6qam调制解调系统仿真毕业设计(编辑修改稿)

6qam调制解调系统仿真毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

口、 M文件编辑调试器、 MATLAB工作空间和在线帮助文档。 （ 2） MATLAB 数学函数库 MATLAB 数学函数库包括了大量的计算算法。 从基本算法如加法、正弦，到复杂算法如矩阵求逆、快速傅里叶变换等。 （ 3） MATLAB 语言 MATLAB 语言是一种高级的基于矩阵 /数组的语言，它有程序流控制、函数、数据结构、输入 /输出和面向对象编程等特色。 （ 4） MATLAB 图形处理系统 图形处理系统使得 MATLAB 能方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。 它包括强大的二维三维图 形函数、图像处理和动画显示等函数。 （ 5） MATLAB 应用程序接口 MATLAB 应用程序接口是一个使 MATLAB 语言能与 C、 Fortran 等其它高级编程语言进行交互的函数库。 该函数库的函数通过调用动态链接库（ DLL）实现与 MATLAB 文件的数据交换，其主要功能包括在 MATLAB 中调用 C和 Fortran 程序，以及在 MATLAB 与其它应用程序间建立客户、服务器关系。 第 节 MATLAB 的优势 友好的工作平台编程环境 MATLAB 由一系列工具组成。 这些工具方便用户使用 MATLAB 的函数和文件， 其中许多工具采用的是图形用户界面。 包括 MATLAB 桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作 空间 、文件的浏览器。 随着 MATLAB 的商业化以及软件本身的不断升级， MATLAB 的用户界面也越来越精致，更加接近 Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。 而且新版本的 MATLAB 提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。 简单的 编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 简单易用的程序语言 MATLAB 是一个高级的矩阵 /阵列语言，它 包含 控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。 用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（ M文件）后再一起运行。 新版本的 MATLAB 语 言是基于最为流行的 C++语言基础上的，因此语法特征与 C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员 对数 学表达式的书写格式。 使之更利于非计算机专业的科技人员使用。 而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是 MATLAB 能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 强大的科学计算机数据处理能力 MATLAB 是一个包含大量计算算法的 集合。 其拥有 600 多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。 函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。 在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如 C和 C++。 在计算要求相同的情况下，使用 MATLAB 的编程工作量会大大减少。 MATLAB 的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征 向量 、 快速 傅立叶变换 的复杂函数。 函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、 微分 方程及偏 微分方程 的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的 统计 分析、工程中的优化问题、 稀疏矩阵 运算、 复数 的各种运算、 三角函数 和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 出色的图形处理功能 MATLAB 自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。 高层次的作图包括 二维 和 三维 的可视化、图象处理、动画和表达式作图。 可用于科学计算和工程绘图。 新版本的 MATLAB 对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维 曲线 和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而 且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的 光照 处理、色度处理以及四维数据的表现等）， MATLAB 同样表现了出色的处理能力。 同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等， MATLAB 也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。 另外新版本的 MATLAB 还着重在图形用户界面（ GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。 应用广泛的模块集合工具箱 MATLAB 对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。 一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。 