基于MATLAB的M-QAM調(diào)制及相干解調(diào)的設(shè)計與仿真通信原理課程設(shè)計

1、通信原理課程設(shè)計報告題 目：基于MATLAB 的M-QAM調(diào)制及相干解調(diào)的設(shè)計與仿真班 級：通信工程 1411姓 名：楊仕浩(2014111347)解博文(2014111321)介子豪(2014111322指導(dǎo)老師：羅倩倩成 績：日 期：2016年12月21日基于MATLAB勺M-QAM制及相干解調(diào)的設(shè)計與仿真摘要：正交幅度調(diào)制技術(shù)（QAM）是一種功率和帶寬相對高效的信道調(diào)制技術(shù)，因此在 自適應(yīng)信道調(diào)制技術(shù)中得到了較多應(yīng)用。本次課程設(shè)計主要運用MATLAB軟件對M =16進制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)進行了仿真，從理論上驗證16進制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)工作原理，為實際應(yīng)用和科學合理地設(shè)計正交幅度調(diào)制系統(tǒng) ，

2、提供了便捷、高效、直觀的重要方法。 實驗及仿真的結(jié)果證明，多進制正交幅度調(diào)制解調(diào)易于實現(xiàn)， 且性能良好，是未來通信技 術(shù)的主要研究方向之一，并有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：正交幅度調(diào)制系統(tǒng)；MATLAB;仿真1 引言 11.1 課程設(shè)計的目的 11.2 課程設(shè)計的基本任務(wù)和要求11.3 仿真平臺 Matlab 12 QAM系統(tǒng)的介紹 22.1 正交幅度調(diào)制技術(shù) 22.2 QAM調(diào)制解調(diào)原理52.3 QAM的誤碼率性能73 多進制正交幅度（ M-QAM ）調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖 94基于MATLAB勺多進制正交幅度（M-QAM調(diào)制及相干解調(diào)設(shè)計與仿真 101.1 系統(tǒng)設(shè)計 101.2 隨機信號的生成

3、 101.3 星座圖映射 111.4 波形成形（平方根升余弦濾波器） 131.5 調(diào)制 141.6 加入高斯白噪聲之后解調(diào) 155 仿真結(jié)果及分析 206 總結(jié)與體會 236.1 總結(jié) 236.2 心得體會 24【參考文獻】 25附錄 261 引言本次課程設(shè)計主要運用MATLAB 軟件進行程序編寫。 實現(xiàn)模擬基帶信號經(jīng)QAM 調(diào)制與相干解調(diào)的傳輸過程， 通過分析比較調(diào)制解調(diào)輸出波形以及功率譜特征，理解QAM 調(diào)制解調(diào)原理。1.1 課程設(shè)計的目的通信原理課程設(shè)計的目的是使我們加深對所學的通信原理知識的理解，扎實掌握通信原理的基礎(chǔ)知識和基本理論，增強分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生專業(yè)素質(zhì)，提高

4、其利用通信原理知識處理通信系統(tǒng)問題的能力，為今后專業(yè)課程的學習、畢業(yè)設(shè)計和工作打下良好的基礎(chǔ)。1.2 課程設(shè)計的基本任務(wù)和要求（ 1）設(shè)計出規(guī)定的數(shù)字通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括信源，調(diào)制，發(fā)送濾波器模塊，信道，接受濾波器模塊以及信宿；（ 2）根據(jù)通信原理，設(shè)計出各個模塊的參數(shù)（例如碼速率，濾波器的截止頻率等）；（ 3）熟悉MATLAB 環(huán)境下的 Simulink 仿真平臺，用 Matlab/Simulink 實現(xiàn)該數(shù)字通信系統(tǒng)；（ 4）觀察仿真并進行波形分析（波形圖和頻譜圖等）；1.3 仿真平臺 MatlabMATLAB 目前已發(fā)展成為由 MATLAB 語言、 MATLAB 工作環(huán)境、MATLAB

5、圖形處理系統(tǒng)、 MATLAB 數(shù)學函數(shù)庫和 MATLAB 應(yīng)用程序接口五大部分組成的集數(shù)值計算、圖形處理、程序開發(fā)為一體的功能強大的系統(tǒng)。本次課程設(shè)計則在深入研究連續(xù)時間信號傅里葉級數(shù)分析理論知識的基礎(chǔ)上，利用 MATLAB 強大的圖形處理功能、符號運算功能以及數(shù)值計算功能，通過MATLAB 編程進行圖形功能仿真， 從而實現(xiàn)連續(xù)時間周期信號頻域分析的仿真波形， 包括以下內(nèi)容： 用 MATLAB 實現(xiàn)周期信號的傅里葉級數(shù)分解與綜合的波形；用 MATLAB 實現(xiàn)周期信號的單邊頻譜及雙邊頻譜的波形與分析；用MATLAB 實現(xiàn)典型周期信號的頻譜的波形。2 QAM系統(tǒng)的介紹2.1 正交幅度調(diào)制技術(shù)正交振

