M-QAM通信系统及matlab的仿真.

M-QAM通信系统及MATLAB仿真一．幅度/相位混合调制方案在M进制的PSK系统中，调制信号的同相分量和正交分量之间的相互关系使得信号保持恒定，这从信息点的圆形星座中可以清楚的看出.如果取消恒定的约定，同相分量和正交分量就能够彼此独立，从而得到一种新的调制方式，及M进制QAM.正交振幅调制是二进制的PSK，四进制的QPSK的进一步的推广，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。QAM的一般表达式其中0tTs,上式由两个相互正交的载波构成，每一个载波被一组离散的振幅｛Am｝、｛Bm｝所调制，所以这种调制方式为正交振幅调制。tttywBwAcmcmsincos)(式中Ts为码元宽度，m=1，2，…，M，M为Am和Bm的电平数。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）决定已调QAM信号在信号空间中的坐标点二．QAM的调制和相干解调QAM的调制和相干解调如图一。在调制端，输入数据经过串/并变换后分为两路，分别经过2电平到L电平的变换，形成Am和Bm，之后Am和Bm经过调制低通滤波器，与相互正交的各路载波相乘。最后将两个信号相加就可以得到已调输出信号y(t).串/并变换电平变换电平变换预调制LPF预调制LPFAmBm求和coswctsinwct乘QAM解调框图QAM调制框图乘已调信号输出y（t）载波恢复乘乘LPFLPF电平变换多电平判断多电平判断定时恢复电平变换串/并变换在接收端，输入信号与本地恢复的两个正交载波信号相乘以后，经过低通滤波器、多电平判决、L电平到2电平变换，再经过并/串变换就得到输出数据。三．QAM的星座图对于QAM调制而言，如何设计QAM信号的结构不仅影响到已调信号的功率谱特性，而且影响已调信号的解调及其性能。因而研究QAM的星座图来设计信号的结构显得十分重要。对应于各种可能的符号数M，有两种不同的QAM星座图，当每个符号对应于偶数个比特时，星座图是正方形的；当每个符号对应于奇数个比特时，星座图是十字行的。1.QAM正方形星座图当每个符号对应于偶数个比特时，有其中，L为正整数。对于具有正方形星座图QAM，有序坐标对通常构成一个正方形的矩阵ML)1,1()1,3()1,1()3,1()3,3()3,1()1,1()1,3()1,1(,LLLLLLLLLLLLLLLLLLbaii在实际中，常用的一种QAM信号空间如图，方形QAM，4QAM,16QAM,64QAM对于方形QAM，它可以看成是两个脉冲振幅调制信号之和，因此利用脉冲振幅调制的分析结果，可以得到M进制QAM的误码率为)()11(200NEPerfcMe2.QAM星型星座图为了改善方型QAM的接收性能，还可以采用星型的QAM星座。将十六进制方型QAM和十六进制星型QAM进行比较，可以发现星型QAM的振幅环由方型的3个减少为2个，相位由12种减少为8种。3.QAM十字形星座图为产生每个符号对应于奇数个比特的M进制QAM信号，需要采用十字形星座图，如图所示：内部2n-1个信息点构成的正方形2n-3个信息点2n-3个信息点2n-3个信息点2n-3个信息点按下述步骤构造出每个符号对应与n比特的信号星座图首先给出每个符号对应与n-1比特的QAM正方形星座图其次通过在各边都增加2n-3个符号来拓展QAM正方形星座图拓展时，忽略正方形的四角与QAM正方形星座图不同的是，QAM十字形星座图不能表示为一个PAM星座图与其自身的笛卡尔积。具有十字形星座图的M进制QAM的符号差错概率Pe比较复杂。其计算公式如下其中很大。这与正方形星座图对应的表达式是基本一致的，只是在星座图的每一维都包含有额外的0.5bit。还有，对于QAM十字形星座图是无法很好的进行格雷编码的。)()211(200NEPerfcMeNE00四．M-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);tfplot(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;五．M-QAM在有线电视网的应用目前应用的比较广泛的是基于有线电视网络的CableModem系统，其基本架构如图所示。有线电视网络通过CableModem终端系统（CMTS）与互联网络连接。在这种工作模式下，CableModem通过正交调幅（QAM）的方式调制解调信号，通过有线电视同轴电缆上和下载数据。这种技术实际上是从有线电视同轴电缆的模拟信号带宽中分离出6MHz作为载频建立下行通道。根据采用的调制方式的不同以不同的速度传输数据。CableModem一般采用的是64-QAM和256-QAM两种调制方式，其特性如表。由此可以看出这种工作模式其本质就是利用现有的有线网络带宽来传递互联网络数据。在这种模式下工作时，CableModem终端系统（CMTS）在整个系统中起到非常重要的作用，它不但是CableModem的控制中心，而且它还是有线电视网络与互联网络的接口部分。用户通过CMTS与互连网络交换数据。这种工作方式所带来的好处是显而易见的，有线电视用户不用铺设新的数据通道，利用现有的有线电视线路，即可以与互连网络交互数据。