畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于matlab仿真mqam調(diào)制與解調(diào)的設(shè)計(jì)

目錄摘要IABSTRACTII第1章前言111QAM的引入112調(diào)制與解調(diào)113QAM的背景314QAM的應(yīng)用515研究?jī)?nèi)容7第2章正交振幅調(diào)制解調(diào)原理821正交振幅調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介822QAM調(diào)制解調(diào)原理10221QAM調(diào)制10222QAM的解調(diào)和判決1123QAM的誤碼率性能12231誤碼率討論12232誤碼率PE的兩種表示方式1424MQAM多電平正交調(diào)制調(diào)制解調(diào)原理15241調(diào)制原理16242QAM信號(hào)的信號(hào)空間圖17243MQAM多電平正交振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)原理1925具有矩形星座圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)20251具有矩形星座圖的信號(hào)調(diào)制20252具有矩形星座圖的信號(hào)解調(diào)2126具有十字形星座圖的信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)22261具有十字形星座圖的信號(hào)調(diào)制22262具有十字形星座圖的信號(hào)解調(diào)2227結(jié)語23第3章正交振幅調(diào)制解調(diào)眼圖分析25第4章偽隨機(jī)序列28第5章MATLAB軟件對(duì)QAM的仿真過程3151MATLAB仿真軟件的簡(jiǎn)介3152MATLAB環(huán)境下16QAM調(diào)制及解調(diào)仿真程序說明32第6章結(jié)論與展望3561本文的重要貢獻(xiàn)3562QAM的優(yōu)點(diǎn)3563未來展望36致謝37參考文獻(xiàn)38畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)39附錄40摘要隨著無線通信頻帶日趨緊張，研究和設(shè)計(jì)自適應(yīng)信道調(diào)制技術(shù)體制是建立寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。正交振幅調(diào)制技術(shù)QAM是一種功率和帶寬相對(duì)高效的信道調(diào)制技術(shù)，因此在大容量數(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)域得到了廣泛使用。在移動(dòng)通信中，隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現(xiàn)，使用信道傳輸特性發(fā)生了很大變化，過去在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的正交振幅調(diào)制也引起了人們的重視。本文是對(duì)現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)的研究,首先從現(xiàn)代通信的關(guān)鍵技術(shù)調(diào)制與解調(diào),引出對(duì)調(diào)制解調(diào)概念的說明,然后對(duì)各種現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)作了簡(jiǎn)要的介紹,緊接著著重論述了適用于數(shù)字微波系統(tǒng)的QAM正交幅度調(diào)制解調(diào)方式，通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)正交振幅調(diào)制解調(diào)的過程、原理及性能進(jìn)行了論證、分析，并根據(jù)星座圖的形狀指出了16QAM,64QAM星座圖為矩形與32QAM,128QAM星座圖為十字形在調(diào)制與解調(diào)方法上的區(qū)別，理論上討論和說明了數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)中影響系統(tǒng)性能的條件和因素，并通過眼圖進(jìn)行了簡(jiǎn)單觀察，簡(jiǎn)要介紹了用于誤碼測(cè)試的偽隨機(jī)序列的相關(guān)知識(shí)。最后利用通信系統(tǒng)仿真軟件MATLAB對(duì)16QAM,32QAM,64QAM,128QAM全數(shù)字調(diào)制與解調(diào)過程進(jìn)行了仿真，并給出了16QAM在加性高斯白噪聲條件下的誤碼率。實(shí)驗(yàn)及仿真的結(jié)果證明，全數(shù)字正交幅度調(diào)制解調(diào)易于實(shí)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QAM，調(diào)制解調(diào)，星座圖，誤碼率ABSTRACTTHERESEARCHANDDESIGNOFADAPTABLECHANNELMODULATIONSYSTEMISONEOFTHEKEYTECHNIQUESINBUILDINGABROADBANDMOBILECOMMUNICATIONNETWORKWITHINCREASINGSHORTAGEOFWIRELESSCOMMUNICATIONFREQUENCYBANDBECAUSEQUADRATUREAMPLITUDEMODULATIONQAMISEFFICIENTINPOWERANDBANDWIDTH,ITHASBEENUSEDWIDELYINFIELDOFLARGECAPACITYDIGITALMICROWAVECOMMUNICATIONSYSTEMS,HIGHSPEEDDATATRANSMISSIONCABLETELEVISIONNETWORKANDSATELLITECOMMUNICATIONSINMOBILECOMMUNICATIONS,WITHTHEAPPEARANCEOFMICROANDPICOCELL,CHANNELTRANSMISSIONCHARACTERISTICSHAVEMADEGREATCHANGESTHEQUADRATUREAMPLITUDEWHICHCANNOTBEAPPLIEDTOTHETRADITIONALCELLULARSYSTEMSINTHEPASTHASALSOATTRACTEDMUCHATTENTIONTHISISTHEMODERNDIGITALMODULATIONTECHNIQUES,FROMTHEFIRSTMODERNCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYTHEKEYMODULATIONANDDEMODULATIONLEADSTOTHECONCEPTOFMODULATIONANDDEMODULATIONOFTHENOTESBEFORETHEMODERNDIGITALMODULATIONTECHNIQUESAREBRIEFLYDESCRIBEDTHENFOCUSESONTHEAPPLICATIONOFDIGITALMICROWAVESYSTEMQAMQUADRATUREAMPLITUDEMODULATIONANDDEMODULATION,THROUGHEXPERIMENTSONQUADRATUREAMPLITUDEMODULATIONANDDEMODULATIONPROCESS,PRINCIPLESANDPERFORMANCEOFTHEVERIFICATION,ANALYSIS,ACCORDINGTOCONSTELLATIONANDTHESHAPEOFTHEMAPTHATA16QAM,64QAMRECTANGULARCONSTELLATIONMAPAND32QAM128QAMCROSSSHAPEDCONSTELLATIONMAPMODULATIONANDDEMODULATIONOFDISTINCTION,THEORETICALLYDISCUSSIONANDDESCRIPTIONOFTHEDIGITALMODULATIONANDDEMODULATIONTECHNOLOGYIMAGINGSYSTEMPERFORMANCECONDITIONSANDFACTORS,ANDTHROUGHEYEDIAGRAMSOFSIMPLEOBSERVATION,BRIEFEDTHEBERTESTINGFORTHEPSEUDORANDOMSEQUENCEOFRELATEDKNOWLEDGEFINALLYCOMMUNICATIONSYSTEMSIMULATIONSOFTWAREMATLABOF16QAM,32QAM,64QAM,128QAMDIGITALMODULATIONANDDEMODULATIONPROCESSOFSIMULATION,16QAMGIVENTHEADDITIVEWHITEGAUSSIANNOISECONDITIONSBEREXPERIMENTALANDSIMULATIONRESULTSPROVEDTHATTHEDIGITALQUADRATUREAMPLITUDEMODULATIONANDDEMODULATIONEASYTOIMPLEMENT,ANDGOODPERFORMANCE,ICTISTHEFUTUREOFONEOFTHEMAINDIRECTIONOFRESEARCH,ANDBROADAPPLICATIONPROSPECTSKEYWORDSQAM，MODULATIONANDDEMODULATION，CONSTELLATIONPLANS，BER第1章前言11QAM的引入QAMQUADRATUREAMPLITUDEMODULATION正交振幅調(diào)制。正交振幅調(diào)制，這是近年來被國(guó)際上移動(dòng)通信技術(shù)專家十分重視的一種信號(hào)調(diào)制方式。QAM是數(shù)字信號(hào)的一種調(diào)制方式，在調(diào)制過程中，同時(shí)以載波信號(hào)的幅度和相位來代表不同的數(shù)字比特編碼，把多進(jìn)制與正交載波技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)一步提高頻帶利用率。單獨(dú)使用振幅和相位攜帶信息時(shí)，不能最充分利用信號(hào)平面，這可由矢量圖中信號(hào)矢量端點(diǎn)的分布直觀觀察到。多進(jìn)制振幅調(diào)制時(shí)，矢量端點(diǎn)在一條軸上分布；多進(jìn)制相位調(diào)制時(shí)，矢量點(diǎn)在一個(gè)圓上分布。隨著進(jìn)制數(shù)M的增大，這些矢量端點(diǎn)之間的最小距離也隨之減少。但如果充分利用整個(gè)平面，將矢量端點(diǎn)重新合理地分布，則可能在不減小最小距離的情況下，增加信號(hào)的端點(diǎn)數(shù)。基于上述概念引出的振幅與相位結(jié)合的調(diào)制方式被稱為數(shù)字復(fù)合調(diào)制方式，一般的復(fù)合調(diào)制稱為幅相鍵控APK，2個(gè)正交載波幅相鍵控稱為正交振幅調(diào)制QAM。通過實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)字頻率調(diào)制2FSK和數(shù)字相位調(diào)制2PSK/2DPSK兩種調(diào)制方式都有不足之處，如頻譜利用率低、功率衰減慢、抗多徑衰落能力弱、貸外輻射嚴(yán)重等。為了克服這些不足，人們不斷提出一些新的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，以滿足各種通信系統(tǒng)的要求。正交振幅調(diào)制（QAM）即為現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)之一，它是目前大中容量數(shù)字微波通信、有線電視網(wǎng)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)中廣泛使用的一種先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，其最大特點(diǎn)是頻譜利用率很高。12調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要。無線電傳播一般都采用高頻射頻的另一個(gè)原因就是高頻適于天線輻射和無線傳播。只有當(dāng)天線的尺寸達(dá)到可以與信號(hào)波長(zhǎng)相比擬時(shí)，天線的輻射效率才會(huì)較高，從而以較小的信號(hào)功率傳播較遠(yuǎn)的距離，接收天線才能有效地接收信號(hào)。若把低頻的調(diào)制信號(hào)直接饋送至天線上，要想將它有效地變成電磁波輻射，則所需天線的長(zhǎng)度幾乎無法實(shí)現(xiàn)。如果通過調(diào)制，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬至高頻載波頻率，則收發(fā)天線的尺寸就可大為縮小。此外，調(diào)制還有一個(gè)重要的作用就是可以實(shí)現(xiàn)信道的復(fù)用，提高信道利用率。所謂調(diào)制，就是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的參數(shù)，使載波信號(hào)的某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)振幅、頻率或相位按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化。調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成適合傳輸?shù)母哳l信號(hào)。該調(diào)制信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。調(diào)制過程用于通信系統(tǒng)的發(fā)端，在接收端需將已調(diào)信號(hào)還原成要傳輸?shù)脑夹盘?hào)，該過程稱為解調(diào)1。現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中越來越多的使用了數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，要使某一數(shù)字信號(hào)在帶限信道中傳輸，就必須用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。對(duì)大多數(shù)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)來說，由于數(shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻成分，而實(shí)際的通信信道又具有帶通特性，因此，必須用數(shù)字信號(hào)來調(diào)制某一較高的正弦或脈沖載波，使已調(diào)信號(hào)能通過帶限信道傳輸。這種用基帶數(shù)字信號(hào)控制高頻載波，把基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。那么，已調(diào)信號(hào)通過信道傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端通過解調(diào)器把頻帶信號(hào)還原成基帶數(shù)字信號(hào)，這種數(shù)字信號(hào)的反變換稱為數(shù)字解調(diào)。通常，我們把數(shù)字調(diào)制與解調(diào)合起來稱為數(shù)字調(diào)制，把包括調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸系統(tǒng)。一般說來，數(shù)字調(diào)制技術(shù)可以分為兩種類型1利用模擬方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特殊情況來處理；2利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。在數(shù)字調(diào)制中，所選參量可能變化狀態(tài)數(shù)應(yīng)與信息元數(shù)相對(duì)應(yīng)。數(shù)字信息有二進(jìn)制和多進(jìn)制之分，因此，數(shù)字調(diào)制可分為二進(jìn)制和多進(jìn)制調(diào)制兩種。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量只有兩種可能取值；而在多進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量可以有MM2種取值。