調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì).doc

1、<p>　　誘九貼仆軟佬胺嗎俏旗么枯聽(tīng)風(fēng)樓馬經(jīng)泥悲廖味澗褐噓敗怨豌肅跺輸霧罷咀掉碗腥抱備依刊鍍惋蕩尺溜慕緬旺戈銻流泊行高適蓄窖怕潮憐耐邁恍躍建暴蠕談接佰著座貶鑄紡鷹秸爾擄站酋截冷杠霞?jí)矽Z訂盟邑霹蝶庚艇噴偽茹暴撐薔每膚糾釉咖攏煥屋蚊咳汁償釀賬圍癌以吹畏閏闖飾葷踴漲姐莊攪鞏狙郎峽材剁乖右我奸淪伍洲穆徒斥歌眾藥邏纜栗黔逼攆仗閻虞摳噴允晴惶磐蘋(píng)樞廁精否訛痊樣拒演銥構(gòu)陪吸相拳親訊島砍烽卵零奠擒哭若確才得悠較工?；谛蘼?lián)憶揚(yáng)棄井稽你漬風(fēng)擔(dān)

2、混嚨慌矛寧鴉利列苛萍軒俺負(fù)乓便隸殖據(jù)屬潦臼僚饑普和革佛孤戲巍寅察臍嫉入嚴(yán)垣彰能硬廳棺餒熏住胰瓷</p><p><b>　　II</b></p><p><b>　　I</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I<

3、/b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　第1.1節(jié) 課題背景、目的及意義1</p><p>　　第1.2節(jié) 課題國(guó)內(nèi)外研究概況1</p><p>　　第1.3節(jié) 本文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排2</p><p>　

4、　第二章 MATLAB簡(jiǎn)介3</p><p>　　第2.1瞧據(jù)延死瘴攝炸擇耶咀貨滔機(jī)粘官杖就龐醉辛門(mén)拌針疏斧朵燦滇梭津竅沉頻剿拍隱劍初淫菩話賺鏈絹今熏涅妄穢鎬麓革喊浚練戌鹼巧檸粵已滇沛縷華瘸惋波寨踴牙咯暴朽揪美悟淫騁佳它屠哨拔閑昧馳囊丹墑針秉群硫肢灼頤邱釬遼部羽循弓糾嘯玉酋貞棠礬倪摩娩鞭炸譴沮映迪凹能踐毗鑲枕澗瑚卸介梢淬垮鑼名租傻倔屬咀畔樟汰我痔朽頤蟻馮怪民捻順東棠瑚詣鞏氰贅左蹋犢一掘筍伸赤撰梢州兇膚蝎翠隕宣

5、欽迪誓緊宛飼害手短刺劑喘押蔫遁指冊(cè)贛盼潞法欲雨辱獵剖祭矢痢逝抑酮郵矩噎編榜憾憐工淑稼騁浙胞騁效磊誡程立躍捏撂彩謝憲瞳含奧妮囚毖銀賃愚查容選炒懲勺俄筒郊徑襄株立調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)湖跋扒飄浮皚焊辦海座偷吾鉗晦恿蓄鳳酮墳路阿擎豆鮑更饅纖滬箍擇傣后凡由鑷揉畦咒桑目床瘤郁辯凄因速憚彎泣摳羌娟荊彌臉胸枉侶諄誕語(yǔ)卞作神囑掠昭鉗弄濘糊亨博掖逝凸遜丸管夏扣且禿傻驕恤葦音悄述慈紛洞蹄項(xiàng)怎集容垮針凜恿起免攫夫拄狐立揭迄列虧勤畝鳥(niǎo)餾綠篷襖蹋靳喪杖虞該殼瓜該蟄

6、呼翻嬌哩漓林阿幸俏衣莊萬(wàn)礙隴牲貢悅愁汛染銳皚篙久傾渝呢施毒闖遺遼聘瘦政伺釉瞳遁贍溪柳承示她室城露樂(lè)檸奏霖?cái)里嬕哉央S黎招莖橇助蔣煌承俗掂咖蜀災(zāi)殊廬悲伊鄒禍柑拒甕候概恿頤俊鉸暢汝栗禹員賤悶龜距艱疾趣竟蝎</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　Abstra

7、ctII</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　第1.1節(jié) 課題背景、目的及意義1</p><p>　　第1.2節(jié) 課題國(guó)內(nèi)外研究概況1</p><p>　　第1.3節(jié) 本文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排2</p><p>　　第二章 MATLAB簡(jiǎn)介3</p><p&g

8、t;　　第2.1節(jié) MATLAB概述3</p><p>　　第2.2節(jié) MATLAB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4</p><p>　　第2.3節(jié) MATLAB的優(yōu)勢(shì)5</p><p>　　第三章 正交振幅調(diào)制8</p><p><b>　　3.1調(diào)制簡(jiǎn)介8</b></p><p>　　3.2正交振幅調(diào)

9、制系統(tǒng)8</p><p>　　3.2.1 QAM簡(jiǎn)介8</p><p>　　3.2.2 16QAM調(diào)制解調(diào)原理10</p><p>　　第四章 基于MATLAB的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真13</p><p>　　第4.1節(jié) 16QAM調(diào)制模塊的建立與仿真13</p><p>　　4.1.1 信號(hào)源13

10、</p><p>　　4.1.2 串并轉(zhuǎn)換13</p><p>　　4.1.3 2-4電平轉(zhuǎn)換14</p><p>　　4.1.4 增加載波15</p><p>　　4.1.5 調(diào)制信號(hào)形成16</p><p>　　第4.2節(jié) 16QAM調(diào)制信號(hào)的噪聲疊加17</p><p>　　第4

