张平凡 基于MATLAB的QAM调制解调实现
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基于MATLAB的QAM调制解调实现
学生姓名：张平凡 指导老师：吴志敏
摘 要 : 此次课程设计的主要内容为利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现QAM的调制解调，，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。通过此次课设，我加深了关于正交调幅方面的理论知识，加强了MATLAB软件的操作能力，对以后的实验操作打下了基础。
此次课程设计，旨在提高自己的MATLAB软件编程能力，自学能力，对资料的收集.理解以及总结的能力。在此次课程设计中，我依托MATLAB为平台，编程实现QAM调制解调的实现，并将相关图形绘制出来，进一步巩固了对课本知识的理解。
关键词 : MATLAB; 正交振幅调制; 频谱利用率; 调制与解调;
1. 引 言
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【1】。
通信原理通信工程的一门重要的专业课，调制与解调又是通信的精髓，调制就是
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用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号，QAM(正交振幅调制)是一种振幅和相位联合键控，在MPSK体制中，随着M的增大，相位相邻相位的距离逐渐缩小，使噪声容限随之减小，使误码率难于保证，为了改善在M大的噪声容限，发展出了QAM体制【2】。
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【3】。
1.1课程设计目的
此次课程设计的主要内容为利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现QAM的调制解调，并绘制出解调前后的时域和频域波形及叠加噪声时解调前后的时频波形，根据运行结果和波形来分析该解调过程的正确性及信道对信号传输的影响。通过此次课设，我加深了关于正交调幅方面的理论知识，加强了MATLAB软件的操作能力，对以后的实验操作打下了基础。
1.2课程设计要求
（1） 熟悉MATLAB软件的使用并编写程序。
（2） 绘制并观察出QAM信号解调前后在时域和频域中的波形及其变化，理解调制解调
原理。
（3） 叠加噪声绘制图形，分析噪声对信号传输造成的影响。
1.3课程设计步骤
（1）运用randint()函数产生一个四进制基带信号。 （2）运用qammod()函数，进行4qam调制。
（3）调用scatterplot()函数，绘制散点图。 （4）叠加噪声后，再解调输出。
（5）绘制时域和频域内的波形，分析结果。
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2 .QAM调制解调原理
2.1 QAM调制原理
QAM（Quadrature Amplitude Modulation）：正交振幅调制。其映射过程为：将输入的比特信号按所需的QAM 信号来进行M 阶映射，分别映射为IQ 两路，成为复数符号信息。
QAM 调制技术采用振幅和相位进行联合调制，因此单独的使用其中的一种调制，就会演变成其他的调制方式。对于振幅调制而言，其主要作用是控制载波的振幅大小，因此信号的矢量端点在一条轴线上分布；对于相位调制而言，其主要作用是控制载波相位的变化，因此其信号的矢量端点在圆上分布。QAM 信号阶数不断提高，信号矢量点之间的距离就会变小，因此噪声容限也会变小，在判决的时候就很容易发生错误。
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图2.1正交振幅调制原理框图
2.2QAM解调原理及方法
利用正交相干解调器，解调器输入端的已调信号与本地恢复的两个正交载波相乘，
经过低通滤波器输出两路多电平基带信号X(t)和Y(t),用门限电平为(L-1)的判决器判决后，分别恢复出两路速率为Rb/2的二进制序列，最后经过并/串变换器将两路二进制序列组合为一个速率为Rb的二进制序列【6】。 下图为正交振幅调制解调原理框图:
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图2.2正交振幅调制解调原理框图
3. 仿真实现过程
以数字信号为例
3.1设计产生四进制基带信号
x=randint(1,N,M);
产生一个四进制基带信号，运用stairs函数画出该序列的时域波形。
图3.1四进制基带信号图
如图，绘制出横轴(0~20),纵轴(-1~5)的四进制基带信号。由图易知,四进制基带信号取值为0,1,2,3。