1、通信系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐 題目基于Matlab的多進(jìn)制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)的仿真 院（系）名稱信院通信系 專業(yè)名稱通信工程 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2012年5月20日 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325385888 摘要 PAGEREF _Toc325385888 h I HYPERLINK l _Toc325385889 1正交幅度調(diào)制解調(diào)原理 PAGEREF _Toc325385889 h 1 HYPERLINK l _Toc325385890 1.1 正交幅度調(diào)制技術(shù) PAGEREF _Toc325385890 h 1 HYPERLINK l _To

2、c325385891 1.2 QAM調(diào)制解調(diào)原理 PAGEREF _Toc325385891 h 4 HYPERLINK l _Toc325385892 1.2.1 QAM調(diào)制 PAGEREF _Toc325385892 h 4 HYPERLINK l _Toc325385893 1.2.2 QAM的解調(diào)和判決 PAGEREF _Toc325385893 h 5 HYPERLINK l _Toc325385894 1.3 QAM的誤碼率性能 PAGEREF _Toc325385894 h 6 HYPERLINK l _Toc325385895 2 多進(jìn)制正交幅度（M-QAM）調(diào)制及相干解調(diào)原理

3、框圖 PAGEREF _Toc325385895 h 7 HYPERLINK l _Toc325385896 2.1 正交調(diào)制原理框圖 PAGEREF _Toc325385896 h 7 HYPERLINK l _Toc325385897 2.2 相干解調(diào)原理框圖 PAGEREF _Toc325385897 h 8 HYPERLINK l _Toc325385898 3 基于MATLAB的多進(jìn)制正交幅度（M-QAM）調(diào)制及相干解調(diào)設(shè)計(jì)與仿真 PAGEREF _Toc325385898 h 8 HYPERLINK l _Toc325385899 3.1 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)： PAGEREF _

4、Toc325385899 h 8 HYPERLINK l _Toc325385900 3.2 隨機(jī)信號(hào)的生成 PAGEREF _Toc325385900 h 9 HYPERLINK l _Toc325385901 3.3 星座圖映射 PAGEREF _Toc325385901 h 9 HYPERLINK l _Toc325385902 3.4 波形成形（平方根升余弦濾波器） PAGEREF _Toc325385902 h 12 HYPERLINK l _Toc325385903 3.5 調(diào)制 PAGEREF _Toc325385903 h 13 HYPERLINK l _Toc32538590

5、4 3.6 加入高斯白噪聲之后解調(diào) PAGEREF _Toc325385904 h 14 HYPERLINK l _Toc325385905 3.7 誤碼率曲線 PAGEREF _Toc325385905 h 17 HYPERLINK l _Toc325385906 3.8 16-QAM載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的性能 PAGEREF _Toc325385906 h 17 HYPERLINK l _Toc325385907 4 仿真結(jié)果及分析 PAGEREF _Toc325385907 h 19 HYPERLINK l _Toc325385908 5 結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc32

6、5385908 h 22 HYPERLINK l _Toc325385909 5.1 本文的重要貢獻(xiàn) PAGEREF _Toc325385909 h 22 HYPERLINK l _Toc325385910 5.2 未來(lái)展望 PAGEREF _Toc325385910 h 23 HYPERLINK l _Toc325385911 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc325385911 h 24 HYPERLINK l _Toc325385912 附錄 PAGEREF _Toc325385912 h 25摘要正交幅度調(diào)制技術(shù)（QAM）是一種功率和帶寬相對(duì)高效的信道調(diào)制技術(shù)，因此在大容量數(shù)字微波通信

7、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)域得到了廣泛使用。由于信道資源越來(lái)越緊張，許多數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制已無(wú)法滿足需要。為了在有限信道帶寬中高速率地傳輸數(shù)據(jù)，可以采用多進(jìn)制(M進(jìn)制，M2)調(diào)制方式，MPSK則是經(jīng)常使用的調(diào)制方式，由于MPSK的信號(hào)點(diǎn)分布在圓周上，沒有最充分地利用信號(hào)平面，隨著M值的增大，信號(hào)最小距離急劇減小，影響了信號(hào)的抗干擾能力。MQAM稱為多進(jìn)制正交幅度調(diào)制，它是一種信號(hào)幅度與相位結(jié)合的數(shù)字調(diào)制方式，信號(hào)點(diǎn)不是限制在圓周上，而是均勻地分布在信號(hào)平面上，是一種最小信號(hào)距離最大化原則的典型運(yùn)用，從而使得在同樣M值和信號(hào)功率條件下，具有比MPSK更高的抗干擾能力

8、。本文是對(duì)QAM通信系統(tǒng)的研究。敘述了適用于數(shù)字微波系統(tǒng)的QAM調(diào)制解調(diào)方式，通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)正交幅度調(diào)制解調(diào)的過程、原理及性能進(jìn)行了論證、分析，理論上討論和說明了數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)中影響系統(tǒng)性能的條件和因素。最后利用通信系統(tǒng)仿真軟件MATLAB對(duì)16QAM數(shù)字調(diào)制與解調(diào)過程進(jìn)行了仿真，并給出了16QAM在加性高斯白噪聲條件下的誤碼率。實(shí)驗(yàn)及仿真的結(jié)果證明，多進(jìn)制正交幅度調(diào)制解調(diào)易于實(shí)現(xiàn)，且性能良好，是未來(lái)通信技術(shù)的主要研究方向之一，并有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：QAM 調(diào)制解調(diào) 星座圖 誤碼率 1正交幅度調(diào)制解調(diào)原理1.1 正交幅度調(diào)制技術(shù)正交振幅調(diào)制（Quadrature Amplitude M

