通信原理课程设计(1)

通信原理课程设计报告

题目：基于MATLAB 的M-QAM调

制及相干解调的设计与仿真班级：通信工程1411

姓名：杨仕浩(2014111347）

解博文(2014111321）

介子豪(2014111322）

指导老师：罗倩倩

成绩：

日期：2016 年12 月21 日

基于MATLAB的M-QAM调制及相干解调的设计与仿真

摘要：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，因此在自适应信道调制技术中得到了较多应用。本次课程设计主要运用MATLAB软件对M =16 进制正交幅度调制系统进行了仿真，从理论上验证16进制正交幅度调制系统工作原理，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、直观的重要方法。实验及仿真的结果证明，多进制正交幅度调制解调易于实现，且性能良好，是未来通信技术的主要研究方向之一，并有广阔的应用前景。

关键词：正交幅度调制系统；MATLAB；仿真

目录

1引言 (1)

1.1课程设计的目的 (1)

1.2课程设计的基本任务和要求 (1)

1.3仿真平台Matlab (1)

2 QAM系统的介绍 (2)

2.1正交幅度调制技术 (2)

2.2QAM调制解调原理 (5)

2.3QAM的误码率性能 (7)

3 多进制正交幅度（M-QAM）调制及相干解调原理框图 (9)

4 基于MATLAB的多进制正交幅度（M-QAM）调制及相干解调设计与仿真 (10)

4.1系统设计 (10)

4.2随机信号的生成 (10)

4.3星座图映射 (11)

4.4波形成形（平方根升余弦滤波器） (13)

4.5调制 (14)

4.6加入高斯白噪声之后解调 (15)

5 仿真结果及分析 (20)

6 总结与体会 (23)

6.1总结 (23)

6.2心得体会 (24)

【参考文献】 (25)

附录 (26)

1引言

本次课程设计主要运用MATLAB软件进行程序编写。实现模拟基带信号经QAM调制与相干解调的传输过程，通过分析比较调制解调输出波形以及功率谱特征，理解QAM调制解调原理。

1.1课程设计的目的

通信原理课程设计的目的是使我们加深对所学的通信原理知识的理解，扎实掌握通信原理的基础知识和基本理论，增强分析问题和解决问题的能力，培养学生专业素质，提高其利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后专业课程的学习、毕业设计和工作打下良好的基础。

1.2课程设计的基本任务和要求

（1）设计出规定的数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波器模块以及信宿；

（2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）；

（3）熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，用Matlab/Simulink 实现该数字通信系统；

（4）观察仿真并进行波形分析（波形图和频谱图等）；

1.3仿真平台Matlab

MATLAB目前已发展成为由MATLAB 语言、MATLAB 工作环境、MATLAB 图形处理系统、MATLAB 数学函数库和MATLAB 应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统。本次课程设计则在深入研究连续时间信号傅里叶级数分析理论知识的基础上，利用MATLAB强大的图形处理功能、符号运算功能以及数值计算功能，通过MATLAB编程进行图形功能仿真，从而实现连续时间周期信号频域分析的仿真波形，包括以下内容：用MATLAB实现周期信号的傅里叶级数分解与综合的波形；用MATLAB实现周期信号的单边频谱及双边频谱的波形与分析；用MATLAB实现典型周期信号的频谱的波形。

2 QAM 系统的介绍

2.1 正交幅度调制技术

正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation,QAM ）是一种振幅和相位联合键控。虽然MPSK 和MDPSK 等相移键控的带宽和功率方面都具有优势，即带宽占用小和比特噪声比要求低。

图1 8PSK 信号相位

但是由图1可见，在MPSK 体制中，随着M 的增大，相邻相位的距离逐渐减小，使噪声容限随之减小，误码率难于保证。为了改善在M 大时的噪声容限，发展出了QAM 体制。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：

0()cos() (1)k k k s t A t kT t k T

ωθ=+<≤+ （1—1）

式中：k=整数；k A 和k θ分别可以取多个离散值。

式（1—1）可以展开为： 00()cos cos sin sin k k k k k s t A t A t θωθω=- （1—2）

令X k = A k cos θk ，Y k = -A k sin θk

则式（1—1）变为：

00()cos sin k k k s t X t Y t ωω=+ （1—3）

和k X k Y 也是可以取多个离散的变量。从式（1—3）看出，()k s t 可以看作是两8/5π8/3π8/π8/7π8/9π8/11π8

/13π

个正交的振幅键控信号之和。

在式（1—1）中，若θk值仅可以取π/4和-π/4，A k值仅可以取+A和-A，则此QAM信号就成为QPSK信号，如图2所示：

图2 4QAM信号矢量图

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3 16QAM信号矢量图

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，如图4、图5所示。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。