本科毕业论文-—基于matlab的16qam通信系统仿真说明书

1、 2014届毕业设计说明书 基于MATLAB的16QAM通信系统仿真 院、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 李 和 指导教师： 贾雅琼 职称 副教授 专 业： 通信工程 班 级： 通信1001班 完成时间： 2014-5-20 摘 要随着现在的通信技术的飞速发展，特别是移动通信技术，因频谱资源的限制， 传统的通信系统容量开始不能满足目前用户需求，因此通信技术专家越来越关注频带利用率的问题。如何提高频谱利用率以及高功率谱密度是我们追求的目标。而正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)是一种振幅和相位联合键控，由于高频谱利用率和高功率谱密度等优点，它已成为了大容量数字微波、宽带无线接入和无线视频通信的一种重要技术方案。本论文先介绍了16进制的正交振幅调制信号（16QAM）的调制解调原理，再利用MATLAB平台构建完整的16QAM通信系统，实现16QAM的调制解调系统的仿真，以及分析该系统性能。以此证明16QAM调制技术相对其他调制方式的优点。关键词：调制解调；正交振幅调制；MATLAB仿真ABSTRACT With the rapid d

2、evelopment of modern communication technology, especially mobile communications technology, the capacity of traditional communication systems can not meet the requirements of the current user. And because of the limited spectrum resource, the problem of bandwidth efficiency is growing concerned of experts in the field of communications. So finding the way that how to improve the spectrum efficiency and high power spectral density is our goal. Quadrature amplitude modulation (QAM) with its high s

3、pectral efficiency and high power spectral density and other advantages, becomes important to those communication application that include the large-capacity digital microwave technology solutions, broadband wireless access and wireless video communications, and so on.This article describes the principle of modulation and demodulation of 16QAM, then builds a complete communication system of 16QAM based on MATLAB, which is to realize the simulation of 16QAM modem system and to analyse the perform

4、ance of the system.It can prove that 16QAM modulation technology is more superior than the other. Key words:modem system; qam;matlabII目 录1 绪论11.1 课题研究的意义11.2 国内外研究状况11.3 研究内容与章节安排22 课题理论基础32.1 调制解调的定义32.2 正交振幅调制42.2.1 QAM简介42.2.2 16QAM调制解调原理63 基于MATLAB的16QAM通信系统仿真93.1 MATLAB简介93.1.1 MATLAB介绍93.1.2 MATLAB语言特点93.2 16QAM调制解调仿真程序流程框图103.3 调制仿真模块113.3.1 信号源113.3.2 串/并变换113.3.3 2-4电平转换113.3.4 成形滤波器123.3.5 调制143.3.6 画星座图153.4 已调信号的噪声叠加163.5 解调仿真模块163.5.1 低通滤波器163.5.2 4-2电平转换163.5.3 并/串变换173.5.4 解调173.6

5、 仿真结果184 16QAM通信系统的性能分析214.1 16QAM抗噪声性能214.2 16QAM频带利用率224.3 16QAM信号在AWGN信道下的性能224.4. 16QAM和16PSK的性能比较235 总结与展望255.1 总结255.2 未来展望26参考文献27致 谢29附 录：主程序301 绪论1.1 课题研究的意义 随着现代的通信技术的飞速发展，特别是移动通信技术，因为频谱资源的限制， 传统的通信系统的容量开始不能满足目前用户的需求，因此通信技术专家越来越关注频带利用率的问题。如何提高频谱利用率以及高功率谱密度是我们追求的目标。QAM调制技术由于高频谱利用率和高功率谱密度等优点，广泛的应用在大容量数字微波、宽带无线接入和无线视频通信中。 MATLAB是矩阵实验室（MATrix LABoratory）的缩写，是一款由The MathWorks公司推出的，并由MATLAB和Simulink两大部分组成的数学软件。通过MATLAB进行仿真设计，可以降低设计的成本，提高设计的效率1。本论文在分析正交幅度调制原理的基础上，以16进制的QAM信号为例，实现了基于MATLAB的16Q

