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1、QAM系统在衰落信道中的基带传输性能的 仿真作者：刘宁 何海浪 来源：科技视界 2014年第13期刘 宁 何海浪邵阳学院 信息工程系，湖南 邵阳 422000）【摘 要】本文基于MATLAB，对QAM数字通信系统通过高斯白噪声信道和瑞利衰落信道的 基带传输性能做出了仿真分析，给出了在不同信道下信噪比对误符号率和误比特率的影响，并 分析格雷和非格雷星座图对误比特率的影响。【关键词】QAM； MATLAB仿真；高斯信道；衰落信道1正交振幅调制（QAM）特点在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。随着通信业务需求的迅速增 长，无线通信中频带资源变得日趋紧张，研究和设计频谱利用率高的调制
2、解调方式已成为建立 宽带移动通信网络中的关键技术之一。正交幅度调制解调（QAM）是一种高效的数字调制解调方式。在QAM中，数据信号由相互正交 的两个载波的幅度变化表示，它是一种矢量调制，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，然后将符号的I、Q分量（对应复平面的实部和虚部，也 就是水平和垂直方向）采用幅度调制，分别对应调制在相互正交（时域正交）的两个载波（C0S3 t 和sins t）上。这样与幅度调制（AM）相比，其频谱利用率将提高1倍。因此在最小距离相同的 条件下可实现更高的频带利用率，目前QAM最高已达到1024-QAM（1024个样点）。QAM是幅
3、度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，相 位和幅度状态定义了一个数字或数字的组合。在理想状态下，M-QAM的M个载波状态可以调制 log2M个比特，如16QAM的载波状态最多可调制一个4bit的信号（log26=4），也就是说MQAM的 频谱利用率为log2Mb/s/Hz。例如16QAM,确定QAM的类型，16个样点表示这是16QAM信号， 星座图里每个样点表示一种状态。16QAM有16态，每log2M=4位规定16态中的1态。16QAM中 规定了 16种载波幅度和相位的组合，16QAM的每个符号或周期传送4 b。解调器根据星座图及 接收到载波信号的幅度和相位来判
4、断发送端发送的信息比特。16QAM也是二维调制技术，在实 现时也采用正交调幅的方式，某星座点在I坐标上的投影去调制同相载波的幅度，在Q坐标上 的投影去调制正交载波的幅度，然后将2个调幅信号相加就是所需的调相信号。QAM的优点是具有更大的符号率，从而可获得更高的系统效率。通常由符号率确定占用带 宽。因此每个符号的比特（基本信息单位）越多，效率就越高。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应用1。2 QAM基带传输模型和仿真在基带传输中的QAM仿真的系统框图2如图1所示。本文主要解决的问题是QAM基带传输误码、误比特率在MATLAB中的仿真，整个仿真需要在
5、MATLAB中建立数学模型，通过M语言实现对QAM的调制和解调。在图2中，给出了本文仿真的 思路：首先生成所需要的QAM星座图，利用MATLAB中scale函数产生能量归一化因子将星座图 归一化，为后面的信道传输做充分准备；再将产生的信号调制到QAM星座图上，完成QAM调制; 然后经过各种传输信道，本文中所用到的信道有加性高斯白噪声(AWGN)信道、瑞利(Rayleigh )衰落信道；再将经过传输信道的信号进行解调，采用欧氏距离法进行解调；最后 经行误码率的统计，完成整个仿真。其中，Case 1表示将在QAM普通星座图中进行仿真；Case 2：表示讲在QAM格雷(Gray)星座图进行仿真；(1
6、)中包含QAM调制部分的内容将随机信号映 射到QAM星座图上；(2)中包含了仿真中经过的传输信道，主要是高斯信道、瑞利衰落信道；(3)中主要是解调信号，本仿真主要用到的有欧式距离译码方法。仿真完全是运用MATLAB的M语言完成，设计多采用系统函数简化设计3仿真结果与结论16QAM系统在AWGN信道下的仿真结果如图3、图4所示，在Rayleigh衰落信道下的仿真结 果如图5、图6所示。信噪比S/N有各种不同的含义比如：Es/NO和Eb/NO等，通常单位为dB。 这里绘制信噪比-误码率、信噪比-误比特率曲线，在计算误符号率的上界公式以及仿真作图中， SNR 般用Eb/NO(dB)，而在用awgn(
7、x,SNR)函数加噪声时，应该使用Es/NO(dB)。Es/NO与 Eb/NO的关系如下关系式：Es/N0(dB)=Eb/N0(dB)+10log2k式中，Es为符号能量，Eb为传送的信息比特能量，NO白噪声单边功率谱密度， k=log2(M), M为调制符号数。从图3和图4中可以看出，AWGN信道仿真结果与理论值比较接近；从图4和图5中可以明 显看出，显看到Gray编码方式下比非Gray性能好；从图3和图5中可以看出，误符号率与编 码方式无关，曲线完全重合。fl-丫国禺;罔賦曾二宙鑒茁脖；匚冷；臭牒;円密磐隠:二：；：=：二：= ： :：二：三：二宁二：二二：二：二：二1 ：:： :*; _
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9、M Rilyte也口 *帯佶瞪富比秸曲姓4总结本文主要研究的是QAM数字通信系统通过高斯白噪声信道和瑞利衰落信道的基带传输性能 仿真，详细研究在不同信道下信噪比对误符号率和误比特率的影响，分析格雷和非格雷星座图 对误比特率的影响，并采用欧式距离法译码的优点，通过分析和仿真验证，得出这样的结论： 采用格雷编码时对QAM基带传输系统误比特率的影响很大，而对于符号传输没有影响。在不同 的传输信道中，信噪比对信号的传输影响也很大，在高斯信道下的传输性能最理想；对于误比 特的统计还与是否采用格雷编码有关，采用格雷编码时性能会提升很多。【参考文献】1 祁玉生，陆鹏.16QAM-0FDM高效调制解调器的设计J.南京邮电学院学报：自然科学 版，1999,12,19(4).2 樊昌信，张甫翊，徐炳祥,吴成柯通信原理M.5 版.国防工业出版社,2001.3 陈怀琛，吴大正，高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用M.3版.电子工业出版 社，2006.责任编辑：汤静