9、odulation,QAM）是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控。雖然MPSK和MDPSK等相移鍵控的帶寬和功率方面都具有優(yōu)勢(shì)，即帶寬占用小和比特噪聲比要求低。但是由圖1可見，在MPSK體制中，隨著 圖 1 8PSK信號(hào)相位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(shí)的噪聲容限，發(fā)展出了QAM體制。在QAM體制中，信號(hào)的振幅和相位作為兩個(gè)獨(dú)立的參量同時(shí)受到調(diào)制。這種信號(hào)的一個(gè)碼元可以表示為 （21）式中：k=整數(shù)；和分別可以取多個(gè)離散值。 式（21）可以展開為 （22）令 Xk = Akcosqk， Yk = -Aksinqk則式（21）變?yōu)?（23）和也是可以取

10、多個(gè)離散的變量。從式（23）看出，可以看作是兩個(gè)正交的振幅鍵控信號(hào)之和。在式（21）中，若qk值僅可以取p/4和-p/4，Ak值僅可以取+A和-A，則此QAM信號(hào)就成為QPSK信號(hào)，如圖2所示：圖2 4QAM信號(hào)矢量圖所以，QPSK信號(hào)就是一種最簡(jiǎn)單的QAM信號(hào)。有代表性的QAM信號(hào)是16進(jìn)制的，記為16QAM，它的矢量圖示于下圖中：Ak圖3 16QAM信號(hào)矢量圖圖中用黑點(diǎn)表示每個(gè)碼元的位置，并且示出它是由兩個(gè)正交矢量合成的。類似地，有64QAM和256QAM等QAM信號(hào)，如圖4、圖5所示。它們總稱為MQAM調(diào)制。由于從其矢量圖看像是星座，故又稱星座調(diào)制。 圖4 64QAM信號(hào)矢量圖 圖5 2

11、56QAM信號(hào)矢量圖16QAM信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種是正交調(diào)幅法，即用兩路獨(dú)立的正交4ASK信號(hào)疊加，形成16QAM信號(hào)，如圖6所示。第二種方法是復(fù)合相AM圖6 正交調(diào)幅法移法，它用兩路獨(dú)立的QPSK信號(hào)疊加，形成16QAM信號(hào)，如圖7所示。圖中 AMAM圖7 復(fù)合相移法虛線大圓上的4個(gè)大黑點(diǎn)表示一個(gè)QPSK信號(hào)矢量的位置。在這4個(gè)位置上可以疊加上第二個(gè)QPSK矢量，后者的位置用虛線小圓上的4個(gè)小黑點(diǎn)表示。1.2 QAM調(diào)制解調(diào)原理 1.2.1 QAM調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是多進(jìn)制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)日益增多使得頻帶利用率

12、成為主要矛盾的情況下，正交幅度調(diào)制方式是一種比較好的選擇。正交幅度調(diào)制（QAM）信號(hào)采用了兩個(gè)正交載波，每一個(gè)載波都被一個(gè)獨(dú)立的信息比特序列所調(diào)制。發(fā)送信號(hào)波形如圖1.2.1所示 圖1.2.1 M=16QAM信號(hào)星座圖式中和是電平集合，這些電平是通過將k比特序列映射為信號(hào)振幅而獲得的。例如一個(gè)16位正交幅度調(diào)制信號(hào)的星座圖如下圖所示，該星座是通過用M4PAM信號(hào)對(duì)每個(gè)正交載波進(jìn)行振幅調(diào)制得到的。利用PAM分別調(diào)制兩個(gè)正交載波可得到矩形信號(hào)星座。QAM 可以看成是振幅調(diào)制和相位調(diào)制的結(jié)合。因此發(fā)送的QAM信號(hào)波形可表示為 如果那么QAM方法就可以達(dá)到以符號(hào)速率同時(shí)發(fā)送個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖1.2.2給

13、出了QAM調(diào)制器的框圖。圖1.2.2 QAM調(diào)制器框圖1.2.2 QAM的解調(diào)和判決假設(shè)在信號(hào)傳輸中存在載波相位偏移和加性高斯噪聲。因此r(t)可以表示為其中是載波相位偏移，且將接收信號(hào)與下述兩個(gè)相移函數(shù)進(jìn)行相關(guān)如圖2.2.1所示，相關(guān)器的輸出抽樣后輸入判決器。使用圖2.2.1中所示的鎖相環(huán)估算接收信號(hào)的載波相位偏移，相移和對(duì)該相位偏移進(jìn)行補(bǔ)償。圖2.2.1 QAM信號(hào)的解調(diào)和判決假設(shè)圖中所示的時(shí)鐘與接收信號(hào)同步，以使相關(guān)器的輸出在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻及時(shí)被抽樣。在這些條件下兩個(gè)相關(guān)器的輸出分別為其中噪聲分量是均值為0，方差為的互不相關(guān)的高斯隨機(jī)變量。最佳判決器計(jì)算距離量度 1.3 QAM的誤碼率性能