6、幅調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM )是一種振幅和相位 聯(lián)合鍵控。雖然MPSK和MDPSK等相移鍵控的帶寬和功率方面都具有優(yōu)勢， 即帶寬占用小和比特噪聲比要求低。但是由圖1可見，在MPSK體制中，隨著M的增大，相鄰相位的距離逐漸 減小，使噪聲容限隨之減小，誤碼率難于保證。為了改善在M大時的噪聲容限, 發(fā)展出了 QAM體制。在QAM體制中，信號的振幅和相位作為兩個獨立的參 量同時受到調(diào)制。這種信號的一個碼元可以表示為：&(t) Acos( 0tk)kT t (k 1)T(11)式中：k二整數(shù)；Ak和k分別可以取多個離散值。式(1 1)可以展開為

7、：Sk(t) Ak cos k cos 0t Ak sin k sin 0t(12) Xk = Akcosk，Yk =-Aksin k則式(1 1)變?yōu)椋簊k(t) Xk cos 0t Ksin 0t(13)和XkYk也是可以取多個離散的變量。從式(13)看出，sk(t)可以看作是兩個正交的振幅鍵控信號之和在式（11）中，若k值僅可以取/4和-/4, Ak值僅可以取+A和-A,則止匕QAM信號就成為QPSK信號，如圖2所示:所以，QPSK信號就是一種最簡單的 QAM信號。有代表性的QAM信號是16進制的，記為16QAM ,它的矢量圖示于下圖中:Ak圖3 16QAM信號矢量圖圖中用黑點表示每個碼

8、元的位置，并且示出它是由兩個正交矢量合成的。類似地，有64QAM和256QAM等QAM信號，如圖4、圖5所示。它們總稱為MQAM 調(diào)制。由于從其矢量圖看像是星座，故又稱星座調(diào)制。19圖5 256QAM信號矢量圖圖4 64QAM信號矢量圖16QAM信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種是正交調(diào)幅法，即用兩路獨第二種方法是復(fù)合相移法，它移用兩路獨立的 16QAM信號，如圖7所示。圖中QPSK信號疊加，形成圖7復(fù)合相移法虛線大圓上的4個大黑點表示一個QPSK信號矢量的位置。在這4個位置上可 以疊加上第二個QPSK矢量，后者的位置用虛線小圓上的 4個小黑點表示。2.2 QAM調(diào)制解調(diào)原理2.2.1 QAM

9、調(diào)制正交幅度調(diào)制QAM是數(shù)字通信中一種經(jīng)常利用的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，尤其是 多進制QAM具有很高的頻帶利用率，在通信業(yè)務(wù)日益增多使得頻帶利用率成 為主要矛盾的情況下，正交幅度調(diào)制方式是一種比較好的選擇。正交幅度調(diào)制（QAM）信號采用了兩個正交載波 cos2 %t、sin2 %t ,每一個載波都被一個獨立的信息比特序列所調(diào)制。發(fā)送信號波形如圖8所示Um（t） AmcgT（t）cos2 fct AmsgT（t）sin2 fct, m 1,2,., M （1-4）圖8 M=16QAM 信號星座圖式中 Amcffi Ams是電平集合，這些電平是通過將 k比特序列映射為信號 振幅而獲得的。例如一個16位正交幅

10、度調(diào)制信號的星座圖如下圖所示， 該星座 是通過用M=4PAM信號對每個正交載波進行振幅調(diào)制得到的。 利用PAM分別 調(diào)制兩個正交載波可得到矩形信號星座。QAM可以看成是振幅調(diào)制和相位調(diào)制的結(jié)合。因此發(fā)送的QAM信號波形可表小為Umn（t） AmgT（t）C0S2fctn）, m 1,2,.W1， n 1,2,.W2，（ 1如果M1 2k1, M2 2k2,那么QAM方法就可以達到以符號速率RB/（k1 3同時發(fā)送k1二選 制數(shù)據(jù)10g2 M 2M 1個二進制數(shù)據(jù)。圖9給出了 QAM調(diào)制器的框圖。圖9 QAM調(diào)制器框圖2.2.2 QAM的解調(diào)和判決假設(shè)在信號傳輸中存在載波相位偏移和加性高斯噪聲。

11、因此r(t)可以表示為r(t)AmcgT(t)cos(2 fc )AmsgT(t)sin(2 fc)n(t)(1-6)其中是載波相位偏移，且(1-7)n(t) nc(t)cos2 fct ns(t)2 fct將接收信號與下述兩個相移函數(shù)進行相關(guān)運算1(t)gT(t)cos(2 fct)(1-8)2(t)gNt)sin(2 fct)(1-9)10中所示的鎖相如圖10所示，相關(guān)器的輸出抽樣后輸入判決器。使用圖環(huán)估算接收信號的載波相位偏移，相移1和2對該相位偏移進行補償。FIX接收信號I移相囂積分時鐘計篁距離 尺度口輸出判 決積分圖10 QAM信號的解調(diào)和判決假設(shè)圖中所示的時鐘與接收信號同步，以使相