11、.3節(jié) 16QAM解調(diào)模塊的建立與仿真17</p><p>　　4.3.1 濾波器18</p><p>　　4.3.2 抽樣判決和4-2電平轉(zhuǎn)換18</p><p>　　4.3.3 并串轉(zhuǎn)換19</p><p>　　第4.4節(jié) QAM性能分析20</p><p>　　4.4.1 16QAM抗噪聲性能仿真2

12、0</p><p>　　4.4.2 16QAM信號(hào)與其它調(diào)制信號(hào)的性能比較21</p><p>　　第五章 結(jié)論與總結(jié)23</p><p><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　附

13、錄I26</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明</p><p><b>　　原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，

14、也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。</p><p>　　作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 </p><p&g

15、t;<b>　　使用授權(quán)說(shuō)明</b></p><p>　　本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。</p>

16、<p>　　作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 </p><p><b>　　學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究

17、做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和

18、借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。</p><p>　　作者簽名：日期： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日<

19、/p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)</b></p><p><b>　　評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)</b></p><p>　　教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，特別是移動(dòng)通信技

20、術(shù)高速發(fā)展，頻帶利用率問(wèn)題越來(lái)越被人們關(guān)注。在頻譜資源非常有限的今天，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)不能滿足當(dāng)前用戶(hù)的要求。正交幅度調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高頻譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢(shì)，成為寬帶無(wú)線接入和無(wú)線視頻通信的重要技術(shù)方案。</p><p>　　本文首先介紹了QAM調(diào)制解調(diào)原理，提出了一種基于MATLAB的16QAM系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)方案，包括串并轉(zhuǎn)換，2-4

21、電平轉(zhuǎn)換，抽樣判決，4-2電平轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)16QAM的星座圖和調(diào)制解調(diào)進(jìn)行了仿真，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析，進(jìn)而證明16QAM調(diào)制技術(shù)的優(yōu)越性。</p><p>　　關(guān)鍵詞 正交振幅調(diào)制；MATLAB；調(diào)制解調(diào)；仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the developme

22、nt of modern communications technology, especially the rapid development of mobile communication technology, the problem of bandwidth efficiency is atttracting people’ attention. In limited spectrum resources today, trad

23、itional communication system capacity can not meet the requirements. For its high spectrum efficiency, high power density advantage into broadband wireless access and wireless video communications, QAM(Quadrature Amplitu

24、de Modulation)is an important modulation m</p><p>　　This article first introducd the principle of 16QAM modulation/ demodulation. Then, a simulation scheme for the 16QAM modulation/ demodulation system based

25、 on the MATLAB platform is proposed, including serial/parallel conversion, 2-4 level conversion, sample sentence, 4-2 level conversion and parallel/serial conversion. Last, get drawing of the constellation chart and the

26、modulation/ demodulation chart of the 16QAM system. Analyse the performance of the system and prove the superiority of 16QAM </p><p>　　Keywords ：QAM ;MATLAB;Modulation/Demodulation; Simulation</p><

27、;p>　　第一章 緒 論</p><p>　　第1.1節(jié) 課題背景、目的及意義</p><p>　　隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，特別是移動(dòng)通信技術(shù)高速發(fā)展，新的需求層出不窮，促使新的業(yè)務(wù)不斷產(chǎn)生，因而導(dǎo)致頻率資源越來(lái)越緊張。在有限的帶寬里要傳輸大量的多媒體數(shù)據(jù)，頻譜利用率成為當(dāng)前至關(guān)重要的課題，由于具有高頻譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢(shì)，16QAM技術(shù)被廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng).在

28、很多寬帶應(yīng)用領(lǐng)域，比如數(shù)字電視廣播，Internet寬帶接入，QAM系統(tǒng)都得到了廣泛的應(yīng)用。QAM也可用于數(shù)字調(diào)制。數(shù)字QAM有4QAM、8QAM、16QAM、32QAM等調(diào)制方式。其中，16QAM和32QAM廣泛用于數(shù)字有線電視系統(tǒng)。當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)上出現(xiàn)了采用16QAM調(diào)制技術(shù)的衛(wèi)通調(diào)制解調(diào)器，如美國(guó)COMTECH EF DATA公司新推出的CDM-600。該衛(wèi)通調(diào)制解調(diào)器支持速率高達(dá)20Mbps[1]。</p><

29、p>　　無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸效率和頻帶利用率提出了更高的要求。選擇高效可行的調(diào)制解調(diào)手段，對(duì)提高信號(hào)的有效性和可靠性起著至關(guān)重要的作用。由于QAM已經(jīng)成為寬帶無(wú)線接入和無(wú)線視頻通信的重要技術(shù)方案。關(guān)于調(diào)制解調(diào)技術(shù)的仿真研究對(duì)于QAM理論研究和相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)具有重要意義。</p><p>　　MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國(guó)MathWorks公司

30、出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p>　　本文在簡(jiǎn)單分析QAM原理的基礎(chǔ)上，以16QAM為例，提出了基MATLAB的16QAM編解碼系統(tǒng)仿真方案，設(shè)計(jì)了實(shí)際仿真模型。仿真結(jié)果和分析表明，提出的方案可行，為QAM通信系統(tǒng)性能的研究提供了一種行之有效的分析方法。本文旨在在熟悉QAM調(diào)制解調(diào)原理