14、矩形QAM信號(hào)星座最突出的優(yōu)點(diǎn)就是容易產(chǎn)生PAM信號(hào)可直接加到兩個(gè)正交載波相位上，此外它們還便于解調(diào)。 對(duì)于下的矩形信號(hào)星座圖（K為偶數(shù)），QAM信號(hào)星座圖與正交載波上的兩個(gè)PAM信號(hào)是等價(jià)的，這兩個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)上都有個(gè)信號(hào)點(diǎn)。因?yàn)橄辔徽环至可系男盘?hào)能被相干判決極好的分離，所以易于通過PAM的誤碼率確定QAM的誤碼率。 M進(jìn)制QAM系統(tǒng)正確判決的概率是：。式中是進(jìn)制PAM系統(tǒng)的誤碼率，該P(yáng)AM系統(tǒng)具有等價(jià)QAM系統(tǒng)的每一個(gè)正交信號(hào)中的一半平均功率。通過適當(dāng)調(diào)整M進(jìn)制PAM系統(tǒng)的誤碼率，可得： 式中是每個(gè)符號(hào)的平均信噪比。因此，因此M進(jìn)制QAM的誤碼率為： 可以注意到，當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，這個(gè)結(jié)果

15、對(duì)情形時(shí)精確的，而當(dāng)K為奇數(shù)時(shí)，就找不到等價(jià)的進(jìn)制PAM系統(tǒng)。如果使用最佳距離量度進(jìn)行判決的最佳判決器，可以求出任意K=1誤碼率的的嚴(yán)格上限。=其中，是每比特的平均信噪比。2 多進(jìn)制正交幅度（M-QAM）調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖2.1 正交調(diào)制原理框圖正交調(diào)制原理框圖2.2 相干解調(diào)原理框圖 相干解調(diào)原理框圖3 基于MATLAB的多進(jìn)制正交幅度（M-QAM）調(diào)制及相干解調(diào)設(shè)計(jì)與仿真3.1 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)：首先進(jìn)行系統(tǒng)的分析的設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)分為如下幾個(gè)部分：隨機(jī)序列的產(chǎn)生，序列的串并和并串轉(zhuǎn)換，16QAM調(diào)制，星座圖的繪制，16QAM解調(diào)，加入噪聲，誤碼率的測(cè)量及繪圖。3.2 隨機(jī)信號(hào)的生成

16、 利用Matlab中的random_binary函數(shù)來(lái)產(chǎn)生0、1等概分布的隨機(jī)信號(hào)。源代碼如下所示： random_binary.m%產(chǎn)生二進(jìn)制信源隨機(jī)序列function info=random_binary(N)if nargin = 0, %如果沒有輸入?yún)?shù)，則指定信息序列為10000個(gè)碼元 N=10000;end;for i=1:N, temp=rand; if (temp0.5), info(i)=0; % 1/2的概率輸出為0 else info(i)=1; % 1/2的概率輸出為1 endend;3.3 星座圖映射對(duì)產(chǎn)生的二進(jìn)制隨機(jī)序列進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，分離出I分量、Q分量，然后再分

17、別進(jìn)行電平映射。由于是調(diào)用matlab系統(tǒng)函數(shù)調(diào)制解調(diào)，在此將轉(zhuǎn)換后邊的序列進(jìn)行四進(jìn)制轉(zhuǎn)換，方便后面的調(diào)制，再將轉(zhuǎn)換好的序列通過調(diào)用qam()函數(shù)進(jìn)行16qam調(diào)制，具體代碼如下：代碼如下：%串/并變換分離出I分量、Q分量，然后再分別進(jìn)行電平映射I=x(1:2:nn-1); I,In=two2four(I,4*m);Q=x(2:2:nn); Q,Qn=two2four(Q,4*m); if Kbase=2; %基帶成形濾波 I=bshape(I,fs,fb/4); Q=bshape(Q,fs,fb/4); end; y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t);

18、%調(diào)制二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成四進(jìn)制代碼：two2four.m%二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成四進(jìn)制function y,yn=two2four(x,m);T=0 1;3 2; n=length(x); ii=1;for i=1:2:n-1; xi=x(i:i+1)+1; yn(ii)=T(xi(1),xi(2); ii=ii+1;end;yn=yn-1.5; y=yn; for i=1:m-1; y=y;yn;end;y=y(:); %映射電平分別為-1.5；0.5；0.5；1.5 畫出星座圖代碼如下： constel.m%畫出星座圖function c=constel(x,fs,fb,fc);N=length(x);

19、m=2*fs/fb;n=fs/fc; i1=m-n; i=1; ph0=(i1-1)*2*pi/n; while i = N/m; xi=x(i1:i1+n-1); y=2*fft(xi)/n; c(i)=y(2); i=i+1; i1=i1+m;end; %如果無(wú)輸出，則作圖if nargout1; cmax=max(abs(c); ph=(0:5:360)*pi/180; plot(1.414*cos(ph),1.414*sin(ph),c); hold on; for i=1:length(c); ph=ph0-angle(c(i); a=abs(c(i)/cmax*1.414; plo

20、t(a*cos(ph),a*sin(ph),r*); end; plot(-1.5 1.5,0 0,k:,0 0,-1.5 1.5,k:); hold off; axis equal; axis(-1.5 1.5 -1.5 1.5);end;3.4 波形成形（平方根升余弦濾波器） 為了避免相鄰傳輸信號(hào)之間的串?dāng)_，多元符號(hào)需要有合適的信號(hào)波形。方波是在本地?cái)?shù)字信號(hào)處理時(shí)常見的波形，但在實(shí)際傳輸時(shí)這種方波并不合適。根據(jù)奈奎斯特第一準(zhǔn)則，在實(shí)際通信系統(tǒng)中一般均使接收波形為升余弦滾降信號(hào)。這一過程由發(fā)送端的基帶成形濾波器和接收端的匹配濾波器兩個(gè)環(huán)節(jié)共同實(shí)現(xiàn)，因此每個(gè)環(huán)節(jié)均為平方根升余弦滾降濾波，兩個(gè)環(huán)

