基于MATLAB的QAM调制解调技术研究 - 图文

西 安 邮 电 大 学

毕 业 设 计（论 文）

题 目： 基于MATLAB的QAM调制解调

技术研究

学 院： 通信与信息工程学院 专 业： 通信工程 班 级： 通工1004班 学生姓名： 石江龙 导师姓名： 曹红梅 职称： 讲师

起止时间： 2014年3月3日至2014年6月15日

毕业设计（论文）诚信声明书

本人声明：本人所提交的毕业论文《 基于MATLAB的QAM调制解调技术研究 》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

论文作者： （签字）时间：2014年6月10日 指导教师已阅： （签字） 时间：2014年6月10日

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西 安 邮 电 大 学

毕业设计(论文)任务书

学生姓名 学院 题目

指导教师

职称 讲师

通信与信息工程学院 专业 通信工程

基于MATLAB的QAM调制解调技术研究

任务与要求

1. 查阅相关资料，学习调制解调基本理论与各种调制解调技术。 2.研究各种数字调制技术，重点研究QAM调制解调原理。 3.在MATLAB环境下设计一个16QAM调制解调系统，并对系统进行模拟，对仿真结果进行分析总结。 4.总结研究成果，撰写毕业设计论文。

开始日期 院 长(签字)

2014年3月3日 ３

完成日期 2014年6月15日

2014 年 3

月 7

日

西 安 邮 电 大 学

毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划

2014年 3 月 10 日

学生姓名 指导教师 曹红梅 职称

学院 通信与信息工程学院 专业 通信工程

题目 基于MATLAB的QAM调制解调技术研究 工作进程

3月3日至3月17日 搜集整理与毕业设计相关的资料，学习相关资料

主要是调制解调相关知识。 3月18日至3月25日 学习MATLAB语言编程方法。 3月26日至4月7日 研究用MATLAB语言仿真分析QAM调制解调的方法。 4月8日至5月19日 在MATLAB环境下设计一个16QAM调制解调系统，并对 系统进行仿真分析。 5月20日至6月8日 总结前面的工作和整理所有资料，撰写毕业论文并完 成英文资料的翻译。 6月9日至6月15日 继续完善毕业论文，准备答辩。起 止 时 间 工 作 内 容 ４

主要参考书目((资料) 主要参考书目资料)

(1)曹志刚，钱亚生. 现代通信原理[M]. 清华大学出版社. 1992年8月.

(2)王立宁，乐光新，詹菲. MATLAB与通信仿真[M]. 人民邮电出版社. 2000年1月. (3)樊昌信，曹丽娜. 通信原理[M]. 国防工业出版社.2006 . (4)李白萍.现代通信理论[M].西安电子科技大学出版社.2006.

主要仪器设备及材料

1.计算机一台

论文(设计)过程中教师的指导安排

每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记和仿真程序。

对计划的说明

本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整，最终一定按毕业设计规定结束日期完成。

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西安邮电大学

毕业设计(论文)开题报告

通信与信息工程学院 院（系） 通信工程 专业 级 班

课题名称：基于Matlab的QAM调制解调 技术研究

指导教师：

报告日期： 2014年3月11日

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1．本课题所涉及的问题及应用现状综述 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。近年来，随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标之一。为了提高其性能，人们对这些数字调制体制不断加以改进提出了多种新的调制解调机体。这些新的调制解调体制，各有所长分别在不同的方面有其优势。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一种频谱利用率很高的调制方式，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。 正交振幅调制在大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。 过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。QAM数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、DVB网关、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可根据需要选择中频输出。它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛的应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。 作为国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式之一，正交振幅调制（QAM）在移动通信中频谱利用率一直是人们关注的焦点之一，随着微蜂窝（Microcell）和微微蜂窝（Picocell）系统的出现，使得信道的传输特性发生了很大变化，接收机和发射机之间通常具有很强的支达分量，以往在蜂窝系统中不能应用的但频谱利用率很高的WAM已引起人们的重视，许多学者已对16QAM及其它变型的QAM在PCN中的应用进行了广泛深入地研究。 本文论述了适用于数字通信系统的正交幅度调制解调方式。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对于这个系统作出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和稳定。而Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。Simulink作为Matlab提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包，提供了仿真所需的信源编码、纠错编码、信道、调制解调以及其它所用的全部库函数和模块。可见，不管对任何复杂的通信系统，用Simulink对其仿真都是一个不错的选择。MATLAB对16QAM调制与解调过程进行仿真，并且利用MATLAB对各个模块进行仿真，而且编译了所有的仿真程序。最后用蒙特卡洛仿真给出了16QAM在加性高斯白噪声条件下的误码率。完成了一个16QAM信号的调制与解调的完整设计。 ７

