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1、一、设计目的1 掌握 16QAM 调制与解调原理。2 熟悉并掌握 matlab 软件使用方法3 设计 16QAM 调制与解调观察同相支路、正交支路波形。二、QAM的产生为了满足现代通信系统对传输速率和带宽提出的新要求。人们不断地推出一 些新的数字调制解调技术。正交幅度调制解调(quadrature ampli-tude modula tion and demodulation)就是一种高效的数字调制解调方式。与其它调制技术相 比，这种调制解调技术能充分利用带宽，且具有抗噪声能力强等优点。因而在中、 大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信等领域得到广 泛应用。三、QAM 调制
2、与解调原理1、调制原理正交振幅调制(QAM)是一种幅度和相位联合键控(APK)的调制方式。它可 以提高系统可靠性，且能获得较高的信息频带利用率，是目前应用较为广泛的一 种数字调制方式。正交振幅调制是用两路独立的基带数字信号对两个相互正交的 同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用已调信号在同一带宽内频谱正交的性 质来实现两路并行的数字信息传输。在MPSK体制中，随着M的增大，相邻相位的距离逐渐减小，是噪声容限随 之减小，误码率难以保证。为了改善在M的时的噪声容限，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。这种信号 的一个码元可以表示为S(k)=A
3、kcos(Wt+Q) kTt=(k+1)T16QAM 信号的产生方法主要有两种。第一种是正交调幅法，即用两路独立的 正交4ASK信号叠加，形成16QAM信号。第二种是复合相移法，他用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号。基带信号经过串并变换后转化为IQ两路并行 数据流，该并行数据流的宽度为4 bit,其中高位的1 bit映射到内外圆，低位 的3bit映射到内(外)圆上，这样就形成如图2所示的星型星座图。差分编码后 的数据经过成型滤波器后和相互正交的正弦或余弦载波进行调制，被调制后的 I Q 路正交信号再进行矢量相加，即可形成调制信号输出。16QAM信号调制原理如图1,图中输出的二进制
4、序列经过串并变换器输出速 率减半的两路并行序列，再经过2电平到L电平的变换，形成L电平的基带信号 ml (t)和mQ (t)，再分别对同相载波和正交载波相乘，最后将两路信号相加 即可得到方型星座的16QAM信号。图12、解调原理MQAM 信号可以采用正交相干解调方法，其解调器原理图 2 所示。多电平判 决器对多电平基带信号进行判决和检测。16QAM信号采取正交相干解调的方法解 调，解调器首先对收到的16QAM信号进行正交相干解调，一路与cosC相乘，一 路与sin /相乘。然后经过低通滤波器，低通滤波器LPF滤除乘法器产生的高频分量，获得有用信号，低通滤波器LPF输出经抽样判决可恢复出电平信号
5、。0LPF判决门限 (t-1)个也定时判决门睡 d)个L-2 遠平辕换L-2*电平转换LFF出载液像臭|二诳制并/串信息图2图3差分编码模块作用是通过编码和信号映射把二进制比特数据转换为具有幅 度和相位特性的数据，然后把这些数据送到后面的模块中进行调制。根据星型 16-QAM 星座图的特点，这里规定每个码元由四个比特组成。其差 分编码规则是：每个码元的第一个比特通过差分方式来改变 QAM 相量（即图1 中 从坐标原点指向每个信号的矢量）的振幅。如输人的该比特为“1”，则将当前码 元的相量振幅改变到与前一个码元的相量振幅不相同的振幅环上。若输入的该比 特为“0”，则使当前码元的相量振幅与前一码元
6、相同。每个码元中的其余三个 比特则通过 matlab 差分相位编码来改变信号的相位。也就是说，通过 matlab 编码来改变当前码元信号相量与前一码元信号相量的相位差（即相对相位）。根据 上述规则，即可通过对第一个比特的编码来得到码元的振幅（Ai, i=l, 2）,而通 过对剩余三个比特的编码则可得到当前码元的相对相位。把前一码元的绝对相位 加上当前码元的相对相位，就可以得到当前码元的绝对相位（8 i， i=0，l7）。 这样，就可以得到第k个码元经过差分编码后的输出脉冲值Aiej8 i（I路的输出 值为，Aicos（8 i）Q支路的输出值Aisin（8 i）。四、mat lab简介MATLA
7、B 是建立在向量、数组和矩阵基础上的一种分析和仿真工具软件包， 包含各种能够进行常规运算的“工具箱”，如常用的矩阵代数运算、数组运算、 方程求根、优化计算及函数求导积分符号运算等；同时还提供了编程计算的编程 特性，通过编程可以解决一些复杂的工程问题；也可绘制二维、三维图形，输出 结果可视化。目前，已成为工程领域中较常用的软件工具包之一。 Mat lab名字是由Matrix和Labora tory两个词的前三个字母组合而成的， 是由 MathWorks 公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数 学软件。Mat lab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致。不象学 习其它高级
8、语言如Basic、Fortran和C等那样难于掌握。 其基本元素是矩阵 。 具有强大的数值计算和图示能力。 具有丰富的工具箱（ToolBox）。在高校中，Matlab以成为数学，信息，控制等诸多学科有关课程的有效教学工具。五、16QAM调制解调的源程序代码如下:%fb=16;fc=16;fs=512;nn=16;%msg=randint(nn,1);定义随机信号序列msg=1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1; %对序列进行赋值 msg1=msg*2-1;a=msg1(1:2:nn-1);% b=msg1(2:2:nn);for i=1:8if a(i)=-1if b
9、(i)=-1dp(i)=-0.75*pi;elsedp(i)=0.75*pi;endelseif b(i)=1dp(i)=pi/4;elsedp(i)=-pi/%;endendp(1)=dp(1);for i=2:8p(i)=p(i-1)+dp(i) %产生差分相位endfor i=1:8I(i)=cos(p(i);Q(i)=sin(p(i);end t=0:1/fs:511/fs;for j=1:8for i=1:64u(j-1)*64+i)=I(j);v(j-1)*64+i)=Q(j);i=i+1;endj=j+1;endy=co s ( p i/4 ) * ( u.*co s ( 2*p
10、 i*fc*t ) - v.* s i n ( 2*p i*fc*t ) ) ; % plot(y);%for i=1:528if i65y1(i)=0;elsey1(i)=y(i-64);endendfigureplot(y1);for i=511:528y(i)=0;y2(i)=0;endI2=y.*y1;Q2=y1.*y2; %产生两路差分相移键控信号b,a=butter(2,2*fb/fs);I3=filtfilt(b,a,I2);Q3=filtfilt(b,a,Q2); %将两路信号分别进行零相位数字信号滤波器处理figureplot(I3);%figureplot(Q3);%m=64;N=length(y)/m;n=(0.5:1:N)*m;In=(sign(I3(n)+1)/2;Qn=(sign(Q3(n)+1)/2;xn=In;Qn;%xn=xn(:);xn=xn;for j=1:16for i=1:64ym(j-1)*64+i)=xn(j);endendfigureplot(ym); %输出解调后的波形num2,ratio2=symerr(msg,xn) %计算误符号率六、输出波形产生一路信号产生与第一路正交的信号图-5 解调输出序列
