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基于MATLAB的16QAM通信系统的仿真.pdf
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【摘要】
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。
本文首先介绍了 QAM 调制解调原理,提出了一种基于 MATLAB 的 16QAM 系统调制解
调方案,对16QAM 的星座图和调制解调进行了仿真,并对系统性能进行了分析,进而证
明 16QAM 调制技术的优越性。
【关键词】
正交振幅调制;MATLAB;调制解调;仿真
一 调制简介
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
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85867650/bg2.jpg)
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
二 正交振幅调制系统
2.1 QAM 简介
正交振幅调制(QAM)是一种矢量调制,它是将输入比特先映射(一般采用格雷码)
到一个复平面(星座)上,形成复数调制符号。正交调幅信号有两个相同频率的载波,
但是相位相差 90 度(四分之一周期,来自积分术语)。一个信号叫I 信号,另一个信号
叫 Q 信号。从数学角度将一个信号可以表示成正弦,另一个表示成余弦。两种被调制的
载波在发射时已被混和。到达目的地后,载波被分离,数据被分别提取然后和原始调制
信息相混和。 这样与之作幅度调制(AM)相比,其频谱利用率高出一倍。
QAM 是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调
幅,利用这种已调信号的频谱在同一带宽的正交性,实现两路并行的数字信息的传输。
该调制方式通常有二进制 QAM(4QAM)、四进制QAM(l6QAM)、八进制QAM(64QAM)、…,
对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图,分别有 4、16、64、…个矢量端点。目前
QAM 最高已达到 1024QAM。样点数目越多,其传输效率越高。但并不是样点数目越多越
好,随着样点数目的增加,QAM 系统的误码率会逐渐增大,所以在对可靠性要求较高的
环境,不能使用较多样点数目的QAM。对于 4QAM,当两路信号幅度相等时,其产生、解
调、性能及相位矢量均与 4PSK 相同。
a 4QAM 星座图 b 16QAM 星座图
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85867650/bg3.jpg)
QAM 采用格雷编码,采用格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不
同,由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大,故这样编码使之仅造成一个比
特误码的概率最大。下图以 16QAM 为例,显示了编码:
16QAM编码
2.2 6QAM 调制解调原理
16QAM 是两路 4ASK 信号的叠加,其演变方式可以有以下两种:
(1)正交调幅法,由两路独立的正交 4ASK 信号叠加而成;
图 3-3 正交调幅
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85867650/bg4.jpg)
(2)复合相移法,由两路独立的QPSK 信号叠加而成。图中虚线大圆上的4 个大黑点表
示第一个 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。
复合相移法
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
S
k
(t)=A
k
cos(ω
0
t+θ
k
) kT<t≤(k+1)T 式 3-1
式中,k 取整数;Ak 和 qk 分别可以取多个离散值。上式可以展开为
S
k
(t)=A
k
cosθ
k
cosω
0
t—A
k
sinθ
k
sinω
0
t 式 3-2
令 Xk=Akcosθk Yk=-Aksinθk
则信号表示式变为
S
k
(t)= X
k
cosω
0
t+Y
k
sinω
0
t 式 3-3
Xk 和 Yk 也是可以取多个离散值的变量。从上式看出,k(t)可以看作是两个正交的振幅
键控信号之和。
本课题采用了正交调幅法。在发送端调制器中串/并变换使得信息速率为 Rb 的输入二进
制信号分成两个速率为 Rb/2 的二进制信号,2/4 电平转换将每个速率为 Rb/2 的二进制
信号变为速率为 Rb/8 的电平信号,然后分别与两个正交载波相乘,再相加后即得 16QAM
信号。
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