M-QAM通信系統(tǒng)及matlab的仿真解析課件

M-QAM通信系統(tǒng)及MATLAB仿真M-QAM通信系統(tǒng)及MATLA1幅度/相位混合調(diào)制方案在M進(jìn)制的PSK系統(tǒng)中，調(diào)制信號的同相分量和正交分量之間的相互關(guān)系使得信號保持恒定，這從信息點(diǎn)的圓形星座中可以清楚的看出.如果取消恒定的約定，同相分量和正交分量就能夠彼此獨(dú)立，從而得到一種新的調(diào)制方式，及M進(jìn)制QAM.幅度/相位混合調(diào)制方案在M進(jìn)制的PSK系統(tǒng)中，調(diào)制信號的同相2正交振幅調(diào)制是二進(jìn)制的PSK，四進(jìn)制的QPSK的進(jìn)一步的推廣，通過相位和振幅的聯(lián)合控制，可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式。QAM的一般表達(dá)式

其中0<t<Ts,上式由兩個(gè)相互正交的載波構(gòu)成，每一個(gè)載波被一組離散的振幅｛Am｝、｛Bm｝所調(diào)制，所以這種調(diào)制方式為正交振幅調(diào)制。正交振幅調(diào)制是二進(jìn)制的PSK，四進(jìn)制的QPSK的進(jìn)一步的推廣3式中Ts為碼元寬度，m=1，2，…，M，M為Am和Bm的電平數(shù)。QAM中的振幅Am和Bm，可以表示成：Am=dmA，Bm=emA式中，A是固定的振幅，（dm，em）決定已調(diào)QAM信號在信號空間中的坐標(biāo)點(diǎn)式中Ts為碼元寬度，m=1，2，…，M，M為Am和Bm4QAM的調(diào)制和相干解調(diào)QAM的調(diào)制和相干解調(diào)如圖一。在調(diào)制端，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串/并變換后分為兩路，分別經(jīng)過2電平到L電平的變換，形成Am和Bm，之后Am和Bm經(jīng)過調(diào)制低通濾波器，與相互正交的各路載波相乘。最后將兩個(gè)信號相加就可以得到已調(diào)輸出信號y(t).QAM的調(diào)制和相干解調(diào)QAM的調(diào)制和相干解調(diào)如圖一。在調(diào)制端5M-QAM通信系統(tǒng)及matlab的仿真解析課件6在接收端，輸入信號與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波信號相乘以后，經(jīng)過低通濾波器、多電平判決、L電平到2電平變換，再經(jīng)過并/串變換就得到輸出數(shù)據(jù)。在接收端，輸入信號與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波信號相乘以后，經(jīng)過7QAM的星座圖對于QAM調(diào)制而言，如何設(shè)計(jì)QAM信號的結(jié)構(gòu)不僅影響到已調(diào)信號的功率譜特性，而且影響已調(diào)信號的解調(diào)及其性能。因而研究QAM的星座圖來設(shè)計(jì)信號的結(jié)構(gòu)顯得十分重要。對應(yīng)于各種可能的符號數(shù)M，有兩種不同的QAM星座圖，當(dāng)每個(gè)符號對應(yīng)于偶數(shù)個(gè)比特時(shí)，星座圖是正方形的；當(dāng)每個(gè)符號對應(yīng)于奇數(shù)個(gè)比特時(shí)，星座圖是十字行的。QAM的星座圖對于QAM調(diào)制而言，如何設(shè)計(jì)QAM信號的結(jié)構(gòu)不8QAM正方形星座圖當(dāng)每個(gè)符號對應(yīng)于偶數(shù)個(gè)比特時(shí)，有其中，L為正整數(shù)。對于具有正方形星座圖QAM，有序坐標(biāo)對通常構(gòu)成一個(gè)正方形的矩陣QAM正方形星座圖當(dāng)每個(gè)符號對應(yīng)于偶數(shù)個(gè)比特時(shí)，有9在實(shí)際中，常用的一種QAM信號空間如圖，方形QAM，4QAM,16QAM,64QAM在實(shí)際中，常用的一種QAM信號空間如圖，方形QAM，4QAM10對于方形QAM，它可以看成是兩個(gè)脈沖振幅調(diào)制信號之和，因此利用脈沖振幅調(diào)制的分析結(jié)果，可以得到M進(jìn)制QAM的誤碼率為對于方形QAM，它可以看成是兩個(gè)脈沖振幅調(diào)制信號之和，因此利11QAM星型星座圖為了改善方型QAM的接收性能，還可以采用星型的QAM星座。