者步驟做出變更都可能影響到整個系統(tǒng)的輸出結(jié)果與性能的穩(wěn)定。1. 簡介隨著人們對通信需求量的增大和通信距離等方方面面的需求，人們開始研究怎樣在有限的頻帶資源里實現(xiàn)盡可能大的信息量傳輸。QAM新型的在頻譜利用率方面有較大優(yōu)勢的調(diào)制方式，QAM非常適用于頻帶資源有限的區(qū)域，在這類場合QAM調(diào)制可以最大限度的發(fā)揮自身優(yōu)勢，例如，因為的帶寬通由于條件影響要限制在話音頻帶（300HZ-400HZ）圍，所以如果在這類情況下要提高數(shù)字信號的速率，QAM是一種比較理想的調(diào)制方式。所

30、謂正交振幅調(diào)制是一種面向數(shù)字信號的調(diào)制方式其原理是在調(diào)制中分別以載波信號的幅度和其相位來表示不同的數(shù)字比特編碼，這種調(diào)制方式將正交載波技術(shù)與多進制完美的結(jié)合了起來同時也達到了提高頻譜利用率的目的。這種正交振幅調(diào)制方式通常有四進制QAM（l6QAM）、八進制QAM（64QAM）、二進制QAM（4QAM）等等 。多進制正交振幅調(diào)制，可記做MQAM（M>2）。如果想要提高頻帶利用率和充分利用其帶寬資源理論是只需增大其M的取值。下面是MQAM的矢量圖。1.MQAM信號MQAM信號表示式可寫成 (1-1)其中，振幅用Ai和Bi來表示 (1-2)選擇正交的基本信號為 (1-3) 在信號空間中MQAM

31、信號點 (i,j=1,2,L) (1-4) 圖1-1 MQAM信號矢量圖（星座圖）現(xiàn)在我們想對MQAM信號與MPSK做一個簡單的對比，從而分析一下兩種信號的性能。如此我們可以假設(shè)M為16的情況即取一個特列來研究我們可以在圖1-3和1-4中假設(shè)最大振幅相等的條件下，畫出它們的矢量點位圖，我們用Am來表示最大振幅，d1，d2分別表示16PSK與16QAM的相鄰矢量端點的歐氏距離，我們可以根據(jù)d1與d2的值直觀的判斷噪聲容限的大小。 16PSK （1-5） 16QAM (1-6)由式1-5和1-6可知在最大振幅（功率）相等的情況下d1比d2小了大約1.57dB。但這種情況沒有考慮這兩種信號的差別，對

32、于16QAM來說在概率一樣的條件下，其最大功率與平均功率之比為1.8，也就是2.55dB，而對于16PSK來說其平均功率就可視為是最大功率，換言之二者是相等的。因此我們就要想比較其抗噪性，使二者的平均功率相等即可，就知道了相對來說16QAM的抗噪性能還是比較好的。 圖1-2 16QAM和16PSK的星座圖對于MQAM信號來說M的取值是不唯一的，所以MQAM信號的矢量圖也是不唯一的。好比當M值為4是其星座圖其實是個正方形，為32時是個六邊形，是64時又是個長方形。由此可見M取值不同時得到的星座圖的形式也不盡一樣不同，那么同樣個信號的相鄰矢量端點的歐式距離和其誤碼特性也就不一樣了。1.2. 2QA

33、M信號的調(diào)制與解調(diào)QAM的調(diào)制解調(diào)原理框圖如圖1-3所示。在解調(diào)器中：（1)輸入端的信號通過QAM系統(tǒng)中的串并模塊變成兩路互不影響的信號 （2將（1）中的出的兩路信號分別通過框圖中的上下兩個2/L電平變換操作，得出兩路新的信號 （3）圖2-3中的框圖中上下兩路的兩個預(yù)調(diào)制的低通濾波器就是用來接收（2）中輸出的兩路信號 （4）給系統(tǒng)加入兩路相互正交的載波分別于步驟（3）中得出的兩路信號相乘 （5）經(jīng)過這樣一系列復(fù)雜的操作再將兩路信號相加就可得幅相的輸出與輸入相比不同的信號在接收器中：（1）將本地恢復(fù)的兩個正交的載波與被分成了兩路的輸入信號相乘 （2）將（1）中所得信號分別經(jīng)過兩個低通濾波器 （3