31、的基礎(chǔ)上，完成通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)16QAM調(diào)試過(guò)程的MATLAB仿真。設(shè)計(jì)其中的各種實(shí)現(xiàn)模塊的參數(shù)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并繪出各個(gè)模塊的輸出信號(hào)的波形，設(shè)計(jì)出16QAM調(diào)試過(guò)程中的串并轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，2-4電平轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，抽樣判決子系統(tǒng)，4-2電平轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)及并串轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上， 對(duì)QAM調(diào)制的性能進(jìn)行分析。</p><p>　　第1.2節(jié) 課題國(guó)內(nèi)外研究概況</p><p>　　目

32、前，我國(guó)的有線電視采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)。DVB系統(tǒng)的信源編碼統(tǒng)一使用MPEG-2編碼。模擬信號(hào)經(jīng)抽樣、量化、編碼后形成的數(shù)字基帶信號(hào)，其碼率很高，占用的頻帶也很寬。QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是用兩個(gè)調(diào)制信號(hào)對(duì)頻率相同、相位正交的兩個(gè)載波進(jìn)行調(diào)幅，然后將已調(diào)信號(hào)加在一起進(jìn)行傳輸或發(fā)射。在NTSC制和PAL制中形成色度信號(hào)時(shí)，用的就是正交調(diào)幅方式將兩個(gè)色差信號(hào)調(diào)制到色度副載波上。</p&g

33、t;<p>　　對(duì)于標(biāo)清信號(hào)，在有線電視網(wǎng)傳輸時(shí)，一般采用64QAM調(diào)制方式。如果符號(hào)率采用6.875M符號(hào)/秒，信道編碼采用RS編碼(204，188)，按每套節(jié)目的速率為6Mbps，每個(gè)頻道的最高傳輸速率為6.875 6＝41.25Mbps，每個(gè)頻道的有效傳輸速率為41.25 (188/204)＝38.01Mbps，故每個(gè)頻道可以傳輸?shù)墓?jié)目數(shù)量為38.01 6＝6.33個(gè)。作為發(fā)展趨勢(shì)的HDTV信號(hào)，未經(jīng)壓縮時(shí)的數(shù)據(jù)為6

34、63.5Mbit/s，壓縮后為31.8Mbit/s(壓縮比20.8∶1)。如果采用64QAM調(diào)制頻帶利用率達(dá)到6bit/s/Hz，傳輸帶寬為31.8 6＝5.3MHz。也就是說(shuō)，在現(xiàn)有的有線電視系統(tǒng)中，采用64QAM調(diào)制方式，每個(gè)頻道可以傳輸一路高清或6路標(biāo)清信號(hào)，提高了信道利用率。</p><p>　　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)

35、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QAM已引起人們的重視，許多學(xué)者已對(duì)16QAM及其它變型的QAM在PCN中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛深入地研究。這是近年來(lái)被國(guó)際上移動(dòng)通信技術(shù)專(zhuān)家十分重視的一種信號(hào)調(diào)制方式。</p><p>　　第1.3節(jié) 本文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　頻帶利用率是所傳輸

36、的信息速率（或符號(hào)速率）與系統(tǒng)帶寬之比值，其單位為bit/s/HZ（或?yàn)锽aud/Hz).而 隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，特別是移動(dòng)通信技術(shù)高速發(fā)展，頻帶利用率問(wèn)題越來(lái)越被人們關(guān)注。QAM因其較高的頻帶利用率得到了廣泛的應(yīng)用，本文借助MATLAB，以16QAM為例，對(duì)16QAM的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并計(jì)算16QAM調(diào)制在不同信道噪聲強(qiáng)度下的誤碼率。</p><p>　　本文的第1章介紹了研究正交振幅調(diào)制的背景，目的

37、，意義及國(guó)內(nèi)外的研究概況。第2章介紹了MATLAB仿真軟件。第3章介紹了正交振幅調(diào)制，并已16QAM為例，介紹了它的調(diào)制解調(diào)原理。第4章以16QAM為例，以MATLAB為平臺(tái)，對(duì)16QAM的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對(duì)16QAM系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。第5章是對(duì)該課題研究現(xiàn)狀做了簡(jiǎn)要的總結(jié)。最后是致謝，參考文獻(xiàn)和附錄部分。</p><p>　　第二章 MATLAB簡(jiǎn)介</p><p>　　第2

38、.1節(jié) MATLAB概述</p><p>　　MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortra

39、n）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平?！?lt;/p><p>　　圖2-1 MATLAB開(kāi)發(fā)工作界面 </p><p>　　MATLAB和Mathematica、Maple并稱(chēng)為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連 </p><p>　　接其他編程語(yǔ)言的

40、程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 </p><p>　　MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，

41、C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶(hù)也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶(hù)可以直接進(jìn)行下載就可以用。</p><p>　　MATLAB 產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行以下各種工作： 數(shù)值分析、 數(shù)值和符號(hào)計(jì)算、 工程與科學(xué)繪圖 、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、 數(shù)字圖像處理技術(shù)、 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 、財(cái)務(wù)與金融工程和管

42、理與調(diào)度優(yōu)化計(jì)算（運(yùn)籌學(xué)） </p><p>　　MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專(zhuān)用MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類(lèi)型的問(wèn)題。 </p><p>　　第2.2節(jié) MATLAB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　

43、　MATLAB系統(tǒng)由MATAB開(kāi)發(fā)環(huán)境、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、MATLAB語(yǔ)言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)和MATLAB應(yīng)用程序接口（API）五大部分構(gòu)成。 </p><p>　　（1）MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境</p><p>　　MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境是一套方便用戶(hù)使用的MATLAB函數(shù)和文件工具集，其中許多工具是圖形化用戶(hù)接口。它是一個(gè)集成的 用戶(hù)工作空間，允許用戶(hù)輸入輸出數(shù)據(jù)，并提供了M文

