基于MATLAB的QAM调制解调技术研究

摘? 要 当今， 通信技术的发展 日新月异， 通信系统也 日趋复杂，因此在各种通信系统的设计研发环节中， 软件仿真已成为必 不可少的部分。Matlab语言的 simulink动态系统仿真软件包，是一个常用的电子设计 自动化( E D A ) 软件， 它支持连续、 离散 两种混合的线性和非线性系统 ， 也支持具有多种采样速率的 多速率系统。尤其是它所包含的各种通信仿真模块已作为各 种通信系统分析、 设计 、 仿真和实验的综合平台。在频带受限的信道中，总是希望既能提高频带利用率，又能在不增加信道 传输带宽的前提下降低差错率。1 6 Q A M就是一种系统可靠 性较高，频带利用率较高的数字调制技术，已广泛应用于微波 通信，卫星通信，移动通信系统中。 本文利 用 M a t l a b软件编写了M文件对16QAM的调制和解调作了仿真，并且 利用的 S i m u l i n k仿 真软件包 ， 对 1 6 Q A M调制系统进行 了仿真建模， 对系统仿真中的一些模块设置进行了分析， 最终得到了较为理想的仿真波形图。? 【关键词】16QAM ；MATLAB；调制解调；Simulink 选题的背景和意义 研究和设计和自适应信道调制技术体制是建立宽带移动通信网络的关键技术之一。正交幅度调制技术QAM是一种功率和带宽相对高效的信道调制技术，因此在自适应信道这调制技术中得到了较多应用应用。利用MATLAB对QAM调制系统进行仿真，在信噪比变化条件下，得到不同进制QAM系统的错误率，为自适应调制方式选择提供了依据；同时，为实际应用和科学合理地设计正交幅度调制系统，提供了便捷高效直观的仿真平台。 随着移动用户数量的不断增加，传统通信系统的容量已经越来越不能满足通信的要求而可用频带资源有限，也不能靠无限增加频道数目来解决统容量问题。另外，人们亦不满足移动通信单一的语音服务，希望能利用移动电话进行图像等多媒体信息的通信。在IMT 2000国际标准中定义的未来个人通信，是多种业务的综合，它不仅有传统的语音服务(96kbps)，还需提供更高速率的(384kbps,2Mbps)的多媒体业务。对于这些高速数据的传输，果采用一般的调制技术，信道带宽将会急剧增加，从而进一步加剧频率资源紧张的状况因此，如何在有限的频谱资源中提供高容量、高速率的多媒体综合业务，是移动通言领域中一个令人关注的课题。而确定一种高频谱利用率的调制方案能在很大程度上解决上述问题。移 动 通 信系统的无线信道传输环境，通常被认为是一种较为恶劣的传输环境。它不像有线信道那样具有固定的和可预见的特性，而是有较强的随机性，还存在同顶道干扰和相邻频带干扰等。因此，与有线通信相比，移动通信系统对调制技术的性能还需要有更高的要求，包括以下几点: (1) 高的频带利用率(单位为bit/(s-Hz)); (2) 信号功率与同频道的干扰功率比(C/I)要高于某一“安全”阐值; (3) 己调信号的频带窄，带外辐射功率小，对邻近信道的干扰小; (4) 抗多径衰落能力强; (5) 恒定或近似恒定的己调信号包络，具有较高的功放效率: (6) 调制解调设备简单。 不过，在某一确定的应用环境下，一种调制方式不可能同时满足上述要求，而只能侧重于某些方面的性能。现有移动通信系统的主要业务是低速的语音服务，其核心问题是提高语音服务的质量。因此，对其相应调制技术的要求是具有很好的抗干扰能力，且带外辐射小。对第 三 代 移动通信系统而言，除了要考虑提高语音服务质量之外，更重要的是要解决.邓何在有限频带资源中提供多媒体综合业务。因此，第三代移动通信系统在选择调制方案时，就不能只考虑抗干扰性能，而应更多考虑频带利用率与灵活性。传统的调制方案只适用于低容量、低速率的语音服务，却难以满足商容量、高速率的多媒体业务。而正交振幅调制(QAM,Quadrature Amplitude Modulation)是一种具有高频谱利用率，且可以根据传输环境与传输信源的不同，自适应地调整其调制速率的调制技术，因此能很好地缓和可用频带紧张状况及实现多速率的多媒体综合业务传输[21随着 微 蜂 窝(microcell)与微微蜂窝(picrocell)的出现，小区的半径越来越小，通信距离很短。由于传输路径很短，收发信机之间的障碍较少，信道的衰落状况就有了很好的改善。接收信号中就会存在较强的直达分量，多径衰落特性由Rayieigh衰落变为Rician衰落，对振幅的影响就相应减小了.这样，原来被认为不适合传统移动信道的QAM也可以在Rician信道中使用。QAM 调制方式有效缓解了传输网络的带宽矛盾。一般数字调制方式下，通常一个码元携带lbi t的信息，而QAM调制的调制信号幅度和相位都携带信息，对应MQAM 中随M 值的增大，所携带的信息量也随着增加，例如16QAM 中一个码元携带Obit的信息，64QAM 中一个码元携带6bit的信息，MQAM中一个码元携带N(2N=Mbit的信息，大大提高了信道的频谱利用率[3,41.因此，QAM调制方式广泛的应用于传输领域。而且 ， Q F-M的码间距比MASK,M PSK的要大，所以在提高频带利用率基础上，对.吴码率的影响不大，也是它得到广泛应用的一个原因。 1.2国内外研究现状及发展趋势 数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制是数字调制的基础，然而，这3种数字调制方式都存在不足之处。如频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。为了改善这些不足，几十年来人们不断提出一些新的数字调制解调技术，以适应各种通信系统的要求。其主要研究内容围绕减小信号带宽以提高频谱利用率，提高功率利用率以增强抗干扰性能等。正交幅度调制解调(quadrature amplitude modulation and demodulation)就是一种高效的数字调制解调方式，他在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高数据传输、卫星通信等领域被广泛应用。 单独使用振幅和相位携带信息时，不能最充分利用信号平面，这可由矢量图中信号矢量端点的分布直观观察到。多进制振幅调制时。矢量端点在一条轴上分布；多进制相位调制时，矢量点在一个圆上分布。随着进制数M 的增大，这些矢量端点之间的最小距离也随之减少。但如果充分利用整个平面，将矢量端点重新合理地分布，则可能在不减小最小距离的情况下，增加信号的端点数。基于上述概念引出的振幅与相位结合的调制方式被称为数字复合调制方式，一般的复合调制称为幅相键控(APK)，2个正交载波幅相键控称为正交振幅调制(QAM)。 1.3本文结构 第一章 绪论介绍了选题的背景和意义和国内外研究现状及发展趋势； 第二章对QAM的调制和解调原理做了详细介绍、MATLAB仿真环境做了简单介绍； 第三章进行了16QAM的调制和解调的仿真； 第四章在Simulink中也进行了简单仿真； 第五章对仿真中出现的问题进行了总结和全文的总结。