基于MATLAB下的16QAM仿真精编版

1.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。

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，包括串并转换，2-4电平转换，抽样判决，4-2电平转换和并串转换子系统的设计，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。

2.课程设计要求（1）设计一个16QAM调制与解调系统。

（2）设计程序时必须使得程序尽可能的简单。

（3）利用MATLAB进行程序编写并对系统进行仿真分析。

3.相关知识随着现代通信技术的发展，特别是移动通信技术高速发展，新的需求层出不穷，促使新的业务不断产生，因而导致频率资源越来越紧张。

在有限的带宽里要传输大量的多媒体数据，频谱利用率成为当前至关重要的课题，由于具有高频谱利用率、高功率谱密度等优势，16QAM技术被广泛应用于高速数据传输系统.在很多宽带应用领域，比如数字电视广播，Internet宽带接入，QAM系统都得到了广泛的应用。

QAM也可用于数字调制。

数字QAM有4QAM、8QAM、16QAM、32QAM 等调制方式。

其中，16QAM和32QAM广泛用于数字有线电视系统。

当今国际市场上出现了采用16QAM调制技术的卫通调制解调器，如美国COMTECH EF DATA公司新推出的CDM-600。

该卫通调制解调器支持速率高达20Mbps[1]。

无线通信技术的迅猛发展对数据传输速率、传输效率和频带利用率提出了更高的要求。

选择高效可行调制解调手段，对提高信号的有效性和可靠性起着至关重要的作用。

由于QAM已经成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。

关于调制解调技术的仿真研究对于QAM理论研究和相关产品开发具有重要意义。

在简单分析QAM原理的基础上，以16QAM为例，提出了基MATLAB的16QAM 编解码系统仿真方案，设计了实际仿真模型。

仿真结果和分析表明，提出的方案可行，为QAM通信系统性能的研究提供了一种行之有效的分析方法。

本文旨在在熟悉QAM调制解调原理的基础上，完成通信系统的设计并实现16QAM调试过程的MATLAB仿真。

设计其中的各种实现模块的参数，对整个系统进行仿真，并绘出各个模块的输出信号的波形，设计出16QAM调试过程中的串并转换子系统，2-4电平转换子系统，抽样判决子系统，4-2电平转换子系统及并串转换子系统。

在此基础上，对QAM调制的性能进行分析。

4.课程设计分析4.1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4.2正交振幅调制系统它是把2ASK和2PSK两种调制结合起来的调制技术，使得带宽得到双倍扩展。

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。

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。

输入2/m电平变化器)(tx串/并变换2/m电平变化器)(ty2/π载波发生器)(tSQAMtcωcostcωsinAB11•••01•••图4-1 QAM信号产生原理图QAM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2/m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调制框图：二进制二进制变换为四进制串/并变换成型滤波器tc ωcos tc ωsin }{2n a }{12-n a }{k a 成型滤波器四进制幅度序列四进制幅度序列二进制变换为四进制)(t L )(t Q 信号QAM 16图4-2 6QAM 信号调制框图16QAM 最佳接收框图：串/并变换)(x r )(1t f ⎰0(_)dtTs ⎰0(_)dtTs )(2t f 判决器判决器输出TsTs1r 2r图4-3 16QAM 最佳接收框图（1）首先生成一个随机且长度为10000的二进制比特流，并画出了前50个比特的信号图（如图17所示）。

（2）在MATLAB 中16QAM 调制器要求输入的信号为0-15这16个值，所以需要用函数reshape 和bi2de 将二进制的比特流转换为对应的十六进制信号。

（3）利用MATLAB 中的modem.qammod 函数生成16QAM 调制器，再通过其对信号进行调制并画出信号的星座图。

（4）通过awgn 信道在16QAM 信号中加入高斯白噪声（假设Eb/No=15db ）。

（5）利用MATLAB 中的scatterplot 函数画出通过信道后接受到的信号的星座图。

（6）利用MATLAB 中的eyediagram 函数生成经过信道后的眼图。

（7）利用MATLAB中的demodulate和modem.qamdemod函数生成解调器对16QAM信号的解调，并将十六进制信号转化成二进制比特流信息。

（8）用得到比特流信息除以原始发送的比特流信息来计算误码率。

5.仿真程序如下：M=16;k=log2(M);n=100000; %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=modulate(modem.qammod(M),xsym); %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=demodulate(modem.qamdemod(M),yn); %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)运行结果：number_of_errors =0bit_error_rate =06.仿真结果：图6-1 二进制随机比特流图6-2 16QAM信号序列图6-3 16QAM信号的星座图图6-4 含白噪声的信号星座图图6-5 不含白噪声的信号星座图图6-6 眼图6.主要仪器与设备装有MATLAB的PC机一台。

7. 设计体会课程设计做完了，总结一下，我想我还是收获了不少。

从一开始选题时的不自信（怕自己做不出）到最后我比较圆满的完成这次课程设计，正好应征了一句老话：“功夫不负有心人”。

选完题后，我并不知道该如何动手，所以我只有看书。

通过看书，我掌握了16QAM调制与解调的原理并决定从星座图开始入手。

从而最终将系统程序编写出来。

除了掌握了课本上的知识外，通过这次课程设计我更加熟练了MATLAB的使用方法。

从以前一看到MATLAB就郁闷到现在渐渐地喜欢上MATLAB编写程序，我知道了学习的乐趣。