基于matlab和simulink的16QAM系统仿真.docx

基于matlab和simulink的16QAM系统仿真.docx

《基于matlab和simulink的16QAM系统仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于matlab和simulink的16QAM系统仿真.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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，QuadratureAmplitudeModulation）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（π/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。

11•••

A

2/m电平

变化器

x（t）

载波发

生器

coswt

c

串/并变换

p/2

B

01•••

2/m电平

变化器

sinwct

y（t）

输入 SQAM（t）

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m/2转换，将电平信号转换为二

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，这种体制的优点在于信息传输速率高。

16QAM解调原理框图：

Ts

òTs（_）dt

0

r1

判决器

r（x）

f1（t）

串/并变换

f2（t）

输出

Ts

òTs（_）dt

0

r

2

判决器

（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

sk（t）=Akcos（w0t+qk）

kT



（1）

式中：

k=整数；Ak和qk分别可以取多个离散值。

式

（1）可以展开为

sk（t）=Akcosqkcosw0t-Aksinqksinw0t



（2）

令 Xk=Akcosqk，Yk=-Aksinqk

则式

（1）变为



sk（t）=Xkcosw0t+Yksinw0t



（3）

Xk和Yk也是可以取多个离散的变量。

从式（3）看出，sk（t）可以看作

是两个正交的振幅键控信号之和。

在式

（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116QAM信号的星座图

图2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]JohnG.Proakis,MasoudSalehi.CommunicationSystemsEngineering./

[3]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（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（[-55-55]）;

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

holdon;

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（[-55-55]）;

holdon;

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'）;