將十六進(jìn)制方型QAM和十六進(jìn)制星型QAM進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)星型QAM的振幅環(huán)由方型的3個(gè)減少為2個(gè)，相位由12種減少為8種。QAM星型星座圖為了改善方型QAM的接收性能，還可以采用星型12QAM十字形星座圖為產(chǎn)生每個(gè)符號對應(yīng)于奇數(shù)個(gè)比特的M進(jìn)制QAM信號，需要采用十字形星座圖，如圖所示：QAM十字形星座圖為產(chǎn)生每個(gè)符號對應(yīng)于奇數(shù)個(gè)比特的M進(jìn)制QA13按下述步驟構(gòu)造出每個(gè)符號對應(yīng)與n比特的信號星座圖首先給出每個(gè)符號對應(yīng)與n-1比特的QAM正方形星座圖其次通過在各邊都增加2n-3個(gè)符號來拓展QAM正方形星座圖拓展時(shí)，忽略正方形的四角與QAM正方形星座圖不同的是，QAM十字形星座圖不能表示為一個(gè)PAM星座圖與其自身的笛卡爾積。按下述步驟構(gòu)造出每個(gè)符號對應(yīng)與n比特的信號星座圖14具有十字形星座圖的M進(jìn)制QAM的符號差錯(cuò)概率Pe比較復(fù)雜。其計(jì)算公式如下其中很大。這與正方形星座圖對應(yīng)的表達(dá)式是基本一致的，只是在星座圖的每一維都包含有額外的0.5bit。還有，對于QAM十字形星座圖是無法很好的進(jìn)行格雷編碼的。具有十字形星座圖的M進(jìn)制QAM的符號差錯(cuò)概率Pe比較復(fù)雜。其15M-QAM的matlab仿真仿真程序如下：fs=128e3;fc=20e3;M=16;type_of_mod='qam';Down_samp=2;test_data='my_speech.wav';siz=wavread(test_data,'size');[data,fcar]=wavread(test_data);x=[data]';%coulnmtorowvectorconversionsound(x,fcar);M-QAM的matlab仿真仿真程序如下：16tfplot(x,fs,'Voice','speechsignal');s_data=round((M-1)/2*(x+1));y1=my_qammod(s_data,M);y=awgn(y1,20);z=my_qamdemod(y,M);z1=(z-(M-1)/2)/M;orig_sp=my_rrcosflt(z1,fcar,fs,.22,3,'fs');sound(orig_sp,fcar);scale=modnorm(y,'peakpow',1);y=scale*y;%Scaletheconstellation.scatterplot(y);%Plotthescaledconstellation.gridon;tfplot(x,fs,'Voice','speech17M-QAM通信系統(tǒng)及matlab的仿真解析課件18M-QAM通信系統(tǒng)及matlab的仿真解析課件19M-QAM通信系統(tǒng)及matlab的仿真解析課件20M-QAM在有線電視網(wǎng)的應(yīng)用目前應(yīng)用的比較廣泛的是基于有線電視網(wǎng)絡(luò)的CableModem系統(tǒng)，其基本架構(gòu)如圖所示。有線電視網(wǎng)絡(luò)通過CableModem終端系統(tǒng)（CMTS）與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接。M-QAM在有線電視網(wǎng)的應(yīng)用目前應(yīng)用的比較廣泛的是基于有線電21在這種工作模式下，CableModem通過正交調(diào)幅（QAM）的方式調(diào)制解調(diào)信號，通過有線電視同軸電纜上和下載數(shù)據(jù)。這種技術(shù)實(shí)際上是從有線電視同軸電纜的模擬信號帶寬中分離出6MHz作為載頻建立下行通道。根據(jù)采用的調(diào)制方式的不同以不同的速度傳輸數(shù)據(jù)。CableModem一般采用的是64-QAM和256-QAM兩種調(diào)制方式，其特性如表。在這種工作模式下，CableModem通過正交調(diào)幅（QAM22

