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1、QAM传输系统的设计与实现哈尔滨师范大学黑河函授站成人高等教育汉语言文学专业本科毕业论文 QAM传输系统的设计与实现论文作者：何昇芳作者单位：黑河市移动公司专业：通讯工程年级：2012级2014年 4 月 10 日QAM传输系统的设计与实现通信工程专业 林 龙摘 要正交振幅调制QAM是一种相位和振幅联合控制的数字调制技术。它应用范围非常广泛，不仅在移动通信领域而且在有线电视传输、数字视频广播、卫星通信等领域都得到广泛应用。本文深入研究QAM调制解调的基本原理、系统结构及性能参数，实现QAM调制解调系统的Simulink仿真及性能分析；详细分析模拟信号数字化的基本理论及实现方法，实现差分脉码调制
2、的Simulink仿真及性能比对；基于上述理论构建模拟信源QAM传输系统，并利用Matlab/Simulink进行建模仿真及性能验证。仿真结果表明，所构建的QAM数字传输系统可以实现模拟信号良好的传输。关 键 词 数字传输；正交振幅调制；差分脉码调制；建模仿真Design and Simulation of QAM SystemCommuncation Engineering Major Lin LongAbstract : Quadrature amplitude modulation is a joint-controlled digital modulation technology o
3、f phase and amplitude. It is widely used not only in the mobile communication field, but also in other fields, such as wire television transmission field, digital video broadcasting, satellite communication, etc. This paper studies the basic principles of QAM modulation and demodulation, then simula
4、tes the whole 16QAM system and discusses performances of system by the simulink toolbox. This paper also analyses the basic principles and implementation method on digitalizing analog signals, then simulates the DPCM system and contrasts performances of system. At last, this paper designs a QAM tran
5、smission system of analog sources, then simulates the whole transmission system and comparing performances of system. The simulation shows analog signals can be transmitted correctly in the system designed in this paper. Key words: digital transmission; quadrature amplitude modulation; differential
6、pulse code modulation; model and simulateQAM传输系统的设计与实现目 录1引言11.1 课题研究背景及意义11.1.1 调制在通信系统中的作用11.1.2 数字调制解调技术现状与发展21.2 QAM调制解调技术在数字通信领域的应用优势21.3 仿真软件介绍31.4 论文主要内容及结构安排32 QAM调制解调技术研究及Simulink仿真42.1 QAM调制42.1.1 QAM调制原理52.1.2 QAM调制性能62.1.3 QAM星座图72.2 QAM解调82.3 QAM调制解调系统的Simulink仿真92.3.1 16QAM调制解调系统的Simul
7、ink仿真92.3.2 64QAM调制解调系统的Simulink仿真112.4 MQAM调制解调系统性能仿真分析122.4.1频带利用率分析122.4.2 误码率分析132.4.3 功率利用率分析152.5 本章小结153模拟信号数字化研究及Simulink仿真153.1 脉冲编码调制163.2 差分脉冲编码调制163.2.1 DPCM编解码基本原理163.2.2 最佳预测器173.2.3 DPCM的系统性能分析193.3 DPCM的Simulink仿真203.4 信道误码对语音质量影响的仿真分析213.4.1 最佳预测器抽头系数的确定213.4.2 构建测试模型及仿真223.4.3 与PCM
8、话音解码对比分析233.5本章小结244 QAM传输系统的构建与仿真244.1 构建QAM传输系统244.1.1 模拟信源数字通信系统模型244.1.2 QAM传输系统的模型264.2 QAM传输系统的仿真264.3 应用实例的仿真294.4本章小结30结论及尚存在的问题30参考文献31致谢32- 40-1引言信号传输的过程中需要都要占用一定的带宽，数字信号的传输比模拟信号对对带宽的需求更高。随着卫星有效载荷种类的增多和分辨率的不断提高，需要传输的信息量越来越大。为了将这些信息实时传输到地面，对星上数传系统的传输能力的要求就越来越高。为了在有限的带宽信道中有效的传输大量的数据，人们研制了各种调