34、）將（2）中所得信號經(jīng)過分別經(jīng)過多電平判決 （4）將（3）中的輸出信號分貝經(jīng)過L電平到2電平轉(zhuǎn)換 （5）將所得的兩路信號經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換就得到了輸出數(shù)據(jù)序列 MQAM調(diào)制 MQAM的解調(diào) 圖1-3 MQAM調(diào)制解調(diào)框圖2SIMULINK概述2. 1SMULINK簡介 Simulink是MATLAB的軟件的重要組成部分，但是simulink與MATLAB還是有著一定的區(qū)別的，總體而言simulink作為一個仿真軟件它具有相對獨立的功能模塊和使用方法。它作為對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真與分析的一款軟件，是支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)和離散時間系統(tǒng)等，它可以與其他組件配合就能使用他的擴展功能。若與相關(guān)的工具箱

35、與模塊結(jié)合，可以完成各種復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)仿真。2.1.1Simulink的特點簡單地說，Simulink的特點如下所示：1. 以直觀的方式建模2.能夠快速、準確地進行設(shè)計模擬3.將復(fù)雜的仿真系統(tǒng)分層表達4. 基于矩陣的數(shù)值計算5. 高級編程語言6. 圖形與可視化7.增添定制模塊元件和用戶代碼8. 豐富的數(shù)據(jù) I/O 工具9. 提供與其它高級語言的接口2. 2Simulink模塊庫介紹2.2.1Simulink的基本模塊庫介紹Simulink 模塊庫按其功能可分為以下8類子庫：1.連續(xù)系統(tǒng)模塊（Continuous） continuous.mdl該模塊含有信號傳輸延時、微分環(huán)節(jié)、把前一步的輸入延遲

36、后輸出、傳遞函數(shù)、零極點模型、狀態(tài)方程、積分環(huán)節(jié)、按第二個輸入指定時間將第一個輸入延時等模塊。2.離散系統(tǒng)模塊（Discrete） discrete.mdl該模塊主要有離散濾波器、離散零極點模型，延時一個周期、離散時間積分、離散狀態(tài)方程、零階保持器、離散傳遞函數(shù)、采樣保持、一階保持器等模塊。3.數(shù)學(xué)運算模塊（ Math ） math.mdl該模塊包含關(guān)系運算、取整函數(shù)、點擊、常量增益、矩陣增益、數(shù)字運算函數(shù)、三角函數(shù)、求最大值、根據(jù)模和輻角得到復(fù)數(shù)、符號函數(shù)、對輸出求積或商、邏輯真值表、邏輯運算、對輸入代數(shù)求和、求復(fù)數(shù)的模和輻角、求絕對值或復(fù)數(shù)的模、強制輸入信號為零等模塊。4.信號與系統(tǒng)模塊（

37、 Signal&Systems ） sigsys.mdl該模塊同樣含有很多子模塊，有設(shè)置信號的初始值、把適量分成標量或小的矢量、檢查輸入信號的寬度、選擇輸出元素、把輸入信號合并成輸出信號、從指定的數(shù)據(jù)存儲器讀取數(shù)據(jù)、函數(shù)調(diào)用發(fā)生器、從輸入中選擇信號、把矢量或標量組合成大的矢量、檢測輸入信號的零交叉點等模塊。5.接收器模塊（ Sinks ） sinks.mdl該模塊有示波器、輸出到當前工作空間變量、兩個信號關(guān)系圖、保存到文件、實時數(shù)值顯示、輸入不為0時間停止仿真等。6.輸入源模塊（ Sources ） sources.mdl該模塊向用戶提供了多種輸入源，其中主要有高斯分布的正弦波、線性增

