正交幅度調(diào)制信號(QAM)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性能分析(DOC)

*****************實(shí)踐教學(xué)*****************蘭州理工大學(xué)計算機(jī)與通信學(xué)院2013年春季學(xué)期通信系統(tǒng)仿真訓(xùn)練題目：正交幅度調(diào)制信號（QAM）調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的性能分析專業(yè)班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：成績：摘要正交振幅調(diào)制（QAM）是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控。它是功率和帶寬相對高效的信道調(diào)制技術(shù)，誤碼率較低。本次課程設(shè)計主要是對正交幅度調(diào)制解調(diào)工作過程的仿真，繪制了QAM的星座圖及誤碼率曲線，在調(diào)制信號加入噪聲對抗噪聲性能進(jìn)行了分析，并和QPSK進(jìn)行對比得到相應(yīng)結(jié)論。關(guān)鍵詞：QAM;調(diào)制解調(diào);星座圖;誤碼率第一章前言隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，特別是移動通信技術(shù)高速發(fā)展，新的需求層出不窮，促使新的業(yè)務(wù)不斷產(chǎn)生，因而導(dǎo)致頻率資源越來越緊張。在有限的帶寬里要傳輸大量的多媒體數(shù)據(jù)，頻譜利用率成為當(dāng)前至關(guān)重要的課題。16QAM技術(shù)因?yàn)榫哂懈哳l譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng).在很多寬帶應(yīng)用領(lǐng)域，比如數(shù)字電視廣播，Internet寬帶接入，QAM系統(tǒng)都得到了廣泛的應(yīng)用。QAM也可用于數(shù)字調(diào)制。數(shù)字QAM有4QAM、8QAM、16QAM、32QAM等調(diào)制方式。其中，16QAM和32QAM廣泛用于數(shù)字有線電視系統(tǒng)。無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展對數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸效率和頻帶利用率提出了更高的要求。選擇高效可行的調(diào)制解調(diào)手段，對提高信號的有效性和可靠性起著至關(guān)重要的作用。由于QAM已經(jīng)成為寬帶無線接入和無線視頻通信的重要技術(shù)方案。關(guān)于調(diào)制解調(diào)技術(shù)的仿真研究對于QAM理論研究和相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義。目前，我國的有線電視采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)。DVB系統(tǒng)的信源編碼統(tǒng)一使用MPEG-2編碼。模擬信號經(jīng)抽樣、量化、編碼后形成的數(shù)字基帶信號，其碼率很高，占用的頻帶也很寬。QAM(QuadratureAmplitudeModulation)就是用兩個調(diào)制信號對頻率相同、相位正交的兩個載波進(jìn)行調(diào)幅，然后將已調(diào)信號加在一起進(jìn)行傳輸或發(fā)射。在NTSC制和PAL制中形成色度信號時，用的就是正交調(diào)幅方式將兩個色差信號調(diào)制到色度副載波上。在移動通信中頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)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(jī)和發(fā)射機(jī)之間通常具有很強(qiáng)的支達(dá)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QAM已引起人們的重視，許多學(xué)者已對16QAM及其它變型的QAM在PCN中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛深入地研究。這是近年來被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。第二章正交幅度調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理2.1調(diào)制及解調(diào)的相關(guān)概念調(diào)制[1]，就是把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。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）。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)按調(diào)制信號的規(guī)律而變化。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。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）。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?；鶐盘枌d波的調(diào)制是為了實(shí)現(xiàn)下列一個或多個目標(biāo)：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。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(shí)現(xiàn)。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。第二，把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。第三，擴(kuò)展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。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。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(fù)出來。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(luò)檢波）。相干解調(diào)時，為了無失真地恢復(fù)原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波。2.2正交振幅調(diào)制系統(tǒng)2.2.1正交幅度調(diào)制技術(shù)及QAM正交振幅調(diào)制[2]（QuadratureAmplitudeModulation,QAM）是一種矢量調(diào)制，也是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控。它是將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個復(fù)平面（星座）上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號。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(shù)語）。一個信號叫I信號，另一個信號叫Q信號。從數(shù)學(xué)角度將一個信號可以表示成正弦，另一個表示成余弦。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時已被混和。到達(dá)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。這樣與之作幅度調(diào)制（AM）相比，其頻譜利用率高出一倍。隨著M的增大，相鄰相位的距離逐漸減小，使噪聲容限隨之減小，誤碼率難于保證。為了改善在M大時的噪聲容限，發(fā)展出了QAM體制。在QAM體制中，信號的振幅和相位作為兩個獨(dú)立的參量同時受到調(diào)制。這種信號的一個碼元可以表示為（2-1）式中：k=整數(shù)；和分別可以取多個離散值。式（2-1）可以展開為（2-2）令Xk=Akcos