12、關(guān)器的輸出在適當?shù)臅r刻及時被抽樣。在這些條件下兩個相關(guān)器的輸出分別為riAmcnc cosHC cns sin(1-10)2Amcncsinmc cns cos(1-11)其中nc1Tnc(t)gT (t)dt20 c 1(1-12)ns1Tn s (t) g T (t ) dt(1-13)噪聲分量是均值為0,方差為N。/2的互不相關(guān)的高斯隨機變量最佳判決器計算距離量度2D(r,sm) r smm 1,2,M(1-14)2.3 QAM的誤碼率性能矩形QAM言號星座最突出的優(yōu)點就是容易產(chǎn)生 PAM信號可直接加到兩個正 交載波相位上，此外它們還便于解調(diào)。對于M 2K下的矩形信號星座圖(K為偶數(shù))，

13、QAM信號星座圖與正交 載波上的兩個pam信號是等價的，這兩個信號中的每一個上都有vM 2K/2個 信號點。因為相位正交分量上的信號能被相干判決極好的分離，所以易于通過PAM的誤碼率確定QAM的誤碼率M進制QAM系統(tǒng)正確判決的概率是:2(1-15)Pc 1 Pm式中p國是7M進制PAM系統(tǒng)的誤碼率，該PAM系統(tǒng)具有等價QAM系 統(tǒng)的每一個正交信號中的一半平均功率。通過適當調(diào)整 M進制PAM系統(tǒng)的誤 碼率，可得：Pm 21 1/ M Q.；3/M-1 Eav/No（1-16）式中Eav/No是每個符號的平均信噪比。因此，因此 M進制QAM的誤碼率為：Pm 1 1 P ?。?-17）可以注意到，當

14、K為偶數(shù)時，這個結(jié)果對M 2K情形時精確的，而當K 為奇數(shù)時，就找不到等價的VM進制PAM系統(tǒng)。如果使用最佳距離量度進行 判決的最佳判決器，可以求出任意 K>=1誤碼率的的嚴格上限。Pm 1 1 2Q 3Eav/M 1 No2<=4Q 3任用11No（1-18）其中，E 3 Nc是每比特的平均信噪比。E avb |N O3多進制正交幅度（M-QAM ）調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖圖ii正交調(diào)制原理框圖如圖11所示的M-QAM調(diào)制原理框圖，首先將基帶信號進行串并轉(zhuǎn)換分離 出I分量、Q分量，然后再分別進行電平映射，經(jīng)過成形濾波后與載波相乘， 最后相加得到已調(diào)信號。圖12相干解調(diào)原理框圖如圖1

15、2所示的M-QAM目干解調(diào)原理框圖首先對收到的已調(diào)信號進行正交相 干解調(diào)，一路與cosc t相乘，一路與sinc相乘。然后經(jīng)過低通濾波器, 低通濾波器LPF濾除乘法器法產(chǎn)生的高頻分量，獲得有用信號，低通濾波器 LPF輸出經(jīng)抽樣判決可恢復(fù)出電平信號。4基于MATLAB勺多進制正交幅度(M-QAM調(diào)制及相干解調(diào)設(shè)計與仿真4.1 系統(tǒng)設(shè)計首先進行系統(tǒng)的分析的設(shè)計，整個設(shè)計分為如下幾個部分：隨機序列的產(chǎn)生、序列的串/并和并/ 串轉(zhuǎn)換、16QAM 調(diào)制、星座圖的繪制、 16QAM 解調(diào)、加入噪聲、誤碼率的測量及仿真圖形顯示。4.2 隨機信號的生成利用 Matlab 中的 random_binary 函數(shù)

16、來產(chǎn)生0、 1 等概分布的隨機信號。 源代碼如下所示：random_binary.m%產(chǎn)生二進制信源隨機序列function info=random_binary(N)if nargin = 0,%如果沒有輸入?yún)?shù)，則指定信息序列為10000個碼元N=10000;end;for i=1:N,temp=rand;if (temp<0.5),info(i)=0;% 1/2 的概率輸出為0elseinfo(i)=1;% 1/2 的概率輸出為1endend;4.3 星座圖映射對產(chǎn)生的二進制隨機序列進行串并轉(zhuǎn)換，分離出 I 分量、 Q 分量，然后再分別進行電平映射。由于是調(diào)用matlab系統(tǒng)函數(shù)調(diào)

17、制解調(diào)，在此將轉(zhuǎn)換后邊的序列進行四進制轉(zhuǎn)換，方便后面的調(diào)制，再將轉(zhuǎn)換好的序列通過調(diào)用qam()函數(shù)進行16qam調(diào)制，具體代碼如下：代碼如下：%串 /并變換分離出 I 分量、 Q 分量，然后再分別進行電平映射I=x(1:2:nn-1);I,In=two2four(I,4*m);Q=x(2:2:nn);Q,Qn=two2four(Q,4*m);if Kbase=2;%基帶成形濾波I=bshape(I,fs,fb/4);Q=bshape(Q,fs,fb/4);end;y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t); %調(diào)制二進制轉(zhuǎn)換成四進制代碼：two2four.m%二