6、AM信号的通信系统仿真，这为16QAM信号的调制解调系统的性能分析与研究提供了基础。1.2 国内外研究状况由于对频谱利用率的日益关注，频谱利用率高的16QAM调制技术成为了通信各个方面专家研究的热点。国外，最先在1983年，Nossek等人设计和实现了一个140Mb/sde 16QAM的数字无线电系统，实现了3.5bit/s/Hz的频谱效率2。而后有Nakhjiri等人研究了在瑞利衰落信道下16QAM的相干检测3。国内，2003年常力等人在MATLAB上对16QAM通信系统进行了仿真，并重点介绍了其中关键的定时同步和载波恢复部分。再有2010年杨辉媛等人研究了QAM的性能。采用正交振幅调制，信道带宽至少应该等于码元数率，为了便于定时恢复基带信号，还需要额外的带宽，一般要增加15%左右。相对于其他调制技术，QAM的编码拥有能充分利用带宽、抗噪能力强等优势4。根据星座图的特点，刘继红等人在基于16QAM相干光纤通信的系统中研究了星座图的优化与选择。通过比较Square与Star两种16QAM调制格式星座图的特点，证明Square 16QAM具有调制简单的特点而被广泛采用，但对相位噪声敏感，

7、而Star 16-QAM星座图中两圈上的星点的相位分布是均匀的5。近期对16QAM调制系统的研究倾向于卫星通信。因为相对于传统的QPSK调制方式，频谱利用率高的QAM更加满足卫星通信对于数据高速传输的需求。王坦等人通过使用Simulink这一工具，搭建了16QAM信号的基带传输模型，并且通过观察仿真出来的信号频谱图、眼图、星座图以及传输误比特率等，更深一步研究了16QAM的基带传输的特性，并指出16QAM调制技术应用于卫星通信中的优点以及不足之处6。刘光谱等人也进一步研究了MATLAB应用在通信理论上的优势特点，他们通过利用MATLAB友好的用户界面以及直观的图形方式等特点，来了解MATLAB中各种复杂的计算过程，这其中包括了调制解调和信道编码7。综合以上国内外研究状况，可以看到越来越多的人关注正交振幅调制技术，而且这一技术逐渐深入移动通信各个行业。而且其中的频谱利用率高这一优点，成为了关注的焦点。本文是利用MATLAB进行16QAM信号的通信系统仿真，并分析该调制技术的星座图和系统性能，以此证明16QAM调制技术的优势特点。1.3 研究内容与章节安排正交振幅调制因具有较高的频带利用率

8、因而广泛的受到了使用，本课题以16QAM为例，首先理解16QAM调制与解调的基本原理，然后借助MATLAB平台，对16QAM的通信系统进行仿真，最后分析该通信系统的性能。本论文的第1章为绪论，主要介绍了本课题研究的意义，国内外的研究现状，以及研究的主要内容和章节安排。第2章介绍了这个课题的一些理论基础，如以16QAM为例，说明了它的调制解调的基本原理。第3章以MATLAB为平台，进行16QAM的调制解调系统的仿真，并对仿真的结果进行了分析。第4章对16QAM系统进行性能分析并且通过与其他调制方式比较，说明其优越性。第5章是对该课题研究内容做了简要的总结分析。 2 课题理论基础2.1 调制解调的定义 所谓调制，便是用调制信号（基带信号）去调控载波参数的经过，因而让载波的参数根据调制信号的规律而变化着；从频域的角度来看，便是让基带信号的频谱搬移到更高的载波频率附近的过程8。通过调制，可以降低传输的损耗，以实现远距离通信的目的。从广大意义上来看，调制分成基带调制和载波调制（也叫帯通调制）。帯通调制即使用调制信号去调控载波参数的过程，以致载波的某一个或者某几个参数根据调制信号的变化而变化；其中的调制信号意思是表示来自信号源的消息信号（基带信号），而载波是表示没有受到调制的周期性振荡信号9。 调制的目的主要有如下三点：第一，将基带信号转换成能够在信道中传输的已调信号（如可以有效传输、配置信道、缩短天线的尺寸）；第二，能够实现信道多路复用的功能，以便于提高信道的频带利用率；第三，改善通信系统的抗噪声性能（与制式相关）。根据不同种类的调制信号、载波和调制器等，调制的分类也有所不同。例如，根据载波可以分为连续波调制和脉冲调制；按照已调信号的频谱结构能够分成线性调制以及非线性调制；根据调制信号之间的差异能够将调制分成模拟调制和数字调制等。其中最常用的也是最关键的模拟调制技术是以正弦波为载波的幅度调制与角度调制；幅度调制的意思是表示高频率载波的幅度按照基带信号幅度的瞬时值的变换方式而改变的调制方式，其包括有调幅（AM）、双边带（DSB）、单边带（SSB）以及残留边带（VSB）；而角度调制表示高频率的载波的频率或者相位根据基带信号的规则变化而改变的一种调制方法，这其中包括了频率调制（FM）和相位调制（PM）等9。 对数字基带信号而言，因其有丰富的低频分

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