由此可以看出這種工作模式其本質(zhì)就是利用現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)帶寬來傳遞互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。在這種模式下工作時(shí)，CableModem終端系統(tǒng)（CMTS）在整個(gè)系統(tǒng)中起到非常重要的作用，它不但是CableModem的控制中心，而且它還是有線電視網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的接口部分。用戶通過CMTS與互連網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。這種工作方式所帶來的好處是顯而易見的，有線電視用戶不用鋪設(shè)新的數(shù)據(jù)通道，利用現(xiàn)有的有線電視線路，即可以與互連網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)。

23M-QAM通信系統(tǒng)及MATLAB仿真M-QAM通信系統(tǒng)及MATLA24幅度/相位混合調(diào)制方案在M進(jìn)制的PSK系統(tǒng)中，調(diào)制信號的同相分量和正交分量之間的相互關(guān)系使得信號保持恒定，這從信息點(diǎn)的圓形星座中可以清楚的看出.如果取消恒定的約定，同相分量和正交分量就能夠彼此獨(dú)立，從而得到一種新的調(diào)制方式，及M進(jìn)制QAM.幅度/相位混合調(diào)制方案在M進(jìn)制的PSK系統(tǒng)中，調(diào)制信號的同相25正交振幅調(diào)制是二進(jìn)制的PSK，四進(jìn)制的QPSK的進(jìn)一步的推廣，通過相位和振幅的聯(lián)合控制，可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式。QAM的一般表達(dá)式

其中0<t<Ts,上式由兩個(gè)相互正交的載波構(gòu)成，每一個(gè)載波被一組離散的振幅｛Am｝、｛Bm｝所調(diào)制，所以這種調(diào)制方式為正交振幅調(diào)制。正交振幅調(diào)制是二進(jìn)制的PSK，四進(jìn)制的QPSK的進(jìn)一步的推廣26式中Ts為碼元寬度，m=1，2，…，M，M為Am和Bm的電平數(shù)。QAM中的振幅Am和Bm，可以表示成：Am=dmA，Bm=emA式中，A是固定的振幅，（dm，em）決定已調(diào)QAM信號在信號空間中的坐標(biāo)點(diǎn)式中Ts為碼元寬度，m=1，2，…，M，M為Am和Bm27QAM的調(diào)制和相干解調(diào)QAM的調(diào)制和相干解調(diào)如圖一。在調(diào)制端，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串/并變換后分為兩路，分別經(jīng)過2電平到L電平的變換，形成Am和Bm，之后Am和Bm經(jīng)過調(diào)制低通濾波器，與相互正交的各路載波相乘。最后將兩個(gè)信號相加就可以得到已調(diào)輸出信號y(t).QAM的調(diào)制和相干解調(diào)QAM的調(diào)制和相干解調(diào)如圖一。在調(diào)制端28M-QAM通信系統(tǒng)及matlab的仿真解析課件29在接收端，輸入信號與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波信號相乘以后，經(jīng)過低通濾波器、多電平判決、L電平到2電平變換，再經(jīng)過并/串變換就得到輸出數(shù)據(jù)。在接收端，輸入信號與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波信號相乘以后，經(jīng)過30QAM的星座圖對于QAM調(diào)制而言，如何設(shè)計(jì)QAM信號的結(jié)構(gòu)不僅影響到已調(diào)信號的功率譜特性，而且影響已調(diào)信號的解調(diào)及其性能。