9、制方式来解决有限带宽和大量数据传输之间的矛盾。例如可以采用多进制数字调制(包括幅度、频率、和相位多进制调制)、联合调制、网格调制等等。其中幅度和相位联合调制方式，即QAM（ Quadrature Amplitude Modulation）调制方式综合ASK(Amplitude Shift Keying)与PSK(Phase Shift Keying)的优点，并通过采用多进制调制方式来提高频带利用率(提高信息传输速率)，因此它在频带利用率和接收端误译码率等指标上，比单一调制正弦波的一个参数的调制方式都要优越，但它的设备复杂程度也是比较高的1-3。随着电子技术的不断发展，设备复杂性也在相对地降低，
10、因此QAM方式是目前高速调制解调器中比较好的的调制方式。1.1 课题研究背景及意义调制是指为了适应信道传输的要求，把基带信号的频谱搬移到一定的频带范围。对基带信号进行调制的目的主要有:进行频率分配、信号容易辐射、减少噪声和干扰的影响、实现多路复用和克服设备的限制等。调制方式有许多，不同的调制方式对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响。传统的频率调制和相位调制两种数字调制方式都存在频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等不足。正交振幅调制(QAM)是一种相位和振幅联合控制的数字调制技术，它不仅可以得到更高的频谱效率，而且可以在限定的频带内传输更高速率的数据。QAM在当今通信
11、领域扮演着重要的角色，因此对QAM进行深入研究具有重要的理论和现实意义。1.1.1 调制在通信系统中的作用从语音、图像、音乐等信源直接转换而得到的电信号频谱比较低，其频谱特点是低通频谱，有些包括直流分量也有些可能不包含，其最高频率和最低频率的比值一般都比较大，比如语音信号的频谱范围大概为三百到三千赫兹，这种信号被称为基带信号。为了使基带信号能够在频带信道上进行传输，比如无线信道，同时也为了能够同时传输多路基带信号，就需要采用调制和解调的技术。调制解调研究的主要内容包括:己调信号的频谱特性、调制的原理、解调的原理、已调信号的产生方法、解调的实现方法、解调后的误码率性能和信噪比性能等。1.1.2
12、数字调制解调技术现状与发展因为以前的通信系统为模拟通信系统，所以调制技术是由模拟信号的调制与解调技术最初开始发展的。后来，数字通信系统得到了迅速的发展，随之而来的是数字调制技术的广泛应用和迅速发展。随着现在日益增多的各种通信系统数量，为了更好的充分利用日益紧张的频谱资源，广大通信科研工作者致力于研究频谱利用率更高的新型数字调制方式，而且原CCITT(国际电报电话咨询委员会)也一直在促进并鼓励开发新奇的频谱使用技术，为了各种通信系统能够有效的进行通信，原CCITT科学地将频段分别分配给各个通信系统，因而，许多科研院所，用户个体和通信公司都在通过开发先进的调制技术用以提高频谱利用率。提高频谱利用率
13、是人们设计和规划通信系统的关注焦点之一，同时也是提高通信系统容量的重要措施。频谱利用率越高，就要求已调信号所占的带宽要越窄，即己调信号频谱从天线发射时功率的主瓣要越窄，同时也要求旁瓣的幅度要越低，也就是说要求辐射到相邻频道的功率即带外辐射要越小。在数字调制系统中的频谱利用率主要是指传输的效率问题，也就是说，通信系统的传输速率不是唯一需要关注的指标，同时还要看在一定的传输速率下信道频带所占的宽度为多少。如果系统的频带利用率高，就表明通信系统具有较高的传输效率，反之传输效率就低。从上面对频谱利用率的定义可以发现，要使得通信系统的频谱利用率有所提高主要可以两种途径:一是通过提高该调制系统的传信率即信
14、息传输速率，二是降低已调信号所占用的频带宽度1-3。振幅和相位联合调制QAM技术作为本课题的研究对象，就是一种近些年来获得了飞速发展的调制技术，该技术就具有极高的信息传输速率。1.2 QAM调制解调技术在数字通信领域的应用优势以WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA为代表的第三代移动通信网络除了支持传统的话音业务以外，还推出了大容量的宽带数据服务，与以GSM、CDMA1595标准为代表的第二代移动通信系统相比，在技术上，3G系统的上下行速率理论上可以达到2Mbit/s左右的水平，它可以提供包括视频在内的各种多媒体宽带应用服务，诸如下载或流媒体类业务，需要系统提供更高的传输速率和更多的延
15、迟。为了满足此要求，WCDMA对空口接口作了改进，引入了HSDPA技术，使之可支持高达10Mbit/s的峰值速率。在HSDPA系统中引进了AMC技术，在HSDPA系统中AMC的调制选择了低阶的QPSK和高阶的16QAM，作为其调制方式。同样，作为宽带无线接入技术，韩国引入了WIBro技术，它可采用三种调制方式，包括QPSK、16QAM、64QAM等。而目前作为中国国内唯一拥有自主知识产权的高速率无线宽带接入技McWiLL，McWiLL终端接入设备CPE亦采用QPSK/8PSK/QAM16/QAM64自适应调制技术。IEEE802.16a标准即WiMAX有很强的的市场竞争力，真正成为城域网的无线接入手段。为了抵抗多径效应等， WIMAX协议中引入了新的物理层技术，而WiMAX协议物理层的OFDM符号的构造方案亦采用QAM调制方式4-5。移动通信系统中的另一研究热点即数字集群移动通信系统，也采用QAM数字调制技术4-5。与频率调制MSK、GMSK，相位调制OQPSK、/4-QPSK等相比， QAM是一种相位和振幅联合控制的数字调制技术。它不仅可以得到更高的频谱效率，而且可以在限定的频带内传输更高速率的数据。