18、進制轉(zhuǎn)換成四進制function y,yn=two2four(x,m);T=0 1;3 2;n=length(x);ii=1;for i=1:2:n-1;xi=x(i:i+1)+1;yn(ii)=T(xi(1),xi(2);ii=ii+1;end;yn=yn-1.5;y=yn;for i=1:m-1;y=y;yn;end;y=y(:)' % 映射電平分別為 -1.5； 0.5； 0.5； 1.5星座圖代碼如下：constel.m% 畫出星座圖function c=constel(x,fs,fb,fc);N=length(x);m=2*fs/fb; n=fs/fc;i1=m-n;i=1;

19、ph0=(i1-1)*2*pi/n;while i <= N/m;xi=x(i1:i1+n-1);y=2*fft(xi)/n;c(i)=y(2);i=i+1;i1=i1+m;end;% 如果無輸出，則作圖if nargout<1;cmax=max(abs(c);ph=(0:5:360)*pi/180;plot(1.414*cos(ph),1.414*sin(ph),'c');hold on;for i=1:length(c);ph=ph0-angle(c(i);a=abs(c(i)/cmax*1.414;plot(a*cos(ph),a*sin(ph),'r

20、*');end;plot(-1.5 1.5,0 0,'k:',0 0,-1.5 1.5,'k:');hold off;axis equal;axis(-1.5 1.5 -1.5 1.5);end;4.4 波形成形(平方根升余弦濾波器)為了避免相鄰傳輸信號之間的串擾，多元符號需要有合適的信號波形。方波是在本地數(shù)字信號處理時常見的波形，但在實際傳輸時這種方波并不合適。根據(jù)奈奎斯特第一準則，在實際通信系統(tǒng)中一般均使接收波形為升余弦滾降信號。這一過程由發(fā)送端的基帶成形濾波器和接收端的匹配濾波器兩個環(huán)節(jié)共同實現(xiàn)，因此每個環(huán)節(jié)均為平方根升余弦滾降濾波，兩個環(huán)節(jié)合成就

21、實現(xiàn)了一個升余弦滾降濾波。實現(xiàn)平方根升余弦滾降信號的過程稱為 “波形成形” ，通過采 用合適的濾波器對多元碼流進行濾波實現(xiàn)，由于生成的是基帶信號，因此這一過程又稱 “基帶成形濾波” 。代碼如下：bshape.m%基帶升余弦成形濾波器function y=bshape(x,fs,fb,N,alfa,delay);%設(shè)置默認參數(shù)if nargin<6; delay=8;end;if nargin<5; alfa=0.5;end;if nargin<4; N=16;end;b=firrcos(N,fb,2*alfa*fb,fs);y=filter(b,1,x);4.5 調(diào)制已調(diào)號進

22、行串并轉(zhuǎn)換分離出 I 分量、 Q 分量，然后再分別進行電平映射， 經(jīng)過成形濾波后與載波相乘，最后相加得到已調(diào)信號。調(diào)制代碼：qam.mfunction y,I,Q=qam(x,Kbase,fs,fb,fc);T=length(x)/fb;m=fs/fb;nn=length(x);dt=1/fs;t=0:dt:T-dt;%串 /并變換分離出I 分量、 Q 分量，然后再分別進行電平映射I=x(1:2:nn-1);I,In=two2four(I,4*m);Q=x(2:2:nn);Q,Qn=two2four(Q,4*m);if Kbase=2;%基帶成形濾波I=bshape(I,fs,fb/4);Q=

23、bshape(Q,fs,fb/4);end;y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t); %調(diào)制4.6 加入高斯白噪聲之后解調(diào)為了簡化程序和得到可靠的誤碼率，我們在解調(diào)時并未從已調(diào)信號中恢復(fù)載波，而是直接產(chǎn)生與調(diào)制時一模一樣的載波來進行信號解調(diào)。加入不同強度的高斯白噪聲代碼：SNR_in_dB=8:2:24;%AWGN 信道信噪比for j=1:length(SNR_in_dB)y_add_noise=awgn(y2,SNR_in_dB(j); %加入不同強度的高斯白噪聲y_output=qamdet(y_add_noise,fs,fb,fc); %對已調(diào)信號進