因而研究QAM的星座圖來設(shè)計(jì)信號的結(jié)構(gòu)顯得十分重要。對應(yīng)于各種可能的符號數(shù)M，有兩種不同的QAM星座圖，當(dāng)每個(gè)符號對應(yīng)于偶數(shù)個(gè)比特時(shí)，星座圖是正方形的；當(dāng)每個(gè)符號對應(yīng)于奇數(shù)個(gè)比特時(shí)，星座圖是十字行的。QAM的星座圖對于QAM調(diào)制而言，如何設(shè)計(jì)QAM信號的結(jié)構(gòu)不31QAM正方形星座圖當(dāng)每個(gè)符號對應(yīng)于偶數(shù)個(gè)比特時(shí)，有其中，L為正整數(shù)。對于具有正方形星座圖QAM，有序坐標(biāo)對通常構(gòu)成一個(gè)正方形的矩陣QAM正方形星座圖當(dāng)每個(gè)符號對應(yīng)于偶數(shù)個(gè)比特時(shí)，有32在實(shí)際中，常用的一種QAM信號空間如圖，方形QAM，4QAM,16QAM,64QAM在實(shí)際中，常用的一種QAM信號空間如圖，方形QAM，4QAM33對于方形QAM，它可以看成是兩個(gè)脈沖振幅調(diào)制信號之和，因此利用脈沖振幅調(diào)制的分析結(jié)果，可以得到M進(jìn)制QAM的誤碼率為對于方形QAM，它可以看成是兩個(gè)脈沖振幅調(diào)制信號之和，因此利34QAM星型星座圖為了改善方型QAM的接收性能，還可以采用星型的QAM星座。將十六進(jìn)制方型QAM和十六進(jìn)制星型QAM進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)星型QAM的振幅環(huán)由方型的3個(gè)減少為2個(gè)，相位由12種減少為8種。QAM星型星座圖為了改善方型QAM的接收性能，還可以采用星型35QAM十字形星座圖為產(chǎn)生每個(gè)符號對應(yīng)于奇數(shù)個(gè)比特的M進(jìn)制QAM信號，需要采用十字形星座圖，如圖所示：QAM十字形星座圖為產(chǎn)生每個(gè)符號對應(yīng)于奇數(shù)個(gè)比特的M進(jìn)制QA36按下述步驟構(gòu)造出每個(gè)符號對應(yīng)與n比特的信號星座圖首先給出每個(gè)符號對應(yīng)與n-1比特的QAM正方形星座圖其次通過在各邊都增加2n-3個(gè)符號來拓展QAM正方形星座圖拓展時(shí)，忽略正方形的四角與QAM正方形星座圖不同的是，QAM十字形星座圖不能表示為一個(gè)PAM星座圖與其自身的笛卡爾積。按下述步驟構(gòu)造出每個(gè)符號對應(yīng)與n比特的信號星座圖37具有十字形星座圖的M進(jìn)制QAM的符號差錯(cuò)概率Pe比較復(fù)雜。其計(jì)算公式如下其中很大。這與正方形星座圖對應(yīng)的表達(dá)式是基本一致的，只是在星座圖的每一維都包含有額外的0.5bit。還有，對于QAM十字形星座圖是無法很好的進(jìn)行格雷編碼的。具有十字形星座圖的M進(jìn)制QAM的符號差錯(cuò)概率Pe比較復(fù)雜。其38M-QAM的matlab仿真仿真程序如下：fs=128e3;fc=20e3;M=16;type_of_mod='qam';Down_samp=2;test_data='my_speech.wav';siz=wavread(test_data,'size');[data,fcar]=wavread(test_data);x=[data]';%coulnmtorowvectorconversionsound(x,fcar);M-QAM的matlab仿真仿真程序如下：39tfplot(x,fs,'Voice','speechsignal');s_data=round((M-1)/2*(x+1));y1=my_qammod(s_data,M);y=awgn(y1,20);z=my_qamdemod(y,M);z1=(z-(M-1)/2)/M;orig_sp=my_rrcosflt(z1,fcar,fs,.22,3,'fs');sound(orig_sp,fcar);scale=modnorm(y,'peakpow',1);y=scale*y;%Scaletheconstellation.scatterplot(y);%Plotthescaledconstellation.gridon;tfplot(x,fs,'Voice','speech40M-QA