资源描述
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(/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。 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:(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 (1)式中:k=整数;和分别可以取多个离散值。 式(1)可以展开为 (2)令 Xk = Akcosqk, Yk = -Aksinqk则式(1)变为 (3)和也是可以取多个离散的变量。从式(3)看出,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1 16QAM信号的星座图 图2 含白噪声的信号星座图 图3 眼图 图416QAM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 John G.Proakis,MasoudSalehi.Communication Systems Engineering./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(-5 5 -5 5);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hold on;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(-5 5 -5 5);hold on;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);
展开阅读全文