21、節(jié)合成就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)升余弦滾降濾波。實(shí)現(xiàn)平方根升余弦滾降信號(hào)的過程稱為“波形成形”，通過采用合適的濾波器對(duì)多元碼流進(jìn)行濾波實(shí)現(xiàn)，由于生成的是基帶信號(hào)，因此這一過程又稱“基帶成形濾波”。 代碼如下： bshape.m%基帶升余弦成形濾波器function y=bshape(x,fs,fb,N,alfa,delay);%設(shè)置默認(rèn)參數(shù)if nargin6; delay=8; end;if nargin5; alfa=0.5; end;if nargin4; N=16; end;b=firrcos(N,fb,2*alfa*fb,fs);y=filter(b,1,x);3.5 調(diào)制調(diào)制代碼： qam.mf

22、unction y,I,Q=qam(x,Kbase,fs,fb,fc);T=length(x)/fb; m=fs/fb;nn=length(x);dt=1/fs; t=0:dt:T-dt;%串/并變換分離出I分量、Q分量，然后再分別進(jìn)行電平映射I=x(1:2:nn-1); I,In=two2four(I,4*m);Q=x(2:2:nn); Q,Qn=two2four(Q,4*m); if Kbase=2; %基帶成形濾波 I=bshape(I,fs,fb/4); Q=bshape(Q,fs,fb/4); end; y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t); %

23、調(diào)制 3.6 加入高斯白噪聲之后解調(diào)為了簡(jiǎn)化程序和得到可靠的誤碼率，我們?cè)诮庹{(diào)時(shí)并未從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)載波，而是直接產(chǎn)生與調(diào)制時(shí)一模一樣的載波來(lái)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。 加入不同強(qiáng)度的高斯白噪聲代碼： SNR_in_dB=8:2:24; %AWGN信道信噪比f(wàn)or j=1:length(SNR_in_dB) y_add_noise=awgn(y2,SNR_in_dB(j); %加入不同強(qiáng)度的高斯白噪聲 y_output=qamdet(y_add_noise,fs,fb,fc); %對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)解調(diào)時(shí)先設(shè)計(jì)一個(gè)巴特沃斯濾波器，然后將I分量、Q分量并/串轉(zhuǎn)換，最終恢復(fù)成碼元序列xn，然后進(jìn)行解調(diào)。 解調(diào)

24、的代碼如下： %QAM信號(hào)解調(diào)function xn,x=qamdet(y,fs,fb,fc);dt=1/fs; t=0:dt:(length(y)-1)*dt;I=y.*cos(2*pi*fc*t); Q=-y.*sin(2*pi*fc*t);b,a=butter(2,2*fb/fs); %設(shè)計(jì)巴特沃斯濾波器I=filtfilt(b,a,I);Q=filtfilt(b,a,Q);m=4*fs/fb;N=length(y)/m; n=(.6:1:N)*m; n=fix(n);In=I(n); Qn=Q(n); xn=four2two(In Qn); %I分量Q分量并/串轉(zhuǎn)換，最終恢復(fù)成碼元序列

25、xnnn=length(xn); xn=xn(1:nn/2);xn(nn/2+1:nn); xn=xn(:); xn=xn;四進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼如下： %四進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制function xn=four2two(yn);y=yn; ymin=min(y);ymax=max(y); ymax=max(ymax abs(ymin);ymin=-abs(ymax); yn=(y-ymin)*3/(ymax-ymin); %設(shè)置門限電平，判決I0=find(yn=0.5 & yn=1.5 & yn=2.5); yn(I3)=ones(size(I3)*3;%一位四進(jìn)制碼元轉(zhuǎn)換為兩位二進(jìn)制碼元T=0

26、 0;0 1;1 1;1 0;n=length(yn); for i=1:n; xn(i,:)=T(yn(i)+1,:);end; xn=xn; xn=xn(:); xn=xn; 3.7 誤碼率曲線 誤碼率代碼如下： numoferr=0; for i=1:N if (y_output(i)=info(i), numoferr=numoferr+1; end; end; Pe(j)=numoferr/N; %統(tǒng)計(jì)誤碼率end;figure;semilogy(SNR_in_dB,Pe,red*-); grid on;xlabel(SNR in dB); ylabel(Pe);title(16QA

27、M調(diào)制在不同信道噪聲強(qiáng)度下的誤碼率); 3.8 16-QAM載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的性能 16-QAM載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的性能代碼如下： clear allnsymbol=100000; %每種信噪比下的發(fā)送符號(hào)數(shù)M=16; %16-QAMgraycode=0 1 3 2 4 5 7 6 12 13 15 14 8 9 11 10; %Gray編碼規(guī)則 EsN0=5:20; %信噪比，Es/N0snr1=10.(EsN0/10); %信噪比轉(zhuǎn)換為線性值msg=randint(1,nsymbol,M); %消息數(shù)據(jù)msg1=graycode(msg+1); %Gray映射msgm

28、od=qammod(msg1,M); %基帶16-QAM調(diào)制spow=norm(msgmod).2/nsymbol; %求每個(gè)符號(hào)的平均功率for indx=1:length(EsN0) sigma=sqrt(spow/(2*snr1(indx); %根據(jù)符號(hào)功率求噪聲功率 rx=msgmod+sigma*(randn(1,length(msgmod)+j*randn(1,length(msgmod); y=qamdemod(rx,M); decmsg=graycode(y+1); err,ber(indx)=biterr(msg,decmsg,log2(M); %誤比特率 err,ser(i