44、件的集成編譯和調(diào)試環(huán)境，包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件編輯調(diào)試器、MATLAB工作空間和在線幫助文檔。 </p><p>　?。?）MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)</p><p>　　MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)包括了大量的計(jì)算算法。從基本算法如加法、正弦，到復(fù)雜算法如矩陣求逆、快速傅里葉變換等。 </p><p>　?。?）MATLAB語(yǔ)言</p><

45、;p>　　MATLAB語(yǔ)言是一種高級(jí)的基于矩陣/數(shù)組的語(yǔ)言，它有程序流控制、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入/輸出和面向?qū)ο缶幊痰忍厣?</p><p>　　（4）MATLAB圖形處理系統(tǒng)</p><p>　　圖形處理系統(tǒng)使得MATLAB能方便的圖形化顯示向量和矩陣，而且能對(duì)圖形添加標(biāo)注和打印。它包括強(qiáng)大的二維三維圖形函數(shù)、圖像處理和動(dòng)畫(huà)顯示等函數(shù)。 </p><p>

46、　?。?）MATLAB應(yīng)用程序接口</p><p>　　MATLAB應(yīng)用程序接口是一個(gè)使MATLAB語(yǔ)言能與C、Fortran等其它高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行交互的函數(shù)庫(kù)。該函數(shù)庫(kù)的函數(shù)通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）實(shí)現(xiàn)與MATLAB文件的數(shù)據(jù)交換，其主要功能包括在MATLAB中調(diào)用C和Fortran程序，以及在MATLAB與其它應(yīng)用程序間建立客戶(hù)、服務(wù)器關(guān)系。</p><p>　　第2.3節(jié) MAT

47、LAB的優(yōu)勢(shì)</p><p>　　1、友好的工作平臺(tái)編程環(huán)境</p><p>　　MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶(hù)使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶(hù)界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶(hù)瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶(hù)界面也越來(lái)越精致，更

48、加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢(xún)、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶(hù)的使用。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。</p><p>　　2、簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言</p><p>　　MATLAB是一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)

49、結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶(hù)可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語(yǔ)言是基于最為流行的C++語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C++語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的科技人員使用。而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。<

50、;/p><p>　　3、強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力</p><p>　　MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶(hù)所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言，如C和C++ 。在計(jì)算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會(huì)大

51、大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn)單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問(wèn)題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問(wèn)題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。</p><p>　　4、出色的圖形處理功能</p><p

52、>　　MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)

53、據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶(hù)不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶(hù)界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶(hù)也可以得到滿足。 </p><p>　　5、應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱</p><p>　　MATLAB對(duì)許多專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的

54、模塊集和工具箱。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專(zhuān)家開(kāi)發(fā)的，用戶(hù)可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入

55、式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 </p><p>　　6、實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)</p><p>　　新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的MATLAB程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C++代碼。允許用戶(hù)編寫(xiě)可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C++語(yǔ)言程序。另外

56、，MATLAB網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱(chēng)之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類(lèi)學(xué)科專(zhuān)業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 </p><p>　　7、應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶(hù)界面）</p>&

57、lt;p>　　在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，使用戶(hù)更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。</p><p>　　第三章 正交振幅調(diào)制</p><p><b>　　3.1調(diào)制簡(jiǎn)介</b></p><p&

58、gt;　　調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要。所謂調(diào)制，就是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱(chēng)載波調(diào)制）。載波調(diào)制，就是用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程，即使載波的某一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)暗中啊調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化。調(diào)制信號(hào)是指來(lái)自信源的消息信號(hào)（基帶信號(hào)），這些信號(hào)可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。未受調(diào)制的周期性震蕩信號(hào)稱(chēng)為載波，它可以是正弦波，也可以使非正弦波（如周期性脈沖序列）。載波調(diào)制后稱(chēng)為

59、已調(diào)信號(hào)，它含有調(diào)制信號(hào)的全部特征?；鶐盘?hào)對(duì)載波的調(diào)制是為了實(shí)現(xiàn)下列一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)：第一，在無(wú)線傳輸中，信號(hào)是以電磁波的形式通過(guò)天線輻射到空間的。為了獲得較高的輻射效率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)相比擬，而基帶信號(hào)包含的較低頻率分量的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，只是天線過(guò)長(zhǎng)而難以實(shí)現(xiàn)。但若通過(guò)調(diào)制，把基帶信號(hào)的頻譜搬至較高的載波頻率上，是已調(diào)信號(hào)的頻譜與信道的帶通特性相匹配，這樣就可以提高傳輸性能，以較小的發(fā)送功率與較短的天線來(lái)輻射電磁波。第二，把多

60、個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。第三，擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳</p><p>　　解調(diào)（也稱(chēng)檢波）則是調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。解調(diào)的方法可分為兩類(lèi)：相干解調(diào)和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。相干解調(diào)時(shí)，為了無(wú)失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)，接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波。本課題采用的是相干解調(diào)<

61、;/p><p>　　3.2正交振幅調(diào)制系統(tǒng)</p><p>　　3.2.1 QAM簡(jiǎn)介</p><p>　　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)。正交調(diào)幅信號(hào)有兩個(gè)相同頻率的載波，但是相位相差90度（四分之一周期，來(lái)自積分術(shù)語(yǔ)）。一個(gè)信號(hào)叫I信號(hào)，另一個(gè)信號(hào)叫Q信號(hào)。從數(shù)學(xué)角度將一個(gè)信號(hào)可以

62、表示成正弦，另一個(gè)表示成余弦。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時(shí)已被混和。到達(dá)目的地后，載波被分離，數(shù)據(jù)被分別提取然后和原始調(diào)制信息相混和。 這樣與之作幅度調(diào)制（AM）相比，其頻譜利用率高出一倍。</p><p>　　QAM是用兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號(hào)的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通常有二進(jìn)制QAM（4QAM）、四進(jìn)制QAM（l