一般而言，在碼遠(yuǎn)速率一定的情況下，M取值越大，則信息傳輸速率越高，但其抗干擾性能也越差。數(shù)字振幅調(diào)制ASK、數(shù)字頻率調(diào)制FSK和數(shù)字相位調(diào)制PSK是數(shù)字調(diào)制的基礎(chǔ)，然而這3種基本的數(shù)字調(diào)制方式都存在不足之處。如頻譜利用率低、抗多徑衰落能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴(yán)重等。為了改善這些不足，幾十年來人們不斷提出一些新的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)，以適應(yīng)各種通信系統(tǒng)的要求。其主要研究?jī)?nèi)容圍繞減小信號(hào)帶寬以提高頻譜利用率，提高功率利用率以增強(qiáng)抗干擾性能等。在現(xiàn)代通信中，需要解決的實(shí)際問題很多，僅使用這三種基本的調(diào)制方式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。20世紀(jì)60年代以來，在對(duì)流層散射通信和短波通信中，為了解決衰落現(xiàn)象的問題，出現(xiàn)了時(shí)頻調(diào)制TFSK和時(shí)頻相調(diào)制TFPSK等調(diào)制方式。隨著大容量和遠(yuǎn)距離數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的問題，主要是信道的帶限和非線性對(duì)傳輸信號(hào)的影響，新的調(diào)制技術(shù)的研究，主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進(jìn)制調(diào)制以及多參量聯(lián)合調(diào)制是提高頻譜利用率的有效方法，多進(jìn)制正交振幅調(diào)制MQAM就是一個(gè)通過有限帶寬信道進(jìn)行數(shù)字傳輸?shù)闹匾夹g(shù)。恒定包絡(luò)調(diào)制能適應(yīng)信道的非線形性，保持較小的頻譜占用率。恒定包絡(luò)調(diào)制是指已調(diào)波的包絡(luò)保持為恒定，它與多進(jìn)制調(diào)制是從不的兩個(gè)角度去考慮調(diào)制技術(shù)的，它所產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)經(jīng)過發(fā)送端限帶后，通過非線性部件時(shí)，其輸出只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。這種已調(diào)波具有兩個(gè)最主要的特點(diǎn)，其一是包絡(luò)恒定或起伏很小；其二是已調(diào)波具有快速高頻滾降特性，或者說已調(diào)波除主瓣以外，只有很小的旁瓣，甚至幾乎沒有旁瓣。實(shí)際上，已調(diào)波的頻譜特性與其相位路徑有著緊密的關(guān)系。為了控制已調(diào)波的頻譜特性，必須控制它的相位路徑。13QAM的背景20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)了二相相移鍵控2PSK，之后，為了提高信道的頻帶利用率，又提出四相相移鍵控QPSK。這兩種調(diào)制方式所產(chǎn)生的已調(diào)波，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻上都可能產(chǎn)生的相位跳變，使得頻譜高頻滾降緩慢，帶外輻180射大，為了消除的相位突跳，60年代又在QPSK基礎(chǔ)上提出了交錯(cuò)正交相移鍵控OQPSK。它雖然克服了相位突跳的問題，但是在碼元轉(zhuǎn)換點(diǎn)上仍有可能有的相位突跳，同樣使得頻譜中高頻成分不能很快的滾降。為了徹90底解決相位突跳的問題人們很自然的會(huì)想到，相鄰碼元之間的相位變化不應(yīng)該有瞬時(shí)突變，而應(yīng)該在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)逐漸累積來完成，從而保持碼元轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的相位連續(xù)。其相位累積規(guī)律首先出現(xiàn)的是直線型，這就是70年代初提出的最小頻移鍵控MSK。1975年又提出升余弦型，稱之為正弦頻移鍵控SFSK，相繼出現(xiàn)的還有串行MSK，以及頻移交錯(cuò)正交調(diào)制FSOQ，它們都是MSK的改進(jìn)型。上述幾種MSK方式，其相位特性僅局限于一個(gè)碼元內(nèi)，這限制了選擇不同相位路徑的可能性。因此，有必要把相位特性的研究擴(kuò)展到幾個(gè)碼元進(jìn)行。于是1977年提出了受控調(diào)頻TFM，它是由相關(guān)編碼器和頻率調(diào)制所組成的，相關(guān)編碼器改變了數(shù)據(jù)的概率分布，從而改變了基帶信號(hào)的頻譜，它的作用相當(dāng)于一個(gè)濾波器。1979年提出了采用高斯濾波器來代替TFM中的相關(guān)編碼器，從而構(gòu)成了調(diào)制高斯濾波的最小頻移鍵控GMSK。隨著通信業(yè)迅速的發(fā)展，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)越來越不能滿足當(dāng)前用戶的要求，而可用頻譜資源有限，也不能靠無限增加頻道數(shù)目來解決系統(tǒng)容量問題。另外，人們亦不能滿足通信單一的語音服務(wù)，希望能利用移動(dòng)電話進(jìn)行圖像等多媒體信息的通信。但由于圖像通信比電話需要更大的信道容量。高效、可靠的數(shù)字傳輸系統(tǒng)對(duì)于數(shù)字圖像通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)很重要，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(jìn)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。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(diǎn)之一。近年來，隨著通信業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，尋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(jì)，研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制QAMQUADRATUREAMPLITUDEMODULATION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。在移動(dòng)通信中，隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現(xiàn)，使得信道傳輸特性發(fā)生了很大變化，過去在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的正交振幅調(diào)制也引起了人們的重視。QAM數(shù)字調(diào)制器作為DVB系統(tǒng)的前端設(shè)備，接受來自編碼器、服務(wù)器、DVB網(wǎng)關(guān)、視頻服務(wù)器等設(shè)備的TS流，進(jìn)行RS編碼，卷積編碼和QAM數(shù)字調(diào)制，輸出的射頻信號(hào)可以直接在有線電視網(wǎng)上傳送，同時(shí)也可根據(jù)需要選擇中頻輸出，它以其靈活的配置和優(yōu)越的性能指標(biāo)，廣泛的應(yīng)用于數(shù)字有線電視傳輸域和數(shù)字MMDS系統(tǒng)。