38、加或減小的信號、帶限白噪聲、隨機信號、信號發(fā)生器、階躍信號等。2.2.2Simulink簡單模型的建立1.Simulink仿真系統(tǒng)的建立（1）建立系統(tǒng)模型：我們要根據(jù)本次仿真的需求以與SIMULINK的功能來選擇如何搭建我們所需要的模塊（2）模塊參數(shù)設(shè)置：按原理編輯完成系統(tǒng)模塊圖后，再對其各個模塊進行詳細設(shè)置。參數(shù)的設(shè)置步驟：1）雙擊模塊打開參數(shù)設(shè)置的對話框 2）設(shè)置仿真需要的參數(shù)（3）系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置分析:Simulink默認的仿真起始時間是0，仿真結(jié)束時間是10s。（4）設(shè)置完成模塊和系統(tǒng)仿真參數(shù)后，就可以開始進行仿真（仿真前要先打開Scope模塊一邊實時查看系統(tǒng)的仿真結(jié)果）。2.Simu

39、link的常用模塊（1）示波器模塊：示波器模塊（scope），可以用圖形的方式查看模塊中的信號 （2）信號構(gòu)造模塊：模型的一次仿真可能需要多個輸入信號，而模型的驗證一般有需要用多組不同的實驗信號進行多次仿真。（3）邏輯控制模塊：它位于simulink->Port&Subsystems字庫，用它們可以實現(xiàn)C語言中的for,if-else,seitch,xhile等功能。 3.Simulink的自定義功能模塊在Simulink中自定義模塊（和模塊庫）的創(chuàng)建：（1）把現(xiàn)有的模塊圖利用模型編輯器封裝到子系統(tǒng)中形成一個自定義功能模塊。（2）直接編寫S函數(shù)（與編寫包含模塊系統(tǒng)函數(shù)的M文件或M

40、EX文件），并把該S文件函數(shù)模塊（位于Simulink子庫）關(guān)聯(lián)起來形成自定義功能模塊。2.2.3Simulink參數(shù)設(shè)置1.設(shè)置仿真的參數(shù)和選擇解法器設(shè)置仿真的參數(shù)和選擇解法器，為了對動態(tài)系統(tǒng)仿真進行正確的仿真與分析，除了必須正確的設(shè)置各個模塊大的參數(shù)外還必須正確設(shè)置系統(tǒng)的仿真參數(shù)：(1)Solver頁：設(shè)置仿真的起始時間（Start time)和停止時間(Stop time)(2)Workspace I/O頁:從MATLAB里獲取輸入信號或初始狀態(tài)：把仿真結(jié)果（是指仿真系統(tǒng)輸出、系統(tǒng)的狀態(tài)和最終狀態(tài)、時間向量等）輸入到MATLAB工作空間，它的輸出格式可以是數(shù)組或者是結(jié)構(gòu)。(3)Diagn

41、ostics頁：診斷頁是用來處理仿真中所遇到的一切非正?，F(xiàn)象。選擇仿真求解器：默認連續(xù)模型和混合模型使用ode45，離散模型使用discrete，對剛性問題可嘗試用ode15；設(shè)置變長求解器的最大、最小、和初始步長，或者設(shè)置定步長求解器的固定步長；設(shè)置絕對和相對容差。（auto初始值）3仿真的實現(xiàn)與分析3.1模擬調(diào)制的介紹在本設(shè)計的前部分對QAM的調(diào)制解調(diào)過程與其基本原理進行了解和簡單的分析，并且對QAM信號進行的特性進行簡單的分析說明，自己也學(xué)習(xí)了simulink一些基本的知識，基本的能完成本次設(shè)計中仿真部分的基本操作。因為本設(shè)計主要研究16QAM信號的一些性質(zhì)，而QAM調(diào)制是幅度和相位控制

42、的結(jié)合，所以下面先就幅度調(diào)制和相位調(diào)制進行簡單的介紹：3.1.1幅度調(diào)制（AM）AM的過程就是先用調(diào)制信號去控制高頻載波的幅度，使高頻載波的幅度隨調(diào)制信號呈線性變化。AM信號表達式為： （3-1）3.1.2 相位調(diào)制相位調(diào)制是一種非線性調(diào)制方式，它在這個調(diào)制過程中整個過程它的載波幅度是恒定不變的，PM信號的表達式為： （3-2）3.216 QAM調(diào)制解調(diào)3.2.1仿真框圖16QAM系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)框圖如圖4-6所示，我認為采用該解調(diào)方式的優(yōu)點是原理較為清晰，易于理解和掌握。下面根據(jù)我們已知的QAM調(diào)制解調(diào)原理和下圖所示框圖在matlab軟件中simulink環(huán)境下仿真出16QAM的調(diào)制系統(tǒng)，并且