2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析 关键问题：1.用Matlab对/16QAM/64QAM的调制与解调, 2.16QAM/64QAM生成原理,如何提高相位谱利用率转变为如何减少误差以及提高传送速率. 3.16QAM/64QAM调制解调系统实现与仿真。 4.16QAM/64QAM的抗噪声性能研究。 5.16QAM与2DPSK系统抗噪声性能比较 解决思路：1. 对16QAM调制解调系统基本原理进行了较为深入地理解与分析，并且根据其原理构建了Simulink的仿真模型。 2. 较为熟悉地掌握了Matlab/Simulink软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法。 3. 利用Matlab/Simulink 实现了16QAM调制与解调系统的设计，实现与仿真，并得到相应的调制解调波形，发现解调信号波形与输入信号波形存在一定时延，所以该系统的实时性有不足，但并不影响对误码率的检测，以及系统能够的抗噪声性能。 4. 对16QAM调制解调系统的抗噪声性能进行分析，通过仿真得到了16QAM系统的误码率曲线，曲线趋势与理论曲线基本一致。 5. 将16QAM调制解调系统与2DPSK系统的抗噪声性能进行对比，获得了他们两者的误码率曲线，进行比较，发现16QAM的抗噪声性能不如2DPSK，这是与理论相符的，也即，当信噪比一定的情况下，M越大，误码率Pe也越大。 从仿真过程看，在相同信噪比的条件下，16QAM的加性白噪声的功率远大于2DPSK的加性白噪声的功率，故16QAM调制解调系统一般工作在大信噪比的环境下，其误码率将很小，也就是说，两个系统在同等噪声条件下，16QAM的抗噪声性能是相当优越的。 可行性分析：本文是设计是基于Simulink的QAM调制实现的。首先介绍QAM调制解调系统的基本原理，然后介绍了实现通信方针的应用软件Simulink的库的基本知识及系统建模与仿真的基本操作。重点是以16QAM调制解调系统为例，根据其调制解调原理系统框图，在Simulink环境下建立各个模块的模型图，如串并转换模块,2/4电频转换模块等，设置参数并进行仿真。实现QAM系统的调制与解调，并得到了各模块的波形图，调制解调波形图，以及信号在加噪后的星型图及眼图而在信号变换条件下，得到166QAM系统的误码率。最后，在做一个2DPSK系统设计与仿真后，将他与16QAM系统进行比较，并得到16QAM是一种相对优越的调制解调系统这一结论。

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3．完成本课题的工作方案 1. 2014.3.3-2014.3.17 搜集整理与毕业设计课题相关的资料，学习相关资料，主要是调制解调的相关知识，特别是正交振幅调制即QAM调制。 2.2014.3.18-2014.3.25 学习MATLAB语言编程方法，simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中,通过simulink实现通信仿真，对QAM与matlab有一个系统的认识 。 3.2014.3.26-2014.4.7 研究用MATLAB语言仿真分析QAM调制解调的方法，撰写开题报告。 4.2014.4.8-2014.5.19 在MATLAB环境下设计一个16QAM调制解调系统，并对系统进行仿真分析，并对16QAM与2DPSK系统抗噪声性能比较。 5.2014.5.20-2014.6.8 总结前面的工作和整理所有资料，撰写毕业论文并完成英文资料的翻译。 6.2014.6.9-2014.6.15 继续完善毕业论文，反复修改和补充，准备答辩。 4．指导教师审阅意见 指导教师(签字)： 年 月 日 说明：