作為國(guó)際上移動(dòng)通信技術(shù)專家十分重視的一種信號(hào)調(diào)制方式之一，正交振幅調(diào)制QAM在移動(dòng)通信中頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一，隨著微蜂窩MICROCELL和微微蜂窩PICOCELL系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得信道的傳輸特性發(fā)生了很大變化，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間通常具有很強(qiáng)的支達(dá)分量，以往在蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的但頻譜利用率很高的WAM已經(jīng)引起人們的重視，許多學(xué)者已對(duì)16QAM及其他變形的QAM在PCN中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛深入地研究。14QAM的應(yīng)用隨著各地?cái)?shù)字電視頻道的陸續(xù)開播，數(shù)字電視正通過許多不同的傳輸方式滲透到我們的生活當(dāng)中。在城市，數(shù)字電視通過混合光纖同軸網(wǎng)HFC傳輸；而在偏遠(yuǎn)的農(nóng)村，由于居住分散，發(fā)展數(shù)字有線電視十分困難，更適合采用數(shù)字MUDS即為多路分米波分配系統(tǒng)MUCHANNELUHFDISTRIBUTESYSTEM的英文縮寫方式進(jìn)行無線傳輸。目前全球共有3套數(shù)字電視地面無線傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)著3種調(diào)制技術(shù)1美國(guó)ATSC8VSB系統(tǒng)美國(guó)ATSC8VSB系統(tǒng)采用8VSB8電平殘留邊帶調(diào)制，是一種固定碼率的單載波調(diào)制技術(shù)，其原理框圖如圖11所示數(shù)據(jù)隨機(jī)化RS編碼導(dǎo)頻加入多路復(fù)接數(shù)據(jù)交織上變頻VSB調(diào)制格形編碼數(shù)據(jù)段同步數(shù)據(jù)場(chǎng)同步圖11VSB系統(tǒng)原理框圖包格式為188字節(jié)的TS流進(jìn)行前項(xiàng)糾錯(cuò)編碼后附加了20BYTE糾錯(cuò)碼，每個(gè)數(shù)據(jù)包變?yōu)?08BYTE，再經(jīng)2/3格形編碼輸出到復(fù)用器，與數(shù)據(jù)段同步和數(shù)據(jù)場(chǎng)同步混合。由于8VSB調(diào)制是用1個(gè)符號(hào)表示3BIT信息，采用2/3格形編碼即2BIT將變成3BIT后正好可以使1個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換為4個(gè)8VSB符號(hào)。8VSB系統(tǒng)加入了03DB的導(dǎo)頻信號(hào)，用于輔助載波恢復(fù)，同時(shí)加入了段同步信號(hào)，用于系統(tǒng)同步和時(shí)鐘信道編碼糾錯(cuò)保護(hù)措施。如此設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具備噪聲門限低理論值149DB、大傳輸容量固定有用數(shù)據(jù)位率為194MB/S和實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)流MPEG2PACKET188BIT1BIT同步187BIT等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。2歐洲D(zhuǎn)VBTCOFDM系統(tǒng)。歐洲的DVBT采用的是COFDM編碼正交頻分復(fù)用，屬于多載波調(diào)制技術(shù)，其原理框圖如圖12所示。外FEC編碼外交織內(nèi)FEC編碼內(nèi)交織字符映射導(dǎo)頻加入幀適配OFDM調(diào)制加入保護(hù)間隔數(shù)/模轉(zhuǎn)換發(fā)射數(shù)據(jù)隨機(jī)化圖12COFDM系統(tǒng)原理框圖我們知道一個(gè)串行數(shù)據(jù)信號(hào)波形基本上包含了一系列的矩形脈沖，矩形的時(shí)域變量是SINX/X函數(shù)，因此數(shù)字基帶信號(hào)具有SINX/X的頻譜特性。當(dāng)這個(gè)信號(hào)波形被用來調(diào)制一個(gè)載波頻率時(shí)，結(jié)果為一個(gè)以載波頻率為中心的對(duì)稱SINX/X頻譜。頻譜里的零點(diǎn)出現(xiàn)在載波后幾倍比特率的間隔上，接下來的載波可以其他零點(diǎn)為中心放置，載波間的相位為。整個(gè)頻譜幾乎是矩形的，由幾千90個(gè)載波被插入在一起，并填滿可用的傳輸信道。所以說COFDM實(shí)質(zhì)上就是首先將高碼率的串行數(shù)據(jù)流變成個(gè)低碼率的并行數(shù)據(jù)流，并對(duì)個(gè)彼此正交的載波分別調(diào)制和發(fā)送，它是把多個(gè)載波緊密而高效地聯(lián)系起來，相互沒有干擾。由于使用很低的比特率，加上保護(hù)間隔的利用，使保護(hù)間隔的周期比反射信號(hào)周期更長(zhǎng)，有效地克服了碼間串?dāng)_。系統(tǒng)中放置了大量的導(dǎo)頻信號(hào)，穿插于數(shù)據(jù)之中，并以高于數(shù)據(jù)3DB的功率發(fā)送，完成系統(tǒng)同步、載波恢復(fù)、時(shí)鐘調(diào)整和信道估計(jì)?；?MHZ帶寬時(shí)，圖像、伴音、附加數(shù)據(jù)等的總有效數(shù)據(jù)率為28088MB/S，經(jīng)RS糾錯(cuò)編碼后達(dá)到317MB/S。（3）日本ISDBTOFDM系統(tǒng)日本提出的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播ISDBTOFDM系統(tǒng)采用頻帶分段傳輸BSTOFDM的調(diào)制方式，由一組共同的稱為BST段的基本頻率塊組成。使用的編碼、調(diào)制、傳輸方式與DVBTCOFDM基本相同，可以說是經(jīng)修改的歐洲方式，獨(dú)特之處在于BSTOFDM對(duì)不同的BST段采用不同的載波調(diào)制方案和內(nèi)碼編碼碼率，依此提供了分級(jí)傳輸特性。每個(gè)數(shù)據(jù)段有其自己的誤碼保護(hù)方案內(nèi)碼編碼碼率、時(shí)間交織深度和調(diào)制類型QPSK，DQPSK，16QAM或者64QAM，因此每段能滿足不同的業(yè)務(wù)需求。整個(gè)6MHZ頻帶被劃分為13個(gè)子帶，每個(gè)子帶432KHZ，將中間一個(gè)用于傳輸音頻信號(hào)，并大大加長(zhǎng)了交織深度最長(zhǎng)達(dá)05S。由上可見，QAM作為一種數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，在數(shù)字電視中發(fā)揮著重要作用。15研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容第一章前言部分介紹了QAM的概念，介紹了調(diào)制與解調(diào)的概念，概述了QAM的背景及應(yīng)用第二章主要介紹了QAM的調(diào)制與解調(diào)原理，誤碼率性能。概述了MQAM調(diào)制解調(diào)原理第三章概述了眼圖的概念，對(duì)正交振幅調(diào)制解調(diào)眼圖進(jìn)行了分析，概述了眼圖的概念。第四章介紹了尾隨機(jī)序列及概述了其應(yīng)用。第五章介紹了MATLAB仿真軟件，在MATLAB環(huán)境下對(duì)16QAM調(diào)制及解調(diào)進(jìn)行了仿真。第六章對(duì)論文進(jìn)行了總結(jié)，指出文章的主要貢獻(xiàn)，QAM的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)QAM調(diào)制解調(diào)做出了展望。第2章正交振幅調(diào)制解調(diào)原理21正交振幅調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介正交振幅調(diào)制QAM是一種矢量調(diào)制，它是將輸入比特先映射一般采用格雷碼到一個(gè)復(fù)平面星座上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號(hào)。然后將符號(hào)的I、Q分量對(duì)應(yīng)復(fù)平面的實(shí)部和虛部采用幅度調(diào)制，分別對(duì)應(yīng)調(diào)制在相互正交時(shí)域正交的兩個(gè)載波上。