43、依據(jù)該條直接過對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行改進，盡可能的使仿真系統(tǒng)更加理想完善。仿真結(jié)果更加清晰明了。圖 3-1 QAM調(diào)制器的功能框圖 圖3-2 16QAM的調(diào)制解調(diào)框我們將本次仿真的總體框架結(jié)構(gòu)出示如下：3.3模型建立與仿真通過對圖3-2中的分析，我們可以很容易的看出16QAM的單位碼元包含的信息大小為4bit。而在QPSK系統(tǒng)中單位碼元包含的信息量大小僅為2bit.相比而言，16QAM具有攜帶信息量大的優(yōu)點。并且因為該系統(tǒng)是兩路信號在互不影響的情況調(diào)制的，所以基帶信號的碼元寬度為16QAM的1/2。在下面我會就整個系統(tǒng)中比較重要的功能模塊做一些簡單的介紹，這樣能使我們的設(shè)計在別人看來簡單易懂。3.3

44、.1眼圖分析模塊對系統(tǒng)結(jié)果的眼圖進行分析，該子系統(tǒng)構(gòu)成如下所述： 圖3-4 眼圖模塊3.3.2串并轉(zhuǎn)換模塊因為本次設(shè)計采用simulink來進行的，雖然它的造作比較簡單，模塊的功能也比較齊全，但他的整體結(jié)構(gòu)顯得有些繁雜，若每個功能模塊都要清楚的表現(xiàn)出來那么整體結(jié)構(gòu)有會顯得有些雜亂無章，所我們利用simulink可以自己創(chuàng)建子模塊這一性質(zhì)將可以實現(xiàn)一個功能的幾個模塊封裝到一個子系統(tǒng)中。下面就是我們自己所創(chuàng)建的子系統(tǒng)： 圖3-5 串并轉(zhuǎn)換模塊由圖可知，該模塊為一端口進二端口出的子系統(tǒng)，也就是說他將一路完整的輸入信號按其輸出端口數(shù)量抽取，就拿本系統(tǒng)來說，有兩個輸出端口，那么就按遇二抽一的方法將其分成

45、兩個隨機序列，因為最終結(jié)果要分別得到奇偶碼元序列，所以上圖中有一個延時模塊，其中一組序列經(jīng)過上支路的延時序列得到奇數(shù)碼元；而從下支路輸出的另一種信號經(jīng)過延時采樣模塊就輸出了偶數(shù)碼元這樣串并轉(zhuǎn)換模塊的功能就算完成了。 假設(shè)輸入In1: 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 則有 Out1: 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 Out2: 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 圖3-6中的波形圖是3-5中串并轉(zhuǎn)換模塊in1與out1和out2端口的輸入與輸出的圖形。由子系統(tǒng)的構(gòu)架和串并轉(zhuǎn)換的工作原理可知，因為原信號由一

46、路輸入信號變成兩路輸出信號，所以現(xiàn)在的信速僅為從out1和out2端口輸出的信號的碼速的1/2，這也是實際應(yīng)用中所要求的。 圖3-6 串并轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)中各端口信號圖3.3.32/4電平轉(zhuǎn)換模塊 表31 2/4電平映射關(guān)系表 映射前數(shù)據(jù) 電平/V 00 -3 01 -1 10 1 11 3根據(jù)圖3-5中子系統(tǒng)的功能我們可以像表3-1中將4種電平對應(yīng)四種信號，因為從串并轉(zhuǎn)換模塊有兩個輸入端口，所以我們用m和n來代表信號，我們將m和n來對應(yīng)表3-1中的數(shù)據(jù)。且m對應(yīng)的幅度a為2和-2則n對應(yīng)的幅度b為-1和1所以輸出為： （3-3）則有當mn=00時 輸出： y=-2 + -1=-3； mn=01時