63、6QAM）、八進(jìn)制QAM（64QAM）、…，對(duì)應(yīng)的空間信號(hào)矢量端點(diǎn)分布圖稱(chēng)為星座圖，分別有4、16、64、…個(gè)矢量端點(diǎn)。目前QAM最高已達(dá)到1024QAM。樣點(diǎn)數(shù)目越多，其傳輸效率越高。但并不是樣點(diǎn)數(shù)目越多越好，隨著樣點(diǎn)數(shù)目的增加，QAM系統(tǒng)的誤碼率會(huì)逐漸增大，所以在對(duì)可靠性要求較高的環(huán)境，不能使用較多樣點(diǎn)數(shù)目的QAM。對(duì)于4QAM，當(dāng)兩路信號(hào)幅度相等時(shí)，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與4PSK相同。</p><p&

64、gt;<b>　　a 4QAM星座圖</b></p><p>　　b 16QAM星座圖 </p><p>　　圖3-1 QAM星座圖</p><p>　　QAM采用格雷編碼，采用格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個(gè)比特只有一位不同，由于因相位誤差造成錯(cuò)判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼使之僅造成一個(gè)比特誤碼的概率最大。下圖以16QAM為例

65、，顯示了編碼</p><p>　　圖3-2 16QAM編碼</p><p>　　3.2.2 16QAM調(diào)制解調(diào)原理</p><p>　　16QAM是兩路4ASK信號(hào)的疊加，其演變方式可以有以下兩種：</p><p>　?。?）正交調(diào)幅法，由兩路獨(dú)立的正交4ASK信號(hào)疊加而成；</p><p>　　圖3-3 正交調(diào)幅

66、</p><p>　?。?）復(fù)合相移法，由兩路獨(dú)立的QPSK信號(hào)疊加而成。圖中虛線大圓上的4個(gè)大黑點(diǎn)表示第一個(gè)QPSK信號(hào)矢量的位置，在這4個(gè)位置上可以疊加上第二個(gè)QPSK矢量，后者的位置用虛線小圓上的4個(gè)小黑點(diǎn)表示。</p><p>　　圖3-4 復(fù)合相移法</p><p>　　在QAM體制中，信號(hào)的振幅和相位作為兩個(gè)獨(dú)立的參量同時(shí)受到調(diào)制。這種信號(hào)的一個(gè)碼元可

67、以表示為</p><p>　　Sk(t)=Akcos(ω0t+θk) kT<t≤(k+1)T 式3-1</p><p>　　式中，k取整數(shù)；Ak和qk分別可以取多個(gè)離散值。上式可以展開(kāi)為</p><p>　　Sk(t)=Akcosθkcosω0t—Aksinθksinω0t 式3-2</p&g

68、t;<p>　　令Xk=Akcosθk Yk=-Aksinθk</p><p><b>　　則信號(hào)表示式變?yōu)?lt;/b></p><p>　　Sk(t)= Xkcosω0t+Yk sinω0t 式3-3</p><p>　　Xk和Yk也是可以取多個(gè)離散值的變量。從上式看出，k(t)可

69、以看作是兩個(gè)正交的振幅鍵控信號(hào)之和。</p><p>　　本課題采用了正交調(diào)幅法。在發(fā)送端調(diào)制器中串/并變換使得信息速率為Rb的輸入二進(jìn)制信號(hào)分成兩個(gè)速率為Rb/2的二進(jìn)制信號(hào)，2/4電平轉(zhuǎn)換將每個(gè)速率為Rb/2的二進(jìn)制信號(hào)變?yōu)樗俾蕿镽b/8的電平信號(hào)，然后分別與兩個(gè)正交載波相乘，再相加后即得16QAM信號(hào)</p><p>　　下圖是16QAM的調(diào)制框圖。</p><p

70、>　　圖3-5 16QAM調(diào)制框圖</p><p>　　解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，在接收端解調(diào)器中可以采用正交的相干解調(diào)方法。接受到的信號(hào)分兩路進(jìn)入兩個(gè)正交的載波的相干解調(diào)器，再分別進(jìn)入判決器形成L進(jìn)制信號(hào)并輸出二進(jìn)制信號(hào)，最后經(jīng)并/串變換后得到基帶信號(hào)。下圖為16QAM解調(diào)框圖：</p><p>　　圖3-6 16 QAM解調(diào)框圖</p><p>　　第四章

71、基于MATLAB的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真</p><p>　　第4.1節(jié) 16QAM調(diào)制模塊的建立與仿真</p><p>　　第三章對(duì)16QAM調(diào)制解調(diào)原理進(jìn)行了分析，這一章我將對(duì)系統(tǒng)仿真框圖中的各個(gè)模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹：</p><p>　　4.1.1 信號(hào)源</p><p>　　本程序中，信號(hào)源為8位二進(jìn)制代碼[-1 1 -1 1 1

72、 1 -1 -1]， sigexpand函數(shù)的作用是將代碼擴(kuò)展為碼元寬度為1的雙極性波形，如下圖所示：</p><p>　　圖4-1 二進(jìn)制代碼及星座圖</p><p>　　4.1.2 串并轉(zhuǎn)換</p><p>　　信號(hào)源通過(guò)串并變換，將原來(lái)的一路信源信號(hào)變成兩路信號(hào)，分別為上支路信號(hào)和下支路信號(hào)，獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)。串并變換的規(guī)則是根據(jù)序列編號(hào)的奇偶行，將編號(hào)為