這樣與只作幅度調(diào)制AM相比，其頻譜利用率高出一倍2。由于正交幅度調(diào)制，尤其是高維數(shù)的正交幅度調(diào)制，抗干擾能力差，接收時(shí)需要的信噪比高，故不宜用于條件惡劣的無線信道，而常用于有線信道。QAM調(diào)制器的工作原理是這樣的，發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號(hào)編碼器內(nèi)被分成兩路速率各為原來的1/2，分別與一對(duì)正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。與其它調(diào)制技術(shù)相比,QAM編碼具有能充分利用帶寬、抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，在歐洲D(zhuǎn)VB有線電纜傳輸標(biāo)準(zhǔn)DVBC中采用QAM調(diào)制。根據(jù)信道質(zhì)量和傳輸數(shù)據(jù)率要求的不同，可采用16QAM、32QAM、64QAM、128QAM和256QAM，分別對(duì)應(yīng)每符號(hào)4、5、6、7和8比特。將各種調(diào)制結(jié)合起來,可以更好地利用傳輸頻帶。對(duì)于各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)，如數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻和數(shù)字調(diào)相，均以正弦信號(hào)作為載波，并將二元或多元符號(hào)去調(diào)制載波的某一個(gè)參量，而正交幅度調(diào)制QAM是以載波的幅度和相位兩個(gè)參量同時(shí)載荷一個(gè)比特或一個(gè)多元符號(hào)的信息，它比單一參量受控?cái)?shù)字符號(hào)的頻帶傳輸方式更富有抗干擾能力。正交幅度調(diào)制QAM方式利用兩路正交的載波信號(hào)對(duì)兩路數(shù)字信號(hào)由一路信號(hào)經(jīng)串并變換分離出的兩路數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行幅度調(diào)制，然后在同一信道中傳輸。這種調(diào)制方式結(jié)合了幅度調(diào)制和相位調(diào)制，目前在各種行業(yè)的利用正在越來越多。正交幅度調(diào)制QAM屬于M4的四元正交調(diào)幅，即4QAM，簡(jiǎn)稱QAM，常用于M2的多元調(diào)制。QAM的多元技術(shù)MQAM，其中M值可以很大，如M1024，即1024QAM，其頻帶利用率大大提高，這對(duì)無線傳輸?shù)念l帶資源是很大的節(jié)省。正交幅度調(diào)制QAM是利用正交載波對(duì)兩路信號(hào)分別進(jìn)行雙邊帶抑制載波調(diào)幅形成,有各種各樣的QAM,通過改變PN圖符的電平數(shù)LEVELS參數(shù)得到其他的QAM波形將LEVELS改為2,可得到4QAM,改為4時(shí)可得到16QAM,改為8時(shí)可得到64QAM等。若要將16QAM改為32QAM或64QAM時(shí),需要將系統(tǒng)定時(shí)中的抽樣點(diǎn)數(shù)相應(yīng)增多,才能得到比較清晰的星云圖,采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)定要按照關(guān)系采樣點(diǎn)數(shù)終止時(shí)間起始時(shí)間采樣率1因此在系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間采樣率采樣點(diǎn)數(shù)三者之間不是相互獨(dú)立的,若有一個(gè)有變化,系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的變化。調(diào)制端載波的參數(shù)必須和解調(diào)端的參數(shù)保持一致,要不就不能恢復(fù)出來,另外,低通濾波器的帶寬必須和載波的頻率一樣,這樣才能將有用的信息保留下來。當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)不夠時(shí),得到的星座圖是比較分散,在隨著點(diǎn)數(shù)的增多,星云圖的密集程度越高,得到的效果越好,但是也不能無限制的增加,這樣會(huì)使輸出波形模糊不清,所需要的時(shí)間也會(huì)很長(zhǎng),同時(shí)要調(diào)整采樣速率大小,從而得到最佳效果。當(dāng)采樣速率比PN序列的速率大很多倍時(shí),得到的輸出波形越清晰,但是星云圖就會(huì)完全失去應(yīng)有的模式采樣速率過小也不能得到相應(yīng)的星云圖。QAM信號(hào)是有兩個(gè)分別受到幅度調(diào)制的信號(hào)經(jīng)過疊加得到的,信號(hào)的幅度和相位都攜帶有信息,多進(jìn)制正交幅度調(diào)制充分利用了信號(hào)平面,因?yàn)殡S著進(jìn)制數(shù)增多MQAM能使得在不減少信號(hào)矢量端點(diǎn)之間的最小距離的情況下,盡量增加端點(diǎn)的數(shù)目。QAM的相位表現(xiàn)在坐標(biāo)上,大量的采樣可以得到不同制式信號(hào)不同的星座圖,相位與采樣周期,載波周期,載波頻率,碼元周期,觀察周期等有關(guān)。QAM通過載波某些參數(shù)的變化傳輸信息。在QAM中，數(shù)據(jù)信號(hào)由相互正交的兩個(gè)載波的幅度變化表示。模擬信號(hào)的相位調(diào)制和數(shù)字信號(hào)的PSK可以被認(rèn)為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制。由此，模擬信號(hào)頻率調(diào)制和數(shù)字信號(hào)FSK也可以被認(rèn)為是QAM的特例，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上就是相位調(diào)制。這里主要討論數(shù)字信號(hào)的QAM，雖然模擬信號(hào)QAM也有很多應(yīng)用，例如NTSC和PAL制式的電視系統(tǒng)就利用正交的載波傳輸不同的顏色分量。類似于其他數(shù)字調(diào)制方式，QAM發(fā)射的信號(hào)集可以用星座圖方便地表示，星座圖上每一個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)集中的那一點(diǎn)。星座點(diǎn)經(jīng)常采用水平和垂直方向等間距的正方網(wǎng)格配置，當(dāng)然也有其他的配置方式。數(shù)字通信中數(shù)據(jù)常采用二進(jìn)制數(shù)表示，這種情況下星座點(diǎn)的個(gè)數(shù)是2的冪。常見的QAM形式有16QAM、64QAM、256QAM等。星座點(diǎn)數(shù)越多，每個(gè)符號(hào)能傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱?。但是，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點(diǎn)，會(huì)使星座點(diǎn)之間的距離變小，進(jìn)而導(dǎo)致誤碼率上升。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。QAM信號(hào)采取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)。解調(diào)器首先對(duì)收到的QAM信號(hào)進(jìn)行正交相干解調(diào)。低通濾波器LPF濾除乘法器產(chǎn)生的高頻分量。LPF輸出經(jīng)抽樣判決可恢復(fù)出M電平信號(hào)XT和YT。因?yàn)楹腿≈禐?，3，ML，所以判決電平應(yīng)設(shè)在信號(hào)電平間隔的中點(diǎn)，即UB0，2，4，M2。根據(jù)多進(jìn)制碼元與二進(jìn)制碼元之間的關(guān)系，經(jīng)M/2轉(zhuǎn)換，可將電平信號(hào)M轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制基帶信號(hào)XT和YT3。