基于matlab的正交振幅调制与解调

成绩课程设计报告

题目：基于MATLAB的正交振幅

调制与解调仿真

学生姓名：

学生学号：

系别：

专业：

届别：

指导教师：

电气信息工程学院制

2012年5月

基于MATLAB的正交振幅调制与解调仿真

学生：

指导老师：

电气信息工程学院

1课程设计的任务与要求

1.1课程设计的任务

本课程设计通过Matlab，Simulink软件来仿真正交振幅调制和解调，要求进一步理解QAM，并掌握Matlab，Simulink软件的使用。

1.2课程设计的要求

设计平台为Matlab集成环境，在Matlab，Simulink软件下输入仿真程序，运行该程序，观察波形前后的变化。独立完成所有的设计。

1.3课程设计的研究基础

正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM ）是一种高效的数字调制解调方式，它在中、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使用。

在多进制键控体制中，相位键控的带宽和功率占用方面都具有优势，即带宽占用小和比特信噪比要求低。因此，MPSK和MDPSK为人们所喜用。但是，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，误码率难以保证。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[1]。

正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM ）是一种振幅和相位联合键控。正交振幅调制是二进制的PSK、四进制的QPSK调制的进一步推广，通过相位和振幅的联合控制，可以得到更高频谱效率的调制方式，从而可在限定的频带内传输更高速率的数据。正交振幅调制（QAM）的一般表达式为

y(t)=

A cos c w t+m

B sin c w t 0≤t＜s T(1)

m

上式由两个相互正交的载波构成，每个载波被一组离散的振幅｛

A｝、｛m B｝所调制，

m

故称这种调制方式为正交振幅调制。式中，

T为码元宽度；m=1,2,…,M,M为m A和m B

s

电平数。

正交振幅调制使用两路独立的基带对两个相互正交的同频载波拟制载波双边带条幅，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(16QAM)、八进制(64QAM)、……，对应的空间信号适量端点分布图称为星座图，如下图所示，分别有4、16、64……个适量端点。由图（1）可以看出，电平数m 和信号状态M 之间的关系。对于4QAM ，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位适量均与4PSK 相同[2]。

a 4QAM 信号矢量图

b 16QAM 信号矢量图

c 64QAM 信号矢量图 图1 多进制信号矢量图

QAM 中的振幅m A 和m B 可以表示成： m

A

= m

A d

(2)

m

B

=

m

A e

(3)

式中，A 是固定的振幅，（m d ，m e ）由输入数据确定。（m d ，m e ）决定了已调QAM 信号在信号中的坐标点。

2正交振幅调制与解调系统方案制定

2.1方案提出

针对正交振幅的调制与解调，可以使用Matlab和Simulink软件实现。

2.2 方案比较

Matlab程序可以实现该系统仿真，也能得到结果，但是不能够画出系统实现框图；Simulink软件既可以画出实现正交调制与解调的框图，也能得到实验波形[3]。

2.3方案论证

为了更好的理解正交振幅调制与解调，我们不仅要看到实验结果，还需要看到实验流程。Simulink软件可以根据仿真结果，用户可以调整系统参数，观察分析仿真结果的变化，从而获得更加理想的仿真结果。

2.4 方案选择

选择Simulink软件来实现正交振幅调制与解调系统。

3 QAM系统方案设计

3.1各单元模块功能介绍及电路设计

3.2 系统整体电路图

QAM的调制如图（2）所示，在调制端，输入数据经过串/并变换之后分为两路，

A和m B。为了抑制已调信号的带外辐射，m A 分别经过2电平到Ｌ电平的转换，形成

m

B还要经过预调制低通滤波器，才分别与相互正交的各路载波相乘，最后将两路信和

m

号相加就可以得到已调输出信号y(t)[4]。

图2 QAM调制框图

QAM信号采取正交相干解调的方法解调，模型如图（b）所示。解调器首先对接收到的QAM信号进行正交相干解调。低通滤波器LPF滤除乘法器产生的高频分量。LPF 输出经抽样判决可恢复出电平信号，经过多电平判决和电平转换后可恢复出原始基带信号[5]。

图3 QAM解调框图

在接受端，输入信号与本地恢复的两个正交载波信号相乘以后，经过低通滤波器、多电平判决、L电平到2电平变换，在经过并/ 串变换就得到输出数据[6]。

对QAM而言，如何设计QAM信号的结构不仅会影响到已调信号的功率谱特性，而且影响已调信号的解调及其性能[7]。常用的设计准则是在信号功率相同的条件下，选择信号空间中信号点之间距离最大的信号结构，当然还要考虑解调的复杂性[8]。

4 MATLAB系统仿真和调试

4.1 仿真软件介绍

Matlab是英文MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写。Matlab自1984年由MathWorks公司推向市场以来，历经20多年的发展和竞争，现在风靡世界。可靠的数