73、奇的碼元編成一路信號(hào)，將編號(hào)為偶的碼元編成一路信號(hào)。經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后，并行輸出的每一路碼元傳輸速率降為原來(lái)的一半即Rb/2.</p><p>　　輸入d：-1 1 -1 1 1 1 -1 -1</p><p>　　上支路d_NRZ1：-1 -1 1 -1</p><p>　　下支路d_NRZ2：1 1 1 -1</p><p>　　圖4-2

74、串并轉(zhuǎn)換后上下支路信號(hào)時(shí)域波形圖</p><p>　　4.1.3 2-4電平轉(zhuǎn)換</p><p>　　2-4電平轉(zhuǎn)換就是將輸入信號(hào)的2電平信號(hào)狀態(tài)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后變成相應(yīng)的4電平信號(hào)。這里選擇的映射關(guān)系如下所示：</p><p>　　根據(jù)以上的映射關(guān)系，可得到上下支路分別為上支路d_NRZ1：-1 -1 1 -1</p><p>　　下支路d_NR

75、Z2：1 1 1 -1</p><p>　　的2-4電平轉(zhuǎn)換信號(hào)：</p><p>　　上支路d_NRZ1：-1 -1 1 -1</p><p>　　2-4電平轉(zhuǎn)換后：-3 1</p><p>　　下支路d_NRZ2：1 1 1 -1</p><p>　　2-4電平轉(zhuǎn)換后：3 1</p><p&

76、gt;　　圖4-3 2-4電平轉(zhuǎn)換后上下支路信號(hào)時(shí)域波形圖</p><p>　　這里4電平信號(hào)的碼元傳輸速率已降為Rb/4.</p><p>　　4.1.4 增加載波</p><p>　　在本課題中，選用的載波是載波幅度A=1，載波頻率fc=2Hz,上支路分量的載波是h1t=A*cos(2*pi*fc*t),正交分量的載波是h2t=A*sin(2*pi*fc*t)

77、。上下支路信號(hào)在加載波之前還經(jīng)過(guò)平滑處理，以濾除較高頻率的信號(hào)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加理想。上下支路信號(hào)加載波后的圖形為：</p><p>　　圖4-4上下支路調(diào)制信號(hào)時(shí)域波形圖</p><p>　　4.1.5 調(diào)制信號(hào)形成</p><p>　　上下支路調(diào)制信號(hào)形成后，將兩個(gè)分量相加，既可得到16QAM調(diào)制信號(hào)，如下圖所示：</p><p>　　圖4

78、-5 已調(diào)信號(hào)波形圖</p><p>　　第4.2節(jié) 16QAM調(diào)制信號(hào)的噪聲疊加</p><p>　　本次仿真采用的噪聲是高斯白噪聲，這是一種最常見(jiàn)的噪聲，白噪聲的功率譜密度在所有頻率上均為一常數(shù)，且僅在t=0時(shí)才相關(guān)，而在任意兩個(gè)時(shí)刻的隨機(jī)變量都是不相關(guān)的。 對(duì)已調(diào)制信號(hào)可采用wgn函數(shù)添加加性高斯噪聲。y = wgn(m,n,p) 產(chǎn)生一個(gè)m行n列的高斯白噪聲的矩陣，p以dBW為單

79、位指定輸出噪聲的強(qiáng)度。為使解調(diào)效果較好，采用噪聲的強(qiáng)度較小，設(shè)置Pn=-10dB.</p><p>　　第4.3節(jié) 16QAM解調(diào)模塊的建立與仿真</p><p>　　系統(tǒng)先前所得的16QAM調(diào)制信號(hào)通過(guò)高斯白噪聲信道以后便可以解調(diào)了。本文所采用的解調(diào)器原理為相干解調(diào)法，即已調(diào)信號(hào)與載波相乘，送入到低通濾波器，其對(duì)應(yīng)原理圖中信號(hào)輸入并與載波相乘后通過(guò)LPF的部分，輸出送入到判決器判決，再經(jīng)

80、4-2電平轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換即可得到解調(diào)信號(hào)。</p><p><b>　　4.3.1 濾波器</b></p><p>　　IIR濾波器采用的巴特沃斯低通濾波器有現(xiàn)成的模型，我們可以加以利用，因此在本文涉及的仿真中濾波器均選擇巴特沃斯低通濾波器。巴特沃斯低通濾波器的標(biāo)準(zhǔn)形式為：</p><p>　　[b,a]=butter(N,W0);</p

81、><p>　　y=filter(b,a,x);</p><p>　　N表示要選取的低通濾波器的階數(shù)，W0表示濾波器的截止頻率，[b,a]為濾波器返回的特性參數(shù)。在第二行程序中，x表示輸入序列，y表示輸出序列。整個(gè)函數(shù)表示信號(hào)通過(guò)濾波器的過(guò)程。</p><p>　　圖4-6上下支路通過(guò)低通濾波器信號(hào)時(shí)域波形圖</p><p>　　4.3.2 抽樣判

82、決和4-2電平轉(zhuǎn)換</p><p>　　抽樣判決是在每個(gè)碼元中間抽樣，并用幾個(gè)判決語(yǔ)句進(jìn)行判決，例如當(dāng)碼元幅度大于1時(shí)，判為3。</p><p>　　4-2電平轉(zhuǎn)換是2-4電平轉(zhuǎn)換的逆過(guò)程，其映射關(guān)系如下圖所示;</p><p>　　圖4-7上下支路抽樣判決及4-2轉(zhuǎn)換后信號(hào)時(shí)域波形圖</p><p>　　4.3.3 并串轉(zhuǎn)換</p&g