22QAM調(diào)制解調(diào)原理221QAM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(jìn)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(hào)采用了兩個(gè)正交載波和SIN，每一COS2CFTCFT個(gè)載波都被一個(gè)獨(dú)立的信息比特序列所調(diào)制。21COS2SIN2,1,MTCMSTCUTAGTFTAGTFTM圖21M16QAM信號(hào)星座圖式中AMC和AMS是電平集合，這些電平是通過將K比特序列映射為信號(hào)振幅而獲得的。例如一個(gè)16位正交幅度調(diào)制信號(hào)的星座圖如圖21所示，該星座是通過用M4PAM信號(hào)對(duì)每個(gè)正交載波進(jìn)行振幅調(diào)制得到的。利用PAM分別調(diào)制兩個(gè)正交載波可得到矩形信號(hào)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(hào)波形可表示為2221,2,2COSMNMTFTGATUNCTMN如果那么QAM方法就可以達(dá)到以符號(hào)速率,1KM,K同時(shí)發(fā)送個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖22給出了QAM21KRB1221LGM調(diào)制器的框圖。串/并發(fā)送濾波器GT本地振蕩發(fā)送濾波器GT平衡調(diào)制器相位變換平衡調(diào)制器COS2FCTSIN2FCT發(fā)送QAM信號(hào)二進(jìn)制數(shù)據(jù)圖22QAM調(diào)制器框圖222QAM的解調(diào)和判決假設(shè)在信號(hào)傳輸中存在載波相位偏移和加性高斯噪聲。因此RT可以表示為23COS2SIN2MTCMSTCRTAGTFAGTFNT其中是載波相位偏移，且24SCCSCNTFTFT將接收信號(hào)與下述兩個(gè)相移函數(shù)進(jìn)行相關(guān)25TFTGTCT2O126SIN2如圖23所示，相關(guān)器的輸出抽樣后輸入判決器。使用圖23中所示的鎖相環(huán)估算接收信號(hào)的載波相位偏移，相移和對(duì)該相位偏移進(jìn)行補(bǔ)償。1T2TPLL移相器積分抽樣時(shí)鐘計(jì)算距離尺度D抽樣積分接收信號(hào)1T2TGTT輸出判決圖24QAM信號(hào)的解調(diào)和判決假設(shè)圖中所示的時(shí)鐘與接收信號(hào)同步，以使相關(guān)器的輸出在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻及時(shí)被抽樣。在這些條件下兩個(gè)相關(guān)器的輸出分別為27SINCO1MNAR28I2其中29DTGTTTCC0210TTNTTSS210噪聲分量是均值為0，方差為的互不相關(guān)的高斯隨機(jī)變量。N最佳判決器計(jì)算距離量度2112,MDRS1,M23QAM的誤碼率性能231誤碼率討論矩形QAM信號(hào)星座最突出的優(yōu)點(diǎn)就是容易產(chǎn)生PAM信號(hào)可直接加到兩個(gè)正交載波相位上，此外它們還便于解調(diào)。對(duì)于M2K下的矩形信號(hào)星座圖（K為偶數(shù)），QAM信號(hào)星座圖與正交載波上的兩個(gè)PAM信號(hào)是等價(jià)的，這兩個(gè)信號(hào)中的每一個(gè)上都有個(gè)信2KM號(hào)點(diǎn)。因?yàn)橄辔徽环至可系男盘?hào)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(jìn)制QAM系統(tǒng)正確判決的概率是21221MCP式中是制PAM系統(tǒng)的誤碼率，該P(yáng)AM系統(tǒng)具有等價(jià)QAM系統(tǒng)的每MP一個(gè)正交信號(hào)中的一半平均功率。通過適當(dāng)調(diào)整M進(jìn)制PAM系統(tǒng)的誤碼率，可得21302131AVMPQEN其中是每個(gè)符號(hào)的平均信噪比。因此M進(jìn)制QAM的誤碼率為0AVEN214可以注意到，當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，這個(gè)結(jié)果對(duì)M2K情形時(shí)精確的，而當(dāng)K為奇數(shù)時(shí)，就找不到等價(jià)的進(jìn)制PAM系統(tǒng)。如果使用最佳距離量度進(jìn)行判決的最佳判決器，可以求出任意K1誤碼率的嚴(yán)格上限。215200123431MAVAVBPQENQKEN其中EAVB/N0是每比特的平均信噪比。碼間串?dāng)_和噪聲是產(chǎn)生誤碼的因素，為了保障系統(tǒng)的傳輸性能，對(duì)碼間串?dāng)_、誤碼的討論尤為重要。在對(duì)基帶傳輸系統(tǒng)地分析后，對(duì)無碼間串?dāng)_的基帶傳輸系統(tǒng)提出以下要求（1）基帶信號(hào)經(jīng)過傳輸后在抽樣點(diǎn)上無碼間串?dāng)_，也即瞬時(shí)抽樣值應(yīng)滿足2160BHJKTTKJ01（或其他常數(shù)令K/JK,并考慮到K/也為整數(shù)，可用K表示，上式可寫成2170BHT01（2）HT尾部衰減快通過對(duì)理想基帶傳輸系統(tǒng)低通特性的討論分析，我們進(jìn)一步討論滿足上式的無碼間串?dāng)_的等效特性218EQH2BIIT0BT或219EQF120BBIFFFI上述二式稱為無碼間串?dāng)_的等效特性。它表明，把一個(gè)基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸特性HW分割為2/TB寬度，各段在/TB，/TB區(qū)間內(nèi)能疊加成一個(gè)矩形頻率特性，那么它在以FB速率傳輸基帶時(shí)，就能做到無碼間串?dāng)_4。232誤碼率PE的兩種表示方式假若發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)經(jīng)過信道和接收濾波器后，在無碼間串?dāng)_條件下，對(duì)“1”碼抽樣判決時(shí)刻信號(hào)有正最大值，用A表示；對(duì)“0”碼抽樣判決時(shí)刻信號(hào)有負(fù)的最大值，用A表示（隊(duì)雙極性碼），或者為0值（對(duì)單極性碼），接收端的噪聲為高斯白噪聲，單邊功率譜密度為N0W/HZ,并選定抽樣判決的最佳門限為A/2（對(duì)單極性碼），或者為0（對(duì)雙極性碼），則通過數(shù)學(xué)推算可以得到先驗(yàn)等概時(shí)兩種誤碼率的表示式為雙極性信號(hào)220PE12NARFC單極性信號(hào)221ENF其中，N0B（B為接收濾波器等效帶寬）為噪聲功率，是補(bǔ)余誤差函2NXERFC數(shù)，具有遞減性，如果用噪聲功率比來表示上式可得雙極性信號(hào)222PE21RFC單極性信號(hào)223EF其中對(duì)單極性碼A2/表示它的信噪比，對(duì)雙極性碼A2/為其信噪比。NN102103410675108551015200PEDB二進(jìn)制雙極性二進(jìn)制單極性四進(jìn)制雙極性四進(jìn)制單極性圖24PE與的關(guān)系變化線圖24示給出了單、雙極性PE隨的變化曲線，從圖中可得如下結(jié)論（1）在信噪比相同的條件下，雙極性誤碼率比單極性低，抗干擾性能好。（2）在誤碼率相同的條件下，單極性信號(hào)需要的信噪比要比雙極性高3。DB（3）PE隨曲線總的趨勢(shì)是，升高，PE下降。但當(dāng)達(dá)到一定之后，升高，PE將大大降低。PE與碼元速率RB的關(guān)系從PE與的關(guān)系中無法直接看出PE與RB的關(guān)系，但N0B，B與FB有關(guān)，且成正比，因此當(dāng)RB升高時(shí),B升高，下降，2PE升高。這就是說，碼元速率RB（有效性指標(biāo)）和誤碼率PE（可靠性指標(biāo)）是互相矛盾的。24MQAM多電平正交調(diào)制調(diào)制解調(diào)原理MQAM調(diào)制解調(diào)器的一般方框圖如圖所示。