24、行解調(diào)解調(diào)時先設(shè)計一個巴特沃斯濾波器，然后將I 分量、 Q 分量并 /串轉(zhuǎn)換，最終恢復(fù)成碼元序列xn,然后進行解調(diào)。解調(diào)的代碼如下：%QAM 信號解調(diào)function xn,x=qamdet(y,fs,fb,fc);dt=1/fs;t=0:dt:(length(y)-1)*dt;I=y.*cos(2*pi*fc*t);Q=-y.*sin(2*pi*fc*t);b,a=butter(2,2*fb/fs);%設(shè)計巴特沃斯濾波器I=filtfilt(b,a,I);Q=filtfilt(b,a,Q);m=4*fs/fb;N=length(y)/m;n=(.6:1:N)*m;n=fix(n);In=I(

25、n);Qn=Q(n);xn=four2two(In Qn);xn%I 分量 Q 分量并/ 串轉(zhuǎn)換，最終恢復(fù)成碼元序列nn=length(xn);xn=xn(1:nn/2);xn(nn/2+1:nn);xn=xn(:);xn=xn'四進制轉(zhuǎn)換成二進制代碼如下：%四進制轉(zhuǎn)換成二進制function xn=four2two(yn);y=yn; ymin=min(y);ymax=max(y);ymax=max(ymax abs(ymin);ymin=-abs(ymax);yn=(y-ymin)*3/(ymax-ymin);%設(shè)置門限電平，判決I0=find(yn< 0.5);yn(I0)

26、=zeros(size(I0);I1=find(yn>=0.5 & yn<1.5);yn(I1)=ones(size(I1);I2=find(yn>=1.5 & yn<2.5);yn(I2)=ones(size(I2)*2;I3=find(yn>=2.5);yn(I3)=ones(size(I3)*3;%一位四進制碼元轉(zhuǎn)換為兩位二進制碼元T=0 0;0 1;1 1;1 0;n=length(yn);for i=1:n;xn(i,:)=T(yn(i)+1,:);end;xn=xn'xn=xn(:); xn=xn'誤碼率代碼如下：num

27、oferr=0;for i=1:Nif (y_output(i)=info(i), numoferr=numoferr+1;end;end;Pe(j)=numoferr/N;%統(tǒng)計誤碼率end;figure;semilogy(SNR_in_dB,Pe,'red*-');grid on;xlabel('SNR in dB');ylabel('Pe');title('16QAM 調(diào)制在信道噪聲強度下的誤碼率');16-QAM 載波調(diào)制信號在 AWGN 信道下的性能代碼如下：clear allnsymbol=100000;%每種信噪比下

28、的發(fā)送符號數(shù)M=16;%16-QAMgraycode=0 1 3 2 4 5 7 6 12 13 15 14 8 9 11 10;%Gray 編碼規(guī)則EsN0=5:20;%信噪比， Es/N0snU=10 A(EsN0/10);%信噪比轉(zhuǎn)換為線性值msg=randint(1,nsymbol,M);%消息數(shù)據(jù)msg1=graycode(msg+1);%Gray 映射msgmod=qammod(msg1,M);%基帶 16-QAM 調(diào)制spow=norm(msgmod).A2/nsymbol;%求每個符號的平均功率for indx=1:length(EsN0)sigma=sqrt(spow/(2*

29、snr1(indx);%根據(jù)符號功率求噪聲功率rx=msgmod+sigma*(randn(1,length(msgmod)+j*randn(1,length(msgmod) y=qamdemod(rx,M);decmsg=graycode(y+1);err,ber(indx)=biterr(msg,decmsg,log2(M); %誤比特率 err,ser(indx)=symerr(msg,decmsg);%誤符號率end P4=2*(1-1/sqrt(M)*qfunc(sqrt(3*snr1/(M-1); ser1=1-(1-P4).A2; %理論誤符號率ber1=1/log2(M)*se

30、r1;%理論誤比特率semilogy(EsN0,ber,'-ko',EsN0,ser,'-k*',EsN0,ser1,EsN0,ber1,'-k.');title('16-QAM 載波調(diào)制信號在AWGN 信道下的性能')xlabel('Es/N0');ylabel('誤比特率和誤符號率)legend(誤比特率,誤符號率,理論誤符號率,理論誤比特率)5仿真結(jié)果及分析-0.800.60.4已 調(diào)信號(In:red,Qn:green)0.20-0.2-0.4-0.6510152025303532圖13 已調(diào)信號波

31、形如圖13所示的已調(diào)信號，程序碼元數(shù)量設(shè)定為 10000個，此處顯示1/10, 即1000個，基帶信號頻率1HZ,抽樣頻率32HZ,載波頻率4HZ。已調(diào)信號頻譜星座圖1.51 0.50-0.5-1-1.5-1.5-1-0.500.511.5圖15 16QAM星座圖通過觀察圖15的16QAM星座圖可以看出16QAM的頻帶利用率比較高, 帶寬占用比較小。圖16 16QAM調(diào)制在不同信道噪聲強度下的誤碼率率號符誤和率特比誤010-110-210-310-410-51016-QAM載波調(diào)制信號在AWGN信道下的性能X-誤比特率 一誤符號率理論誤符號率-理論誤比特率1-6105101520Es/N0圖1