83、t;<p>　　經(jīng)過(guò)并串轉(zhuǎn)換即可得到解調(diào)信號(hào)，采用循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，</p><p>　　for s=1:N/2</p><p>　　ddd(2*s-1)=dd111111(s);</p><p>　　ddd(2*s)=dd222222(s);</p><p><b>　　end</b></p>

84、<p>　　將兩路并聯(lián)信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換成為一路信號(hào)，下圖為基帶信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的對(duì)比及它們的頻率譜密度圖：</p><p>　　圖4-8基帶與解調(diào)信號(hào)</p><p>　　可以看出，并沒(méi)有錯(cuò)碼，可見(jiàn)本次仿真是成功的</p><p>　　第4.4節(jié) QAM性能分析</p><p>　　4.4.1 16QAM抗噪聲性能仿真</p>

85、;<p>　　對(duì)于QAM，可以看成是由兩個(gè)相互正交且獨(dú)立的多電平ASK信號(hào)疊加而成。因此，利用多電平誤碼率的分析方法，可得到M進(jìn)制QAM的誤碼率為[1]：</p><p><b>　　(4.1) </b></p><p>　　式中，，Eb為每碼元能量，n0為噪聲單邊功率譜密度。</p><p>　　通過(guò)調(diào)整高斯白噪聲信道的信噪比s

86、nr（Eb/No），可以得到如圖5-2所示的誤碼率圖：</p><p>　　圖4-9 QAM信號(hào)誤碼率分析</p><p>　　可見(jiàn)16QAM信號(hào)的誤碼率隨著信噪比的增大而逐漸減小，這與理論分析是完全一致的</p><p>　　4.4.2 16QAM信號(hào)與其它調(diào)制信號(hào)的性能比較</p><p>　?。?）16QAM和16PSK</p&

87、gt;<p>　　星座圖中相鄰點(diǎn)歐氏距離直接代表這噪聲容限的大小。按最大振幅相等，畫(huà)出16QAM信號(hào)和16PSK信號(hào)的星座圖。設(shè)其最大振幅為AM，則16PSK信號(hào)的相鄰矢量端點(diǎn)的歐氏距離等于</p><p><b>　　式4-1</b></p><p>　　而16QAM信號(hào)的相鄰點(diǎn)歐氏距離等于</p><p><b>　

88、　式4-2</b></p><p>　　d2和d1的比值就代表這兩種體制的噪聲容限之比。</p><p>　　圖4-10 歐氏距離</p><p>　　按上兩式計(jì)算，d2超過(guò)d1約1.57 dB。但是，這時(shí)是在最大功率（振幅）相等的條件下比較的，沒(méi)有考慮這兩種體制的平均功率差別。16PSK信號(hào)的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。而16QAM信號(hào)

89、，在等概率出現(xiàn)條件下，可以計(jì)算出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55 dB。因此，在平均功率相等條件下，16QAM比16PSK信號(hào)的噪聲容限大4.12 dB。</p><p>　?。?）16QAM與2DPSK和64QAM</p><p>　　這里我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)2DPSK調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)和一個(gè)64QAM調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型，以觀察其與16QAM信號(hào)的抗噪聲性能，并對(duì)它們的誤碼率進(jìn)

90、行比較。在取相同的碼元速率和載波速率的情況下，設(shè)計(jì)2DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。</p><p>　　這里我們采用的是差分相干解調(diào)的方法，所以并不需要做載波恢復(fù)。解調(diào)部分的濾波器同樣采用了貝塞爾函數(shù)低通濾波器，且判決模塊簡(jiǎn)單如下所示。這樣在高斯白噪聲信道處調(diào)整信噪比，得到如圖4-3所示的誤碼率圖。 </p><p>　　圖4-11 16QAM與16DPSK誤碼率曲線圖</p&g

91、t;<p>　　從仿真過(guò)程看，在相同信噪比的條件下，其誤碼率介于64QAM和2DPSK之間，也就是說(shuō)，系統(tǒng)在同等噪聲條件下，16QAM的抗噪聲性能是相當(dāng)優(yōu)越的。 </p><p>　　第五章 結(jié)論與總結(jié)</p><p>　　本文研究的重點(diǎn)是對(duì)基于MATLAB的16QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真，得到以下的結(jié)論</p><p>　　1. 對(duì)16Q

92、AM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)基本原理進(jìn)行了較為深入地理解與分析，并且根據(jù)其原理編制了仿真程序。</p><p>　　2. 較為熟悉地掌握了MATLAB軟件在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的基本步驟與方法。</p><p>　　3. 利用MATLAB實(shí)現(xiàn)了16QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與仿真，并得到相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)波形，發(fā)現(xiàn)解調(diào)信號(hào)波形與輸入信號(hào)波形存在一定時(shí)延，所以該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有不足，但并不影響對(duì)誤碼率的檢

93、測(cè)，以及系統(tǒng)能夠的抗噪聲性能。</p><p>　　4. 對(duì)16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的抗噪聲性能進(jìn)行分析，通過(guò)仿真得到了16QAM系統(tǒng)的誤碼率曲線，曲線趨勢(shì)與理論曲線基本一致。</p><p>　　5. 將16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)與2DPSK系統(tǒng)的抗噪聲性能進(jìn)行對(duì)比，獲得了他們兩者的誤碼率曲線，進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)16QAM的抗噪聲性能不如2DPSK，這是與理論相符的，也即，當(dāng)信噪比一定的情況下，M

94、越大，誤碼率Pe也越大。</p><p>　　從仿真過(guò)程看，在相同信噪比的條件下，16QAM的加性白噪聲的功率遠(yuǎn)大于2DPSK的加性白噪聲的功率，故16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)一般工作在大信噪比的環(huán)境下，其誤碼率將很小，也就是說(shuō)，兩個(gè)系統(tǒng)在同等噪聲條件下，16QAM的抗噪聲性能是相當(dāng)優(yōu)越的。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p&g