本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。

西安邮电大学毕业设计 (论文)成绩评定表 ９

学生姓名 课题名称 毕业设计（论文）时间 性别 男 学号 专 业班 级 课题 通信工类型 程 难一度 般 基于MATLAB的QAM调制解调技术研究 2014 年 3 月 3 日～ 6 月 15 日 指导教师 (职称 讲师 ) 课题任务 论文 (千字)； 设计、计算说明书 (千字)； 图纸 (张)； 完成情况 其它(含附件)： 指导教师意见 评 阅 教 师 意见 验 收 小 组 意 见 分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分； 论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分 指导教师审阅成绩： 指导教师(签字)： 2014 年 月 日 分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分； 论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分 评阅成绩： 评阅教师(签字)： 2014 年 月 日 分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分 验收成绩： 验收教师(组长)(签字)： 2014 年 月 日 １０

基于MATLAB的QAM调制解调技术研究

2 SIMULINK概述

2. 1 SMULINK简介

Simulink是MATLAB的软件的重要组成部分，但是simulink与MATLAB还是有着一定的区别的，总体而言simulink作为一个仿真软件它具有相对独立的功能模块和使用方法。它作为对动态系统进行建模、仿真与分析的一款软件，是支持线性和非线性系统、连续和离散时间系统等，它可以与其他组件配合就能使用他的扩展功能。若与相关的工具箱与模块结合，可以完成各种复杂的动态系统仿真。 2.1.1 Simulink的特点

简单地说，Simulink的特点如下所示： 1. 以直观的方式建模

2.能够快速、准确地进行设计模拟 3.将复杂的仿真系统分层表达 4. 基于矩阵的数值计算 5. 高级编程语言 6. 图形与可视化

7.增添定制模块元件和用户代码 8. 丰富的数据 I/O 工具 9. 提供与其它高级语言的接口

2. 2 Simulink模块库介绍

2.2.1 Simulink的基本模块库介绍

Simulink 模块库按其功能可分为以下8类子库： 1.连续系统模块（Continuous） continuous.mdl

该模块含有信号传输延时、微分环节、把前一步的输入延迟后输出、传递函数、零极点模型、状态方程、积分环节、按第二个输入指定时间将第一个输入延时等模块。

2.离散系统模块（Discrete） discrete.mdl

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基于MATLAB的QAM调制解调技术研究

该模块主要有离散滤波器、离散零极点模型，延时一个周期、离散时间积分、离散状态方程、零阶保持器、离散传递函数、采样保持、一阶保持器等模块。

3.数学运算模块（ Math ） math.mdl

该模块包含关系运算、取整函数、点击、常量增益、矩阵增益、数字运算函数、三角函数、求最大值、根据模和辐角得到复数、符号函数、对输出求积或商、逻辑真值表、逻辑运算、对输入代数求和、求复数的模和辐角、求绝对值或复数的模、强制输入信号为零等模块。

4.信号与系统模块（ Signal&Systems ） sigsys.mdl

该模块同样含有很多子模块，有设置信号的初始值、把适量分成标量或小的矢量、检查输入信号的宽度、选择输出元素、把输入信号合并成输出信号、从指定的数据存储器读取数据、函数调用发生器、从输入中选择信号、把矢量或标量组合成大的矢量、检测输入信号的零交叉点等模块。

5.接收器模块（ Sinks ） sinks.mdl

该模块有示波器、输出到当前工作空间变量、两个信号关系图、保存到文件、实时数值显示、输入不为0时间停止仿真等。

6.输入源模块（ Sources ） sources.mdl

该模块向用户提供了多种输入源，其中主要有高斯分布的正弦波、线性增加或减小的信号、带限白噪声、随机信号、信号发生器、阶跃信号等。 2.2.2 Simulink简单模型的建立