29、ndx)=symerr(msg,decmsg); %誤符號(hào)率end P4=2*(1-1/sqrt(M)*qfunc(sqrt(3*snr1/(M-1);ser1=1-(1-P4).2; %理論誤符號(hào)率ber1=1/log2(M)*ser1; %理論誤比特率semilogy(EsN0,ber,-ko,EsN0,ser,-k*,EsN0,ser1,EsN0,ber1,-k.);title(16-QAM載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的性能)xlabel(Es/N0);ylabel(誤比特率和誤符號(hào)率)legend(誤比特率,誤符號(hào)率,理論誤符號(hào)率,理論誤比特率) 4 仿真結(jié)果及分析 圖一 已調(diào)信號(hào)圖形

30、 圖二 已調(diào)信號(hào)頻譜 圖三 16QAM星座圖 圖四 16QAM調(diào)制在不同信道噪聲強(qiáng)度下的誤碼率 圖五 16-QAM載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的性能 由圖四圖五可看到當(dāng)信噪比小的情況下，仿真曲線和理論曲線差距略大，而隨著信噪比的增大，仿真曲線越來(lái)越逼進(jìn)理論曲線。在同樣信噪比時(shí)，誤符號(hào)率比誤比特率（誤碼率）要大。簡(jiǎn)單分析不難看出，由于理論誤碼率曲線是建立在誤符號(hào)率除以4的基礎(chǔ)上的，而這一條件的前提是出現(xiàn)誤符號(hào)的時(shí)候，一個(gè)符號(hào)中只有一個(gè)bit位發(fā)生了錯(cuò)誤，這表明誤碼率比較低，也就是說明信噪比比較大。所以，當(dāng)信噪比比較小的時(shí)候，理論計(jì)算的誤碼率的值要小于仿真得到的值。5 結(jié)論與展望 在現(xiàn)代通信中，提

31、高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。近年來(lái)，隨著通信業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，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(jì)，研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制QAM( Quadrature Amplitude Modulation )就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，其在中、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。5.1 本文的重要貢獻(xiàn)(1) 對(duì)QAM調(diào)制與解調(diào)技術(shù)的基本知識(shí)做了概括性的總結(jié)與分析。(2) 實(shí)現(xiàn)了基于MATLAB的仿真。 作為一種現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)，QAM相比較傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)，有著很多優(yōu)于傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)的特性，使得它在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、

32、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和蜂窩系統(tǒng)等系統(tǒng)中得到大規(guī)模應(yīng)用，大大提高系統(tǒng)通信質(zhì)量和通信效率。 MATLAB在通信仿真中有著重要的應(yīng)用，MATLAB/Simulink是通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真的強(qiáng)大工具，本文提供了一個(gè)實(shí)際仿真的例子。實(shí)際的信道是很復(fù)雜的，在實(shí)際的應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)不同的要求選用不同的調(diào)制方式。本文利用MATLAB/Simulink 對(duì)M =16 進(jìn)制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,從理論上驗(yàn)證16進(jìn)制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)工作原理,為實(shí)際應(yīng)用和科學(xué)合理地設(shè)計(jì)正交幅度調(diào)制系統(tǒng),提供了便捷、高效、直觀的重要方法。5.2 未來(lái)展望 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(diǎn)之一。近年來(lái)，

33、隨著通信業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，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(jì)，研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制QAM( Quadrature Amplitude Modulation )就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，其在中、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(dòng)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)制也引起了人們的重視。QAM數(shù)字調(diào)制器作為DVB系統(tǒng)的前端設(shè)備，接受來(lái)自編碼器、服務(wù)器、DVB網(wǎng)關(guān)、視頻服務(wù)器等設(shè)備的TS流，進(jìn)行RS編碼，卷積編碼和QAM數(shù)字調(diào)制，輸出的

34、射頻信號(hào)可以直接在有線電視網(wǎng)上傳送，同時(shí)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(biāo)，廣泛的應(yīng)用于數(shù)字有線電視傳輸域和數(shù)字MMDS系統(tǒng)。作為國(guó)際上移動(dòng)通信技術(shù)專家十分重視的一種信號(hào)調(diào)制方式之一，正交振幅調(diào)制在移動(dòng)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WAM已經(jīng)引起人們的重視，許多學(xué)者已對(duì)16QAM及其他變形的QAM在PCN中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛深入地研究。隨著研究不斷深入，相信QAM調(diào)制解

35、調(diào)技術(shù)必將有更廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)樊昌信、曹麗娜編著。通信原理（第6版）。北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011.1重印黃載祿、殷蔚華編著。通信原理。北京：科學(xué)出版社，2005周炯槃、龐沁華等編著。通信原理（上）。北京：北京郵電大學(xué)出版社，2002（美）普?？说戎蝗~芝慧等譯。通信系統(tǒng)工程（第二版）。北京：電子工業(yè)出版社，2002.7劉雪勇編著。詳解MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真（配視頻教程）。北京：電子工業(yè)出版社，2011.11附錄源程序代碼：main_plot.mclear;clc;echo off;close all;N=10000; %設(shè)定碼元數(shù)量fb=1; %基帶信號(hào)頻