32、7 16-QAM載波調(diào)制信號在 AWGN信道下的性能由圖16圖17可看到當信噪比小的情況下，仿真曲線和理論曲線差距略大， 而隨著信噪比的增大，仿真曲線越來越逼進理論曲線。在同樣信噪比時，誤符 號率比誤比特率（誤碼率）要大。簡單分析不難看出，由于理論誤碼率曲線是 建立在誤符號率除以4的基礎(chǔ)上的，而這一條件的前提是出現(xiàn)誤符號的時候， 一個符號中只有一個bit位發(fā)生了錯誤，這表明誤碼率比較低，也就是說明信噪 比比較大。所以，當信噪比比較小的時候，理論計算的誤碼率的值要小于仿真 得到的值。6 總結(jié)與體會6.1 總結(jié)在現(xiàn)代通信中，提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點之一。近年來，隨著通信業(yè)務(wù)需求的增長，尋

33、找頻譜利用率高的數(shù)字調(diào)制方式已成為數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計，研究的主要目標之一。正交振幅調(diào)制 QAM（ Quadrature AmplitudeModulation ）就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式，其在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本設(shè)計是基于 MATLAB/Simulink 的 16 QAM 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)計與仿真，得到的結(jié)論是：（1）對 16QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理進行了較為深入的了解與分析 ,并且根據(jù)原理圖構(gòu)建MATLAB/Simulink 的仿真模型。（ 2）較為熟悉的掌握MATLAB/Simulink 軟件在通信系統(tǒng)中的

34、設(shè)計與仿真的步驟與方法。（ 3）通過觀察星座圖可以看出16QAM 的頻帶利用率比較高，帶寬占用比較小。作為一種現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)， QAM 相比較傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)， 有著很多優(yōu)于傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)的特性，使得它在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和蜂窩系統(tǒng)等系統(tǒng)中得到大規(guī)模應(yīng)用，大大提高系統(tǒng)通信質(zhì)量和通信效率。MATLAB 在通信仿真中有著重要的應(yīng)用， MATLAB/Simulink 是通信系統(tǒng)計算機仿真的強大工具，本文提供了一個實際仿真的例子。實際的信道是很復(fù)雜的，在實際的應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)不同的要求選用不同的調(diào)制方式。本文利用MATLAB/Simulink 對 M =16 進制正

35、交幅度調(diào)制系統(tǒng)進行了仿真，從理論上驗證 16進制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)工作原理， 為實際應(yīng)用和科學合理地設(shè)計正交幅度調(diào)制系統(tǒng) ,提供了便捷、高效、直觀的重要方法。6.2 心得體會這次課程設(shè)計通過運用 MATLAB/Simulink 軟件進行設(shè)計仿真，掌握了運用技巧；理解了 M-QAM 調(diào)制的原理以及其優(yōu)越性。課程設(shè)計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。通過課程設(shè)計系統(tǒng)的了解了一些理論知識，能把理論知識與具體實踐相結(jié)合，培養(yǎng)了我們動手、動腦能力。課程設(shè)計主要是對理論知識的延伸， 它的目的主要是要在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題，并且

36、自己要能找到解決問題的方案，形成一種獨立的意識，還能從設(shè)計中檢驗平時所學的理論知識到底有多少，鞏固已經(jīng)學會的內(nèi)容，不斷學習新知識，把這門課學的扎實?！緟⒖嘉墨I】1 邵玉斌 . Matlab/Simulink 通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析. 北京:清華大學出版社, 20082 張化光 , 劉鑫蕊 , 孫秋野 . MATLAB/SIMULINK 實用教程 . 北京 :人民郵電出版社, 20093 樊昌信 , 曹麗娜 . 通信原理 . 北京 :防工業(yè)出版社,20084 劉衛(wèi) . MATLAB 程序設(shè)計教程. 北京 : 中水利水電出版社, 2005附錄main_plot.mclear;clc;echo

37、off;close all;N=10000;%設(shè)定碼元數(shù)量fb=1;%基帶信號頻率fs=32;%抽樣頻率fc=4;%載波頻率,為便于觀察已調(diào)信號，我們把載波頻率設(shè)的較低Kbase=2;% Kbase=1,不經(jīng)基帶成形濾波，直接調(diào)制；% Kbase=21S帶經(jīng)成形濾波器濾波后，再進行調(diào)制info=random_binary(N);%產(chǎn)生二進制信號序列y,I,Q=qam(info,Kbase,fs,fb,fc);%對基帶信號進行16QAM 調(diào)制y1=y; y2=y;%備份信號，供后續(xù)仿真用T=length(info)/fb;m=fs/fb;nn=length(info);dt=1/fs;t=0:d

38、t:T-dt;n=length(y);y=fft(y)/n;y=abs(y(1:fix(n/2)*2;q=find(y<1e-04);y(q)=1e-04;y=20*log10(y);f1=m/n;f=0:f1:(length(y)-1)*f1;%subplot(212);plot(f,y,'b');grid on;title(' 已調(diào)信號頻譜'); xlabel('f/fb');%畫出 16QAM 調(diào)制方式對應(yīng)的星座圖%constel(y1,fs,fb,fc); title(' 星座圖 ');SNR_in_dB=8:2:2