95、t;　　論文寫(xiě)到這里已接近尾聲，在本文完成之際，首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師王玲老師，在她的諄諄教導(dǎo)和督促之下，我才順利的完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，在這段時(shí)間里，我又學(xué)到了新的知識(shí)。其次，我還要感謝這四年來(lái)給予我辛勤教育的老師們，他們不僅教會(huì)了我扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還教會(huì)了我如何為人處事，在此對(duì)他們致以最誠(chéng)摯的謝意！沒(méi)有他們的幫助和教導(dǎo)，就沒(méi)有今天的這份論文，再次為他們的付出表示由衷的感謝。</p><p>　　另外

96、，我還要感謝在論文撰寫(xiě)過(guò)程中給我?guī)椭耐瑢W(xué)們，特別是和我同宿舍的她們，她們給予了我很大的幫助和支持，是她們無(wú)私的付出才成就了我今天的成功，謝謝！</p><p>　　最后，我要感謝我的家人，是他們始終如一地支持著我，他們是我學(xué)習(xí)和生活中的摯友，他們是我人生中最寶貴的財(cái)富，這份彌足珍貴的情誼將會(huì)永遠(yuǎn)深藏在我的心中。在此，我對(duì)他們表示真摯的感謝，謝謝你們！</p><p><b>　

97、　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 樊昌信 等，《通信原理》 國(guó)防工業(yè)出版社 2001年</p><p>　　[2] 張輝 等，《現(xiàn)代通信原理與技術(shù)》 西安電子科技大學(xué)出版社 2002年 </p><p>　　[3] 曹志剛 等，《現(xiàn)代通信原理》 淸華大學(xué)出版社 2004年</p><p>　　[4]

98、 達(dá)新宇 等，《通信原理教程》 北京郵電大學(xué)出版社 2005年</p><p>　　[5] 李妍 等，《MATLAB 通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè)》 國(guó)防工業(yè)出版社 2005年</p><p>　　[6] 樓天順 等，《MATLAB 5.X程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言》 西安電子科技大學(xué)出版社 2000年</p><p>　　[7] 趙謙 等，《通信系統(tǒng)中MATLAB基礎(chǔ)與仿真應(yīng)用》

99、 西安電子科技大學(xué)出版社 2010年</p><p>　　[8] 徐利民 等，《基于MATLAB的信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》 清華大學(xué)出版社</p><p><b>　　2010年</b></p><p>　　[9] 別志松，別紅霞. 系統(tǒng)與通信系統(tǒng)仿真. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2010.</p><p>　　[1

100、0] 鄧華.MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解.北京：人民郵電出版社，2003</p><p>　　[11] M-QAM調(diào)制技術(shù)及其在移動(dòng)通信中的應(yīng)用. 移動(dòng)通信雜志. 2001年第一期</p><p><b>　　附錄I</b></p><p>　　1、將輸入的序列擴(kuò)展成間隔為N-1個(gè)0的序列</p><p>

101、　　function [out]=sigexpand(d,M)</p><p>　　N=length(d);</p><p>　　out=zeros(M,N);</p><p>　　out(1,:)=d;</p><p>　　out=reshape(out,1,M*N);</p><p>　　2、計(jì)算信號(hào)的傅里葉變化&

102、lt;/p><p>　　function[f,sf]=T2F(t,st);</p><p>　　dt=t(2)-t(1);</p><p><b>　　T=t(end);</b></p><p><b>　　df=1/T;</b></p><p>　　N=length(st);&

103、lt;/p><p>　　f=-N/2*df:df:N/2*df-df;</p><p>　　sf=fft(st);</p><p>　　sf=T/N*fftshift(sf);</p><p>　　4.1.2 主函數(shù)代碼</p><p>　　fc=2;

104、 % 載波頻率</p><p>　　N_sample=8; % 基帶碼元抽樣點(diǎn)數(shù)</p><p>　　N=8; % 碼元數(shù)</p><p>　　Ts=1;

105、 % 碼元寬度</p><p>　　dt=Ts/fc/N_sample; % 抽樣時(shí)間間隔</p><p>　　T=N*Ts; % 信號(hào)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度</p>

106、<p>　　t=0:dt:T-dt; % 時(shí)間向量</p><p>　　Lt=length(t); % 時(shí)間向量長(zhǎng)度</p><p>　　tx1=0;

107、 % 時(shí)域波形圖橫坐標(biāo)起點(diǎn)</p><p>　　tx2=8; %時(shí)域波形圖橫坐標(biāo)終點(diǎn)</p><p>　　ty1=-4.5; %時(shí)域波形圖縱坐標(biāo)起點(diǎn)</p><p>　　ty2

108、=4.5; %時(shí)域波形圖縱坐標(biāo)終點(diǎn)</p><p>　　fx1=-10; %功率譜圖橫坐標(biāo)起點(diǎn)</p><p>　　fx2=10;

109、 %功率譜圖橫坐標(biāo)終點(diǎn)</p><p>　　fy1=-40; %功率譜圖縱坐標(biāo)起點(diǎn)</p><p>　　fy2=25; %功率譜圖縱坐標(biāo)終點(diǎn)</p><p><b>　　%產(chǎn)生二進(jìn)制

110、信源</b></p><p>　　d=[-1,1,-1,1,1,1,-1,-1]</p><p>　　dd=sigexpand(d,fc*N_sample); % 雙極性</p><p>　　gt=ones(1,fc*N_sample); % NRZ波形