36、率fs=32; %抽樣頻率fc=4; %載波頻率,為便于觀察已調(diào)信號(hào)，我們把載波頻率設(shè)的較低Kbase=2; % Kbase=1,不經(jīng)基帶成形濾波，直接調(diào)制; % Kbase=2,基帶經(jīng)成形濾波器濾波后，再進(jìn)行調(diào)制info=random_binary(N); %產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)序列y,I,Q=qam(info,Kbase,fs,fb,fc); %對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行16QAM調(diào)制y1=y; y2=y; %備份信號(hào)，供后續(xù)仿真用T=length(info)/fb; m=fs/fb;nn=length(info);dt=1/fs; t=0:dt:T-dt; subplot(211); %便于觀察，這里顯示

37、的已調(diào)信號(hào)及其頻譜均為無(wú)噪聲干擾的理想情況%由于測(cè)試信號(hào)碼元數(shù)量為10000個(gè)，在這里我們只顯示其總數(shù)的1/10plot(t(1:1000),y(1:1000),t(1:1000),I(1:1000),t(1:1000),Q(1:1000),0 35,0 0,b:);title(已調(diào)信號(hào)(In:red,Qn:green);%傅里葉變換，求出已調(diào)信號(hào)的頻譜n=length(y); y=fft(y)/n; y=abs(y(1:fix(n/2)*2;q=find(y1e-04); y(q)=1e-04; y=20*log10(y);f1=m/n; f=0:f1:(length(y)-1)*f1;su

38、bplot(223);plot(f,y,r);grid on; title(已調(diào)信號(hào)頻譜); xlabel(f/fb); %畫出16QAM調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的星座圖subplot(224); constel(y1,fs,fb,fc); title(星座圖);SNR_in_dB=8:2:24; %AWGN信道信噪比f(wàn)or j=1:length(SNR_in_dB) y_add_noise=awgn(y2,SNR_in_dB(j); %加入不同強(qiáng)度的高斯白噪聲 y_output=qamdet(y_add_noise,fs,fb,fc); %對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào) numoferr=0; for i=1:N

39、if (y_output(i)=info(i), numoferr=numoferr+1; end; end; Pe(j)=numoferr/N; %統(tǒng)計(jì)誤碼率end;figure;semilogy(SNR_in_dB,Pe,red*-); grid on;xlabel(SNR in dB); ylabel(Pe);title(16QAM調(diào)制在不同信道噪聲強(qiáng)度下的誤碼率);random_binary.m%產(chǎn)生二進(jìn)制信源隨機(jī)序列function info=random_binary(N) if nargin = 0, %如果沒有輸入?yún)?shù)，則指定信息序列為10000個(gè)碼元 N=10000;end;

40、for i=1:N, temp=rand; if (temp0.5), info(i)=0; % 1/2的概率輸出為0 else info(i)=1; % 1/2的概率輸出為1 endend;qam.mfunction y,I,Q=qam(x,Kbase,fs,fb,fc);%T=length(x)/fb; m=fs/fb;nn=length(x);dt=1/fs; t=0:dt:T-dt;%串/并變換分離出I分量、Q分量，然后再分別進(jìn)行電平映射I=x(1:2:nn-1); I,In=two2four(I,4*m);Q=x(2:2:nn); Q,Qn=two2four(Q,4*m); if K

41、base=2; %基帶成形濾波 I=bshape(I,fs,fb/4); Q=bshape(Q,fs,fb/4); end; y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t); %調(diào)制qamdet.m%QAM信號(hào)解調(diào)function xn,x=qamdet(y,fs,fb,fc);dt=1/fs; t=0:dt:(length(y)-1)*dt;I=y.*cos(2*pi*fc*t); Q=-y.*sin(2*pi*fc*t);b,a=butter(2,2*fb/fs); %設(shè)計(jì)巴特沃斯濾波器I=filtfilt(b,a,I);Q=filtfilt(b,a,Q);m=

42、4*fs/fb;N=length(y)/m; n=(.6:1:N)*m; n=fix(n);In=I(n); Qn=Q(n); xn=four2two(In Qn); %I分量Q分量并/串轉(zhuǎn)換，最終恢復(fù)成碼元序列xnnn=length(xn); xn=xn(1:nn/2);xn(nn/2+1:nn); xn=xn(:); xn=xn;bshape.m%基帶升余弦成形濾波器function y=bshape(x,fs,fb,N,alfa,delay);%設(shè)置默認(rèn)參數(shù)if nargin6; delay=8; end;if nargin5; alfa=0.5; end;if nargin4; N=1

43、6; end;b=firrcos(N,fb,2*alfa*fb,fs);y=filter(b,1,x);two2four.m%二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成四進(jìn)制function y,yn=two2four(x,m);T=0 1;3 2; n=length(x); ii=1;for i=1:2:n-1; xi=x(i:i+1)+1; yn(ii)=T(xi(1),xi(2); ii=ii+1;end;yn=yn-1.5; y=yn; for i=1:m-1; y=y;yn;end;y=y(:); %映射電平分別為-1.5；0.5；0.5；1.5four2two.m%四進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制function xn=fo

44、ur2two(yn);y=yn; ymin=min(y); ymax=max(y); ymax=max(ymax abs(ymin);ymin=-abs(ymax); yn=(y-ymin)*3/(ymax-ymin); %設(shè)置門限電平，判決I0=find(yn=0.5 & yn=1.5 & yn=2.5); yn(I3)=ones(size(I3)*3;%一位四進(jìn)制碼元轉(zhuǎn)換為兩位二進(jìn)制碼元T=0 0;0 1;1 1;1 0;n=length(yn); for i=1:n; xn(i,:)=T(yn(i)+1,:);end; xn=xn; xn=xn(:); xn=xn;constel.m%畫