39、4;%AWGN 信道信噪比for j=1:length(SNR_in_dB)y_add_noise=awgn(y2,SNR_in_dB(j); %加入不同強度的高斯白噪聲 y_output=qamdet(y_add_noise,fs,fb,fc);%對已調(diào)信號進行解調(diào)numoferr=0;for i=1:Nif (y_output(i)=info(i),numoferr=numoferr+1;end;end;Pe(j)=numoferr/N;%統(tǒng)計誤碼率end;figure;semilogy(SNR_in_dB,Pe,'blue*-');grid on;xlabel('

40、SNR in dB');ylabel('Pe');title('16QAM 調(diào)制誤碼率');bshape.m%基帶升余弦成形濾波器function y=bshape(x,fs,fb,N,alfa,delay);%設(shè)置默認參數(shù)if nargin<6; delay=8;end;if nargin<5; alfa=0.5;end;if nargin<4; N=16; end;b=firrcos(N,fb,2*alfa*fb,fs);y=filter(b,1,x);four2two.mfunction xn=four2two(yn);y=yn;

41、 ymin=min(y); ymax=max(y); ymax=max(ymax abs(ymin);ymin=-abs(ymax); yn=(y-ymin)*3/(ymax-ymin);%設(shè)置門限電平，判決I0=find(yn< 0.5);yn(I0)=zeros(size(I0);I1=find(yn>=0.5 & yn<1.5);yn(I1)=ones(size(I1);I2=find(yn>=1.5 & yn<2.5);yn(I2)=ones(size(I2)*2;I3=find(yn>=2.5);yn(I3)=ones(size(I

42、3)*3;%一位四進制碼元轉(zhuǎn)換為兩位二進制碼元T=0 0;0 1;1 1;1 0; n=length(yn);for i=1:n;xn(i,:)=T(yn(i)+1,:);end;xn=xn' xn=xn(:); xn=xn'two2four.m%二進制轉(zhuǎn)換成四進制function y,yn=two2four(x,m);T=0 1;3 2; n=length(x); ii=1;for i=1:2:n-1;xi=x(i:i+1)+1;yn(ii)=T(xi(1),xi(2);ii=ii+1;end;yn=yn-1.5; y=yn;for i=1:m-1;y=y;yn;end;y=

43、y(:)' % 映射電平分別為 -1.5； 0.5； 0.5； 1.5random_binary.mfunction info=random_binary(N)if nargin = 0,%如果沒有輸入?yún)?shù)，則指定信息序列為10000個碼元N=10000;end;for i=1:N,temp=rand;if (temp<0.5),info(i)=0;% 1/2 的概率輸出為0elseinfo(i)=1;% 1/2 的概率輸出為1endend;qamdet.m%QAM 信號解調(diào)function xn,x=qamdet(y,fs,fb,fc);dt=1/fs; t=0:dt:(len

44、gth(y)-1)*dt;I=y.*cos(2*pi*fc*t);Q=-y.*sin(2*pi*fc*t);b,a=butter(2,2*fb/fs);%設(shè)計巴特沃斯濾波器I=filtfilt(b,a,I);Q=filtfilt(b,a,Q);m=4*fs/fb; N=length(y)/m; n=(.6:1:N)*m; n=fix(n);In=I(n); Qn=Q(n); xn=four2two(In Qn);%I 分量 Q 分量并/ 串轉(zhuǎn)換，最終恢復(fù)成碼元序列xnnn=length(xn);xn=xn(1:nn/2);xn(nn/2+1:nn);xn=xn(:); xn=xn'qa

45、m.mfunction y,I,Q=qam(x,Kbase,fs,fb,fc);%T=length(x)/fb; m=fs/fb; nn=length(x);dt=1/fs;t=0:dt:T-dt;%串 /并變換分離出 I 分量、 Q 分量，然后再分別進行電平映射I=x(1:2:nn-1);I,In=two2four(I,4*m);Q=x(2:2:nn);Q,Qn=two2four(Q,4*m);if Kbase=2;%基帶成形濾波I=bshape(I,fs,fb/4); Q=bshape(Q,fs,fb/4);end;y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t)

46、;32QAMM = 32;k = log2(M);x = randint(20000,1);y = modulate(modem.qammod('M',32,'InputType','Bit'),x);EbNo = -5:1:10;for n=1:length(EbNo)snr(n) = EbNo(n) + 10*log10(k);ynoisy = awgn(y,snr(n),'measured');zms = demodulate(modem.qamdemod('M',32,'OutputType'