目前， MATLAB 已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、 概率 统计、样条拟合、优化算法、 偏微分方程 求解、神经网络 、 小波分析 、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、 LMI 控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半 物理 仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、 DSP 与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（ Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 实用的程序接口和发布平台 新版本的 MATLAB可以利用 MATLAB编译器和 C/C++数学库和图形库，将自己的 MATLAB程序自动转换为独立于 MATLAB 运行的 C和 C++代码。 允许用户编写可以和 MATLAB 进行交互的 C 或 C++语言程序。 另外， MATLAB 网页服务程序还容许在 Web应用中使用自己的MATLAB 数学和图形程序。 MATLAB 的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。 工具箱是 MATLAB 函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻 辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 应用软件开发（包括用户界面） 在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起 连接 注释等；在输入输出方面，可以直接向 Excel 和 HDF5 进行连接。 第三章 正交振幅调制 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 正交振幅调制系统 QAM 简介 正交振幅调制（ QAM）是一种矢量调制，它是将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号。 正交调幅信号有两个相同频率的 载波 ，但是相位相差 90度（四分之一周期，来自积分术语）。 一个信号叫 I信号，另一个信号 叫 Q 信号。 从数学角度将一个信号可以表示成正弦，另一个表示成余弦。 两种被调制的载波在发射时已被混和。 到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。 这样与之作幅度调制（ AM）相比，其频谱利用率高出一倍。 QAM 是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。 该调制方式通常有 二进制 QAM（ 4QAM）、 四进制 QAM（ l6QAM）、 八进制 QAM（ 64QAM）、 „ ，对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，分别 有 1 6 „ 个矢量端点。 目前QAM 最高已达到 1024QAM。 样点数目越多，其传输效率越高。 但并不是样点数目越多越好，随着样点数目的增加， QAM 系统的误码率会逐渐增大，所以在对可靠性要求较高的环境，不能使用较多样点数目的 QAM。 对于 4QAM，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与 4PSK 相同。 a 4QAM 星座图 b 16QAM 星座图 图 31 QAM 星座图 QAM 采用格雷编码，采用格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不同，由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大，故这样编码使之仅造成一个比特误码的概率最大。 下图以 16QAM 为例，显示了编码 图 32 16QAM 编码 16QAM 调制解调原理 16QAM 是两路 4ASK 信号的叠加，其演变方式可以有以下两种： （ 1）正交调幅法，由两路独立的正交 4ASK 信号叠加而成； 图 33 正交调幅 （ 2）复合相移法，由两路独立的 QPSK 信号叠加而成。 图中虚线大圆上的 4个大黑点表示第一个 QPSK 信号矢量的位置，在这 4个位置上可以叠加上第二个 QPSK 矢量，后者的位置用虚线小圆上的 4 个小黑点表示。 图 34 复合相移法 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 Sk(t)=Akcos(ω 0t+θ k) kTt≤ (k+1)T 式 31 式中， k 取整数； Ak和 k分别可以取多个离散值。 上式可以展开为 Sk(t)=Akcosθ kcosω 0t— Aksinθ ksinω 0t 式 32 令 Xk=Akcosθ k Yk=Aksinθ k 则信号表示式变为 Sk(t)= Xkcosω 0t+Yk sinω 0t 式 33 Xk和 Yk 也是可以取多个离散值的变量。 从上式看出， k(t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。 本课题采用了正交调幅法。 在发送端调制器中串 /并变换使得信息速率为 Rb的输入二进制信号分成两个速率为 Rb/2 的二进制信号， 2/4电平转换将每个速率为 Rb/2 的二进制信号变为速率为 Rb/8的电平信号，然后分别与两个正交载波相乘，再相加后即得 16QAM信号 下图是 16QAM 的调制框图。 图 35 16QAM调制框图 解调是调制的逆过程， 在接收端解调器中可以采用正交的相干解调方法。 接受到的信号分两路进入两个正交的载波的相干解调器，再分别进入判决器形成 L进制信号并输出二进制信号，最后经并 /串变换后得到基带信号。 下图为 16QAM 解调框图： 图 36 16 QAM 解调框图 第四章 基于 MATLAB 的 16QAM 调制解调系统仿真 第 节 16QAM 调制模块的建立与仿真 第三章对 16QAM 调制解调原理进行了分析，这一章我将对系统仿真框图中的各个模块进行简单的介绍： 信号源 本程序中，信号源为 8 位二进制代 码 [1 1 1 1 1 1 1 1]， sigexpand 函数的作用是将代码扩展为码元宽度为 1的双极性波形，如下图所示： 0 1 2 3 4 5 6 7 842024时间 ( S )幅度基带信号时域波形图4 3 2 1 0 1 2 3 4420241 6 Q A M 星座图同相支路正交支路 图 41 二进制代码及星座图 串并转换 信号源通过串并变换，将原来的一路信源信号变成两路信号，分别为上支路信号和下支路信号，独立地进行调制和解调。 串并变换的规则是根据序列编号的奇偶行，将编。