1.Simulink仿真系统的建立

（1）建立系统模型：我们要根据本次仿真的需求以及SIMULINK的功能来选择如何搭建我们所需要的模块

（2）模块参数设置：按原理编辑完成系统模块图后，再对其各个模块进行详细设置。

参数的设置步骤：1）双击模块打开参数设置的对话框 2）设置仿真需要的参数

（3）系统仿真参数设置分析:Simulink默认的仿真起始时间是0，仿真结束时间是10s。

（4）设置完成模块和系统仿真参数后，就可以开始进行仿真（仿真前要先打开

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基于MATLAB的QAM调制解调技术研究

Scope模块一边实时查看系统的仿真结果）。

2.Simulink的常用模块

（1）示波器模块：示波器模块（scope），可以用图形的方式查看模块中的信号 （2）信号构造模块：模型的一次仿真可能需要多个输入信号，而模型的验证一般有需要用多组不同的实验信号进行多次仿真。

（3）逻辑控制模块：它位于simulink->Port&Subsystems字库，用它们可以实现C语言中的for,if-else,seitch,xhile等功能。

3.Simulink的自定义功能模块

在Simulink中自定义模块（和模块库）的创建：

（1）把现有的模块图利用模型编辑器封装到子系统中形成一个自定义功能模块。 （2）直接编写S函数（及编写包含模块系统函数的M文件或MEX文件），并把该S文件函数模块（位于Simulink子库）关联起来形成自定义功能模块。

2.2.3 Simulink参数设置 1.设置仿真的参数和选择解法器

设置仿真的参数和选择解法器，为了对动态系统仿真进行正确的仿真与分析，除了必须正确的设置各个模块大的参数外还必须正确设置系统的仿真参数：

(1)Solver页：设置仿真的起始时间（Start time)和停止时间(Stop time) (2)Workspace I/O页:从MATLAB里获取输入信号或初始状态：把仿真结果（是指仿真系统输出、系统的状态和最终状态、时间向量等）输入到MATLAB工作空间，它的输出格式可以是数组或者是结构。

(3)Diagnostics页：诊断页是用来处理仿真中所遇到的一切非正常现象。 选择仿真求解器：默认连续模型和混合模型使用ode45，离散模型使用discrete，对刚性问题可尝试用ode15；设置变长求解器的最大、最小、和初始步长，或者设置定步长求解器的固定步长；设置绝对和相对容差。（auto初始值）

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基于MATLAB的QAM调制解调技术研究

3 仿真的实现与分析

3.1模拟调制的介绍

在本设计的前部分对QAM的调制解调过程与其基本原理进行了解和简单的分析，并且对QAM信号进行的特性进行简单的分析说明，自己也学习了simulink一些基本的知识，基本的能完成本次设计中仿真部分的基本操作。因为本设计主要研究16QAM信号的一些性质，而QAM调制是幅度和相位控制的结合，所以下面先就幅度调制和相位调制进行简单的介绍： 3.1.1 幅度调制（AM）

AM的过程就是先用调制信号去控制高频载波的幅度，使高频载波的幅度随调制信号呈线性变化。

AM信号表达式为：

SAM（t）?[A0?m（t）]coswct （3-1） 3.1.2 相位调制

相位调制是一种非线性调制方式，它在这个调制过程中整个过程它的载波幅度是恒定不变的，PM信号的表达式为：

SPM（t）?Acos[wct?Kpm(t)] （3-2）

3.2 16 QAM调制解调

3.2.1 仿真框图

16QAM系统的调制解调框图如图4-6所示，我认为采用该解调方式的优点是原理较为清晰，易于理解和掌握。下面根据我们已知的QAM调制解调原理和下图所示框图在matlab软件中simulink环境下仿真出16QAM的调制系统，并且依据该条直接过对现有的系统进行改进，尽可能的使仿真系统更加理想完善。仿真结果更加清晰明了。

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基于MATLAB的QAM调制解调技术研究

脉冲成形滤波器gT（t）cos2?fctAmc振荡器二进制数据串并转换器+待发送QAM信号90°相移脉冲成形滤波器gT（t）sin2?fctAms

抽样判决器位同步器抽样判决器 图 3-1 QAM调制器的功能框图

acRb/22-4电平转换器I(t)cos(wct)LPFwcRb/2并串变换器二进制信息串并变换器abcdRb/2+90°移向2-4电平转换器载波同步器sin(wct)LPFRb/2bdQ(t) 图3-2 16QAM的调制解调框

我们将本次仿真的总体框架结构出示如下：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/y2s6.html