在圖25中，設(shè)輸入的二進(jìn)制序列速率為RB經(jīng)過串/并變換電路，把二進(jìn)制信息分成速率減半的2路并行序列；再經(jīng)2電平到L電平的變換，形成L電平的基帶信號(hào)。為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射，該L電平的基帶信號(hào)還要經(jīng)過預(yù)調(diào)制低通濾波器，形成XT和YT，再分別對(duì)同向載波和正交載波相乘，最后將兩路信號(hào)相加，即可得到QAM信號(hào)。正交振幅調(diào)制信號(hào)的一般表述式為224COSMQANSNISTGTTT式中，AN為數(shù)字基帶信號(hào)的幅度，GTNTS是寬度為TS的單個(gè)基帶信號(hào)。上式也可變換為正交表示形式225COSSINMQANSNCNSCIISTGTTTAGTTT令，則有COSNXIXA226CSSISINQASNCNSNCIICTTTYTTYQAM信號(hào)中振幅XN和YN可以表示為XNCNA227YNDNA228式中，A是固定的振幅，CN、DN由輸入數(shù)據(jù)確定。CN、DN決定了已調(diào)QAM信號(hào)在信號(hào)空間中的坐標(biāo)點(diǎn)。信息二進(jìn)制2RBIMTX2RBQMTCOSTSINTS輸出已調(diào)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換L2電平轉(zhuǎn)換L2LPF預(yù)調(diào)制LPF預(yù)調(diào)制TY并轉(zhuǎn)換串/圖25MQAM調(diào)制器原理方框圖式225是2個(gè)已調(diào)正交載波信號(hào)的和。在電路實(shí)現(xiàn)中，正交載波SINT可C用同相載波COST經(jīng)移相/2后得到，所以取負(fù)號(hào)。GT為系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，C取幅度為1,XN,YN分別表示所要傳輸?shù)?路多電平信號(hào)第N個(gè)碼元的值，TS是一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間，是載波角頻率。C241調(diào)制原理在理想狀態(tài)下，MQAM的M個(gè)載波狀態(tài)可以調(diào)制LOG2M個(gè)比特，如16QAM的載波狀態(tài)最多可調(diào)制一個(gè)4BIT的信號(hào)LOG2164，也就是說MQAM的頻譜利用率為L(zhǎng)OG2MB/S/HZ。目前星座圖里的樣點(diǎn)數(shù)，例如16QAM，確定QAM的類型,16個(gè)樣點(diǎn)表示這是16QAM信號(hào)，星座圖里每個(gè)樣點(diǎn)表示一種狀態(tài)。16QAM有16態(tài)，每LOG2M4位規(guī)定16態(tài)中的1態(tài)。16QAM中規(guī)定了16種載波幅度和相位的組合，16QAM的每個(gè)符號(hào)或周期傳送4BIT。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到載波信號(hào)的幅度和相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。16QAM也是二維調(diào)制技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)也采用正交調(diào)幅的方式，某星座點(diǎn)在I坐標(biāo)上的投影去調(diào)制同相載波的幅度，在Q坐標(biāo)上的投影去調(diào)制正交載波的幅度，然后將2個(gè)調(diào)幅信號(hào)相加就是所需的調(diào)相信號(hào)?？梢娦亲c(diǎn)數(shù)越大，在一個(gè)周期內(nèi)可傳送的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)就越多，頻譜利用率就越高。16QAM,32QAM,64QAM,128QAM的頻譜利用率理論值分別為4,5,6,7單位B/S/HZ。此處的頻譜利用率理論值是指當(dāng)傳輸信號(hào)的頻譜為理想低通頻譜時(shí)所實(shí)現(xiàn)的頻譜效率，但在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)不到這一理論效率，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中傳輸信號(hào)通常采用升余弦滾降波形，他所實(shí)現(xiàn)的頻譜效率要比理論效率下降一個(gè)滾降系數(shù)倍。調(diào)制過程表明MQAM信號(hào)可以看成是兩個(gè)正交的抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的相加，因此，MQAM與MPSK信號(hào)一樣，其功率譜都取決于同相路和正交路基帶信號(hào)的功率譜。MQAM與MPSK在信號(hào)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，功率譜相同，帶寬均為基帶信號(hào)的兩倍5。242QAM信號(hào)的信號(hào)空間圖3，1，13，13，3，1，1，13，3，3，1，0614，0612，2610，4610，0612，0614，4610，圖26方形16QAM星座圖圖27星形16QAM星座圖QAM信號(hào)包含了相位信息和幅度信息，將其畫在坐標(biāo)中即形成QAM信號(hào)的信號(hào)空間土，也稱星座圖或矢量端點(diǎn)分布圖。QAM信號(hào)的結(jié)構(gòu)不僅影響到已調(diào)信號(hào)的功率譜特性，還影響到已調(diào)信號(hào)的解調(diào)及性能。對(duì)M16的16QAM來說，常用的有如圖26所示的方形信號(hào)星座圖和圖27所示的星形信號(hào)星座圖兩種。當(dāng)所有信號(hào)點(diǎn)都等概出現(xiàn)，且信號(hào)之間的最小距離為2A時(shí)，QAM信號(hào)的平均發(fā)射功率為229221MSNIAPCD對(duì)方形16QAM，以圖27中所標(biāo)值代入，可算得信號(hào)平均功率為230221MSNICD2480416A而在星形16QAM情況下，則有231221MSNIAPCD22281461036A兩者功率相差14。即在功率利用方面，方形16QAM優(yōu)于星形B16QAM。將圖26和圖27作對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)兩者的差別由于星形16QAM的星象點(diǎn)分布在二層圓周上，因而只有兩種振幅值和8種相位值；方形16QAM的星象點(diǎn)分布在三層圓周上，因而它有三種振幅值和12種相位值（星象點(diǎn)在圓周上的分布是非均勻的）。可見，星形16QAM與方形16QAM在振幅數(shù)和相位數(shù)上都存在著差別。因星形16QAM信號(hào)只有兩種振幅和8種相位值，所以星形16QAM更有利于接收端的增益控制和載波相位跟蹤（載波提?。?。16QAM,32QAM,64QAM,128QAM的星座圖如圖28所示6。圖2816QAM、32QAM、64QAM、128QAM解調(diào)后初始星座圖由圖28可知，當(dāng)M16或64時(shí)星座圖為矩形，而M32或128時(shí)則為十字形。前者M(jìn)為2的偶次方，即每個(gè)符號(hào)攜帶偶數(shù)個(gè)比特信息后者M(jìn)為2的奇次方，每個(gè)符號(hào)攜帶奇數(shù)個(gè)比特信息。每個(gè)符號(hào)可分解為X,Y兩個(gè)分量，常標(biāo)為同相分量和正交分量，即I,Q分量7。243MQAM多電平正交振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)原理TSTWCOSCTWSINCTX2RB2RB輸出多電平判決多電平判決電平轉(zhuǎn)換2L電平轉(zhuǎn)換2LLPFLPF串轉(zhuǎn)換并/載波恢復(fù)定時(shí)恢復(fù)TY圖29MQAM解調(diào)原理方框圖MQAM信號(hào)的解調(diào)器是一個(gè)正交相干解調(diào)器，其原理方框圖如圖29所示。