45、出星座圖function c=constel(x,fs,fb,fc);N=length(x); m=2*fs/fb;n=fs/fc; i1=m-n; i=1; ph0=(i1-1)*2*pi/n; while i = N/m; xi=x(i1:i1+n-1); y=2*fft(xi)/n; c(i)=y(2); i=i+1; i1=i1+m;end; %如果無(wú)輸出，則作圖if nargout1; cmax=max(abs(c); ph=(0:5:360)*pi/180; plot(1.414*cos(ph),1.414*sin(ph),c); hold on; for i=1:length(c

46、); ph=ph0-angle(c(i); a=abs(c(i)/cmax*1.414; plot(a*cos(ph),a*sin(ph),r*); end; plot(-1.5 1.5,0 0,k:,0 0,-1.5 1.5,k:); hold off; axis equal; axis(-1.5 1.5 -1.5 1.5);end;附錄資料：不需要的可以自行刪除 C語(yǔ)言圖形模式速成第一節(jié) 圖形模式的初始化Turbo C 提供了非常豐富的圖形函數(shù)，所有圖形函數(shù)的原型均在graphics. h 中，本節(jié)主要介紹圖形模式的初始化、獨(dú)立圖形程序的建立、基本圖形功能、圖形窗口以及圖形模式下的文本輸出

47、等函數(shù)。另外，使用圖形函數(shù)時(shí)要確保有顯示器圖形驅(qū)動(dòng)程序*.BGI，同時(shí)將集成開發(fā)環(huán)境options/Linker中的Graphics lib選為on，只有這樣才能保證正確使用圖形函數(shù)。 不同的顯示器適配器有不同的圖形分辨率。即是同一顯示器適配器，在不同模式下也有不同分辨率。因此，在屏幕作圖之前，必須根據(jù)顯示器適配器種類將顯示器設(shè)置成為某種圖形模式，在未設(shè)置圖形模式之前，微機(jī)系統(tǒng)默認(rèn)屏幕為文本模式(80列，25行字符模式)，此時(shí)所有圖形函數(shù)均不能工作。設(shè)置屏幕為圖形模式，可用下列圖形初始化函數(shù)：void far initgraph(int far *gdriver, int far *gmode

48、,char *path);其中g(shù)driver和gmode分別表示圖形驅(qū)動(dòng)器和模式，path是指圖形驅(qū)動(dòng)程序所在的目錄路徑。有關(guān)圖形驅(qū)動(dòng)器、圖形模式的符號(hào)常數(shù)及對(duì)應(yīng)的分辨率見graphics. h。圖形驅(qū)動(dòng)程序由Turbo C出版商提供，文件擴(kuò)展名為.BGI。 根據(jù)不同的圖形適配器有不同的圖形驅(qū)動(dòng)程序。例如對(duì)于EGA、 VGA 圖形適配器就調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序EGAVGA.BGI。#include stdio.h#include graphics.hint main()int gdriver, gmode;gdriver=VGA;gmode=VGAHI;initgraph(&gdriver, &gmod

49、e, C:TC2.0BGI);bar3d(100, 100, 300, 250, 50, 1); /*畫一長(zhǎng)方體*/getch();closegraph();return 0;有時(shí)編程者并不知道所用的圖形顯示器適配器種類，或者需要將編寫的程序用于不同圖形驅(qū)動(dòng)器，Turbo C 提供了一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)顯示器硬件的函數(shù)，其調(diào)用格式為：void far detectgraph(int *gdriver, *gmode);其中g(shù)driver和gmode的意義與上面相同。 自動(dòng)進(jìn)行硬件測(cè)試后進(jìn)行圖形初始化：#include stdio.h#include graphics.hint main()int gd

50、river, gmode;detectgraph(&gdriver, &gmode); /*自動(dòng)測(cè)試硬件*/printf(the graphics driver is %d, mode is %dn,gdriver,gmode); /*輸出測(cè)試結(jié)果*/getch();initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI);/* 根據(jù)測(cè)試結(jié)果初始化圖形*/bar3d(100, 100, 300, 250, 50, 1); /*畫一長(zhǎng)方體*/getch();closegraph();return 0;上例程序中先對(duì)圖形顯示器自動(dòng)檢測(cè)，然后再用圖形初始化函數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置，但

51、Turbo C提供了一種更簡(jiǎn)單的方法， 即用gdriver=DETECT 語(yǔ)句后再跟initgraph()函數(shù)就行了。采用這種方法后，上例可改為：#include stdio.h#include graphics.hint main()int gdriver=DETECT, gmode;initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI);bar3d(50, 50, 150, 30, 50, 1);getch();closegraph();return 0;另外，Turbo C 提供了退出圖形狀態(tài)的函數(shù)closegraph()，其調(diào)用格式為：void far clos

52、egraph(void);第二節(jié) 屏幕顏色的設(shè)置和清屏函數(shù)對(duì)于圖形模式的屏幕顏色設(shè)置，同樣分為背景色的設(shè)置和前景色的設(shè)置。在Turbo C中分別用下面兩個(gè)函數(shù)： 設(shè)置背景色: void far setbkcolor(int color);設(shè)置作圖色: void far setcolor(int color);其中color 為圖形方式下顏色的規(guī)定數(shù)值，對(duì)EGA，VGA顯示器適配器，有關(guān)顏色的符號(hào)常數(shù)及數(shù)值見graphics.h。清除圖形屏幕內(nèi)容但不清除圖形背景使用清屏函數(shù)，其調(diào)用格式如下： voide far cleardevice(void);#include stdio.h#include