47、y=-2 + 1=-1； mn=10時 y=2 + -1 =1； mn=11時 y=2 + 1 =3； 因為在2/4電平轉(zhuǎn)換中我們需要兩路信號，所以在轉(zhuǎn)換子模塊中還有串并操作模塊來滿足我們的需求，所以實際上改子模塊其實是有串并模塊和判決模塊組合而成的然后在對圖3-7中上下兩條路的信號求和就實現(xiàn)了該模塊的所有功能。具體模塊框圖如下所示：圖3-7 2/4 電平轉(zhuǎn)換模塊： 圖3-8 2/4電平轉(zhuǎn)換模塊各點波形圖3-8中的信號實際上就是信號進入串并模塊前的信號，以與電平轉(zhuǎn)化的輸入信號和輸出信號，而串并模塊的輸出信號實際上就是電平模塊的輸入。由圖3-8可得序列如下： 輸入：0 0 0 1 0 0 1 0

48、 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 并行1： 0 0 0 1 0 0 1 1 1 并行2： 0 1 0 0 1 1 0 1 0 輸出： -3 -1 -3 1 -1 -1 1 3 1 通過對波形以與上述系列的檢查我們可以判斷2/4電平模塊的設(shè)計還是比較成功的，它的輸出符合我們理論上的電平輸出。3.3.4離散時間信號發(fā)散圖示波器模塊示波器模塊是我們在仿真中使用頻率較高的一種模塊，因為示波器可以讓們以圖形的形式比較直觀的判斷每個功能模塊是否正常運行，它允許我們在仿真過程中查看任何點位的信號圖。 我們接下來簡單的說明一下示波器中的離散時間信號發(fā)散圖示波器： 圖3-9 離散時間信號發(fā)散圖示波器為了

49、得到初始信號的矢量點位圖，我們可以將已經(jīng)正交的兩路信號如圖3-9所示處理結(jié)合為一個信號。然后將該信號經(jīng)過離散處理以與采樣之后再輸入到示波器中。3.3.5調(diào)制系統(tǒng)的實現(xiàn)有序的連接以上各個子模塊并對每個子模塊中的每一個模塊設(shè)定與之相匹配的參數(shù)，以保證其調(diào)制功能的完成，在確定調(diào)制模塊正常運行后通過點位示波器得到其輸出波形3-10和其星座圖如圖3-11。 圖3-10 16QAM系統(tǒng)的調(diào)制波形我們通過對調(diào)制模塊中子系統(tǒng)的觀察知道從電平轉(zhuǎn)換模塊中輸出的是兩路4電平的信號，也就是圖3-10中的4電平信號也就是一和三中的信號。而且對于輸出的兩路4電平信號還要乘上兩路相互正交的載頻信號，從而得到了輸出結(jié)果入二、

50、四兩行所示。最后一行的信號是整個調(diào)制系統(tǒng)的最終成果，也就是被以和信號的形式放在最后一行的調(diào)制信號。 圖3-11 16QAM的星座圖3.4 解調(diào)模型的建立與仿真16QAM解調(diào)原理框圖如圖3-2所示，解調(diào)其實就是調(diào)制的逆過程，前面我們通過圖4-5和4-7兩個子模塊的運行正常與否去判斷系統(tǒng)能否正常的完成調(diào)制過程那么同理我也也可以如此判斷該系統(tǒng)能否成功的完成解調(diào)。即如果量子模塊正常運行則解調(diào)模型是正確的。3.4.1相干解調(diào)在調(diào)制階段結(jié)束后，我們就要開始解調(diào)階段了即將信號從新使其再次回到基帶位置，在本設(shè)計中我們?yōu)榱藳]有失真的是信號恢復(fù)到原來的基帶信號所以選取了相干解調(diào)來進行該系統(tǒng)的解調(diào)。我們通過學(xué)習(xí)其實也了解到解調(diào)的實質(zhì)就是頻譜搬移，所以我們?yōu)榱税岩呀?jīng)經(jīng)過調(diào)制階段而且處在載頻位置的信號從新使其回到基帶位置，我們將其與一個和它同步同相的載波相乘，然后將其送入低通濾波器，就可以使信號再次回到基帶位置，我們可以利用Simulink中提供的一些濾波器，低通濾波器的參