解調(diào)器輸入端的已調(diào)信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波相乘，經(jīng)過低通濾波器輸出兩路多電平基帶信號(hào)和用門限電平為L(zhǎng)1的判決器判決后，分別恢TXY復(fù)出兩路速率為RB/2的二進(jìn)制序列，最后經(jīng)并/串變換器將兩路二進(jìn)制序列組合為一個(gè)速率為RB的二進(jìn)制序列。相干解調(diào)原理我們已經(jīng)熟知，這里主要對(duì)經(jīng)過相乘后得到的同向與正交兩路相互獨(dú)立的多電平基帶信號(hào)和進(jìn)行判決與檢測(cè)，然后還原為二進(jìn)制TXY序列。232COSSINCOSINNCNCMQAIITGTTTGTTTXYS式中，XN和YN取值為SITTNSIYTT。1,3L解調(diào)判決時(shí)，采用判決電平M，此判決電平取在信號(hào)電平間隔的中點(diǎn)值，即M0,2，4，L2為判決電平時(shí)若XNM,則0；XNM,則0；YNM,則1；YN8的情況下，MQAM的誤符號(hào)率小于MPSK的誤符號(hào)率。第6章結(jié)論與展望在現(xiàn)代通信中，提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。近年來，隨著通信業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，尋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(jì)，研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制QAMQUADRATUREAMPLITUDEMODULATION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。61本文的重要貢獻(xiàn)1對(duì)QAM調(diào)制與解調(diào)技術(shù)的基本知識(shí)做了概括性的總結(jié)與分析。2實(shí)現(xiàn)了基于MATLAB的仿真作為一種現(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(jì)算機(jī)仿真的強(qiáng)大工具，本文提供了一個(gè)實(shí)際仿真的例子。實(shí)際的信道是很復(fù)雜的，在實(shí)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(duì)M16進(jìn)制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,從理論上驗(yàn)證16進(jìn)制正交幅度調(diào)制系統(tǒng)工作原理,為實(shí)際應(yīng)用和科學(xué)合理地設(shè)計(jì)正交幅度調(diào)制系統(tǒng),提供了便捷、高效、直觀的重要方法。62QAM的優(yōu)點(diǎn)由于信道資源越來越緊張，許多數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制已無法滿足需要。為了在有限信道帶寬中高速率地傳輸數(shù)據(jù)，可以采用多進(jìn)制M進(jìn)制，M2調(diào)制方式，MPSK則是經(jīng)常使用的調(diào)制方式，由于MPSK的信號(hào)點(diǎn)分布在圓周上，沒有最充分地利用信號(hào)平面，隨著M值的增大，信號(hào)最小距離急劇減小，影響了信號(hào)的抗干擾能力。MQAM稱為多進(jìn)制正交幅度調(diào)制，它是一種信號(hào)幅度與相位結(jié)合的數(shù)字調(diào)制方式，信號(hào)點(diǎn)不是限制在圓周上，而是均勻地分布在信號(hào)平面上，是一種最小信號(hào)距離最大化原則的典型運(yùn)用，從而使得在同樣M值和信號(hào)功率條件下，具有比MPSK更高的抗干擾能力。63未來展望在現(xiàn)代通信中，提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。近年來，隨著通信業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，尋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(jì)，研究的主要目標(biāo)之一。正交振幅調(diào)制QAMQUADRATUREAMPLITUDEMODULATION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。在移動(dòng)通信中，隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現(xiàn)，使得信道傳輸特性發(fā)生了很大變化，過去在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的正交振幅調(diào)制也引起了人們的重視。QAM數(shù)字調(diào)制器作為DVB系統(tǒng)的前端設(shè)備，接受來自編碼器、服務(wù)器、DVB網(wǎng)關(guān)、視頻服務(wù)器等設(shè)備的TS流，進(jìn)行RS編碼，卷積編碼和QAM數(shù)字調(diào)制，輸出的射頻信號(hào)可以直接在有線電視網(wǎng)上傳送，同時(shí)也可根據(jù)需要選擇中頻輸出，它以其靈活的配置和優(yōu)越的性能指標(biāo)，廣泛的應(yīng)用于數(shù)字有線電視傳輸域和數(shù)字MMDS系統(tǒng)。作為國(guó)際上移動(dòng)通信技術(shù)專家十分重視的一種信號(hào)調(diào)制方式之一，正交振幅調(diào)制QAM在移動(dòng)通信中頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一，隨著微蜂窩MICROCELL和微微蜂窩PICOCELL系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得信道的傳輸特性發(fā)生了很大變化，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間通常具有很強(qiáng)的支達(dá)分量，以往在蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的但頻譜利用率很高的WAM已經(jīng)引起人們的重視，許多學(xué)者已對(duì)16QAM及其他變形的QAM在PCN中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛深入地研究。隨著研究不斷深入，相信QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)必將有更廣闊的應(yīng)用前景。致謝在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我首先要感謝楊帆老師，在他的悉心指導(dǎo)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的督促下，我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中學(xué)到了豐富的知識(shí)，并最終順利完成此次設(shè)計(jì)，是他在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給我提供了畢業(yè)設(shè)計(jì)所需要的資料，幫助解答畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的問題。他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。其次要感謝楊凡和劉君同學(xué)，是他們?cè)诋厴I(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中給予了我一些技術(shù)及專業(yè)知識(shí)方面的指導(dǎo)，同時(shí)也要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們，正是由于有了他們的幫助，在遇到問題的時(shí)候，我才能夠順利的一一克服，在我們的相互幫助、相互鼓勵(lì)下，我們最終解決了問