47、;,'Bit'),ynoisy);z = de2bi(zms,'left-msb');nErrors(n), BITBER(n) = biterr(x,z);theo_err_prb(n)=(1/k)*3/2*erfc(sqrt(k*0.1*(10.A(EbNo(n)/10);enddisp (nErrors);disp (BITBER);semilogy(EbNo,BITBER,'b*-',EbNo,theo_err_prb,'k*-');title('32QAM 誤比特率性能');xlabel('Eb/

48、N0(dB)');ylabel('誤比特率');legend(仿真誤碼率,'理論誤碼率);畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教 師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。 盡我所知，除文中特別加 以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研 究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體， 均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名： 日期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢

49、業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電 子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制 手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠?或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研 究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論 文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文 的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：日

50、期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定， 同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影 印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日33獨創(chuàng)聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是本人在指導(dǎo)老師的 指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭 議。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計（論文）不 含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰

51、寫過的作品成果。對本文的研 究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名:二0一0年九月二十日畢業(yè)設(shè)計（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解*學院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文） 的規(guī)定。本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意 學校保存學位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它 復(fù)制手段保存設(shè)計（論文）；同意學校在不以營利為目的的前提下， 建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計（論文）的部分或全部內(nèi) 容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名:二0一0年九月二十日31基本要求：寫畢業(yè)論文主要目的是培養(yǎng)學生綜合

52、運用所學知識和技能，理論聯(lián)系實際，獨立分析，解決實際問題的能力，使學生得到從事本專業(yè)工作和進行相關(guān)的基本訓(xùn)練。畢業(yè)論文應(yīng)反映出作者能夠準確地掌握所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識，基本學會綜合運用所學知識進行科學研究的方法，對所研究的題目有一定的心得體會，論文題目的范圍不宜過寬，一般選擇本學科某一重要問題的一個側(cè)面。畢業(yè)論文的基本教學要求是：1 、 培養(yǎng)學生綜合運用、 鞏固與擴展所學的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，培養(yǎng)學生獨立分析、解決實際問題能力、培養(yǎng)學生處理數(shù)據(jù)和信息的能力。2、培養(yǎng)學生正確的理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態(tài)度。 3 、培養(yǎng)學生進行社會調(diào)查研究；文獻資料收集、閱讀和整理、使用；提出論點、綜合

53、論證、總結(jié)寫作等基本技能。畢業(yè)論文是畢業(yè)生總結(jié)性的獨立作業(yè)，是學生運用在校學習的基本知識和基礎(chǔ)理論，去分析、解決一兩個實際問題的實踐鍛煉過程，也是學生在校學習期間學習成果的綜合性總結(jié)，是整個教學活動中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。撰寫畢業(yè)論文對于培養(yǎng)學生初步的科學研究能力，提高其綜合運用所學知識分析問題、解決問題能力有著重要意義。畢業(yè)論文在進行編寫的過程中，需要經(jīng)過開題報告、論文編寫、論文上交評定、論文答辯以及論文評分五個過程，其中開題報告是論文進行的最重要的一個過程，也是論文能否進行的一個重要指標。撰寫意義： 1.撰寫畢業(yè)論文是檢驗學生在校學習成果的重要措施，也是提高教學質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。大學生在畢業(yè)前

54、都必須完成畢業(yè)論文的撰寫任務(wù)。申請學位必須提交相應(yīng)的學位論文，經(jīng)答辯通過后，方可取得學位?？梢赃@么說，畢業(yè)論文是結(jié)束大學學習生活走向社會的一個中介和橋梁。 畢業(yè)論文是大學生才華的第一次顯露，是向祖國和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社會主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的報到書。一篇畢業(yè)論文雖然不能全面地反映出一個人的才華，也不一定能對社會直接帶來巨大的效益，對專業(yè)產(chǎn)生開拓性的影響。但是，實踐證明，撰寫畢業(yè)論文是提高教學質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，是保證出好人才的重要措施。2 .通過撰寫畢業(yè)論文，提高寫作水平是干部隊伍 “四化 ”建設(shè)的需要。黨中央要求，為了適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，領(lǐng)導(dǎo)班子成員應(yīng)當逐步實現(xiàn) “革命化、年輕化、知識化、專業(yè)化 ”。這個 “四化 ” 的要求，也包含了對干部寫作能力和寫作水平的要求。3 .提高大學生的寫作水平是社會主義物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)的需要。在新的歷史時期，無論是提高全族的科學文化水平，掌握現(xiàn)代科技知識和科學管理方法，還是培養(yǎng)社會主義新人，都要求我們的干部具有較高的寫作能力。在經(jīng)濟建設(shè)中，作為領(lǐng)導(dǎo)人員和機關(guān)的辦事人員，要寫指示、通知、總結(jié)、調(diào)查報告等應(yīng)用文；要寫說明書、廣告、解說詞等說明文；還要寫科學論文、經(jīng)濟評論等議論文。在當今信息社會中，信息對于加快經(jīng)濟發(fā)展速度，取得良好的經(jīng)濟效益發(fā)揮著愈來愈大的作用。寫作是以語言文字