53、 graphics.hint main()int gdriver, gmode, i,aa;gdriver=DETECT;initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI); /*圖形初始化*/setbkcolor(0); /*設(shè)置圖形背景*/cleardevice();for(i=0; i=15; i+)setcolor(i); /*設(shè)置不同作圖色*/circle(320, 240, 20+i*10); /*畫半徑不同的圓*/getch();for(i=0; i=15; i+)setbkcolor(i); /*設(shè)置不同背景色*/cleardevice();circ

54、le(320, 240, 20+i*10);getch();aa=getmaxcolor();printf(maxcolor=%d,aa);getch();closegraph();return 0;另外，TURBO C也提供了幾個(gè)獲得現(xiàn)行顏色設(shè)置情況的函數(shù)。 int far getbkcolor(void); 返回現(xiàn)行背景顏色值。int far getcolor(void); 返回現(xiàn)行作圖顏色值。int far getmaxcolor(void); 返回最高可用的顏色值。第三節(jié) 基本畫圖函數(shù)基本圖形函數(shù)包括畫點(diǎn)，線以及其它一些基本圖形的函數(shù)。本節(jié)對(duì)這些函數(shù)作一全面的介紹。 、畫點(diǎn). 畫點(diǎn)函數(shù)

55、 void far putpixel(int x, int y, int color); 該函數(shù)表示有指定的象元畫一個(gè)按color 所確定顏色的點(diǎn)。對(duì)于顏色color的值可從表3中獲得而對(duì)x, y是指圖形象元的坐標(biāo)。在圖形模式下，是按象元來(lái)定義坐標(biāo)的。對(duì)VGA適配器，它的最高分辨率為640 x480，其中640為整個(gè)屏幕從左到右所有象元的個(gè)數(shù)，480為整個(gè)屏幕從上到下所有象元的個(gè)數(shù)。屏幕的左上角坐標(biāo)為(0,0)，右下角坐標(biāo)為(639, 479)，水平方向從左到右為x 軸正向，垂直方向從上到下為y軸正向。TURBO C的圖形函數(shù)都是相對(duì)于圖形屏幕坐標(biāo)，即象元來(lái)說的。關(guān)于點(diǎn)的另外一個(gè)函數(shù)是： in

56、t far getpixel(int x, int y); 它獲得當(dāng)前點(diǎn)(x, y)的顏色值。 II、有關(guān)坐標(biāo)位置的函數(shù) int far getmaxx(void);返回x軸的最大值。int far getmaxy(void);返回y軸的最大值。int far getx(void); 返回游標(biāo)在x軸的位置。void far gety(void); 返回游標(biāo)有y軸的位置。void far moveto(int x, int y); 移動(dòng)游標(biāo)到(x, y)點(diǎn)，不是畫點(diǎn)，在移動(dòng)過程中亦畫點(diǎn)。void far moverel(int dx, int dy); 移動(dòng)游標(biāo)從現(xiàn)行位置(x, y)移動(dòng)到(x+

57、dx, y+dy)的位置，移動(dòng)過程中不畫點(diǎn)。、畫線I. 畫線函數(shù)TURBO C提供了一系列畫線函數(shù)： void far line(int x0, int y0, int x1, int y1); 畫一條從點(diǎn)(x0, y0)到(x1, y1)的直線。void far lineto(int x, int y); 畫一作從現(xiàn)行游標(biāo)到點(diǎn)(x, y)的直線。void far linerel(int dx, int dy); 畫一條從現(xiàn)行游標(biāo)(x，y)到按相對(duì)增量確定的點(diǎn)(x+dx, y+dy)的直線。void far circle(int x, int y, int radius); 以(x, y)為圓

58、心，radius為半徑，畫一個(gè)圓。void far arc(int x, int y, int stangle, int endangle,int radius); 以(x,y)為圓心，radius為半徑，從stangle開始到endangle結(jié)束(用度表示)畫一段圓弧線。在TURBO C中規(guī)定x軸正向?yàn)? 度，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一周， 依次為90,180, 270和360度(其它有關(guān)函數(shù)也按此規(guī)定，不再重述)。 void ellipse(int x, int y, int stangle, int endangle,int xradius,int yradius);以(x, y)為中心，xrad

59、ius，yradius為x軸和y軸半徑，從角stangle 開始到endangle結(jié)束畫一段橢圓線，當(dāng)stangle=0，endangle=360時(shí)， 畫出一個(gè)完整的橢圓。void far rectangle(int x1, int y1, int x2, inty2); 以(x1, y1)為左上角，(x2, y2)為右下角畫一個(gè)矩形框。 void far drawpoly(int numpoints, int far *polypoints); 畫一個(gè)頂點(diǎn)數(shù)為numpoints,各頂點(diǎn)坐標(biāo)由polypoints給出的多邊形。polypoints整型數(shù)組必須至少有2 倍頂點(diǎn)數(shù)個(gè)無(wú)素。每一個(gè)頂點(diǎn)

60、的坐標(biāo)都定義為x,y，并且x在前。值得注意的是當(dāng)畫一個(gè)封閉的多邊形時(shí)，numpoints 的值取實(shí)際多邊形的頂點(diǎn)數(shù)加一，并且數(shù)組polypoints中第一個(gè)和最后一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)相同。下面舉一個(gè)用drawpoly()函數(shù)畫箭頭的例子。#include stdio.h#include graphics.hint main()int gdriver, gmode, i;int arw16=200,102,300,102,300,107,330,100,300,93,300,98,200,98,200,102;gdriver=DETECT;initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC