M-QAM调制在⾼斯信道和Rayleigh衰落信道中的平均误码率性能研究 M-QAM调制在⾼斯信道和Rayleigh衰落信道中的平均误码率性能研究
李典程博林吉
摘要
本次课程设计利⽤MATLAB软件对多进制QAM调制解调系统进⾏仿真，其中，信道采⽤瑞利衰落信道和⾼斯信道，调制⽅式为正交振幅调制⽅式，解调⽅式为相⼲解调⽅式。通过编程得到⾼斯信道和瑞利衰落信道下的误码率曲线，并进⾏了对⽐分析。
关键词：QAM调制平均误码率性能⾼斯信道瑞利衰落信道 MATLAB仿真
双层玻璃茶杯1.引⾔
随着通信业迅速的发展，传统通信系统的容量已经越来越不能满⾜当前⽤户的要求，⽽可⽤频谱资源有限，也不能靠⽆限增加频道数⽬来解决系统容量问题。另外，⼈们亦不能满⾜通信单⼀的语⾳服务，希望能利⽤移动电话进⾏图像等多媒体信息的通信。但由于图像通信⽐电话需要更⼤的信道容量。⾼效、可靠的数字传输系统对于数字图像通信系统的实现很重要，正交幅度调制QAM是数字通信中⼀种经常利
⽤的数字调制技术，尤其是多进制QAM具有很⾼的频带利⽤率，在通信业务⽇益增多使得频带利⽤率成为主要⽭盾的情况下，正交幅度调制⽅式是⼀种⽐较好的选择。
2.成员分⼯
本次课程设计，初期先由林吉进⾏了QAM相关资料的收集整理⼯作，然后李典进⾏了QAM调制在⾼斯信道下的误码率性能程序的编写和修改⼯作，由程博进⾏QAM在Rayleigh信道中的误码率性能程序的编写和修改⼯作，仿真成功后每个⼈将完成的部分整理成⽂档，最后综合到⼀起完成了本篇课程设计报告。
3.QAM的基本介绍
正交振幅调制（QAM）是⼀种⽮量调制，它是将输⼊⽐特先映射（⼀般采⽤格雷码）到⼀个复平⾯（星座）上，形成复数调制符号。正交调幅信号有两个相同频率的载波，但是相位相差90度（四分之⼀周期，来⾃积分术语）。⼀个信号叫I信号，另⼀个信号叫Q信号。从数学⾓度将⼀个信号可以表⽰成正弦，另⼀个表⽰成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达⽬的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。这样与之作幅度调制（AM）相⽐，其频谱利⽤率⾼出⼀倍。
QAM是⽤两路独⽴的基带信号对两个相互正交的同频载波进⾏抑制载波双边带调幅，利⽤这种已调信号的频谱在同⼀带宽内的正交性，实现两路并⾏的数字信息的传输。该调制⽅式通常有⼆进制QAM（4QAM）、四进制QAM（l6QAM）、⼋进制QAM（64QAM）、…，对应的空间信号⽮量端点分布图称为星座图，分别有4、16、64、…个⽮量端点。⽬前QAM最⾼已达到1024QAM。样点数⽬越多，其传输效率越⾼。但并不是样点数⽬越多越好，随着样点数⽬的增加，QAM系统的误码率会逐渐增⼤，所以在对可靠性要求较⾼的环境，不能使⽤较多样点数⽬的QAM。对于4QAM，当两路信号幅度相等时，其产⽣、解调、性能及相位⽮量均与4PSK相同。
a 4QAM星座图
b 16QAM星座图
QAM采⽤格雷编码，采⽤格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个⽐特只有⼀位不同，由于因相位误差造成错判⾄相邻相位上的概率最⼤，故这样编码使之仅造成⼀个⽐特误码的概率最⼤。
QAM的调制和相⼲解调框图如图（1）、图（2）所⽰。在调制端，输⼊数据经过串/并变换后分成两路。为了抑制已调信号的带外辐射，两路电平映射出的信号还要经过预调制低通滤波器，才分别与相互正交的各路载波相乘。最后两路信号相加就可以以得到已调输出信号y。
图（1）正交调制原理框图
解调是调制的逆过程，在接收端解调器中可以采⽤正交的相⼲解调⽅法。接受到的信号分两路进⼊两个正交的载波的相⼲解调器，再分别进⼊判决器形成L 进制信号并输出⼆进制信号，最后经并/串变换后得到基带信号。
图（2）相⼲解调原理框图
对于⽅型QAM 来说，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
的误码率公式：
12(1(1
2M P erfx erfx =-log 2()M 为每个码元内的⽐特数，snrpBit 为每⽐特的平均信噪⽐。
4.信道介绍
led背光屏
4.1⾼斯信道简介：
⾼斯信道，最简单的信道，常指加权⾼斯⽩噪声(AWGN)信道。这种噪声假设为在整个信道带宽下功率谱密度(PDF)为常数，并且振幅符合⾼斯概率分布。
⾼斯信道对于评价系统性能的上界具有重要意义，对于实验中定量或定性地评价某种调制⽅案、误码率(BER)性能等有重要作⽤。 4.2瑞利衰落信道简介：
瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel ）是⼀种⽆线电信号传播环境的统计模型。这种模型假设信号通过⽆线信道之后，其信号幅度是随机的，即“衰落”，并且其包络服从瑞利分布。双扣管
瑞利分布是⼀个均值为0，⽅差为σ2的平稳窄带⾼斯过程，其包络的⼀维分布是瑞利分布。其表达式及概率密度如图所⽰。
瑞利分布函数
汽车夜视仪
瑞利分布是最常见的⽤于描述平坦衰落信号接收包络或独⽴多径分量接受包络统计时变特性的⼀种分布类型。两个正交⾼斯噪声信号之和的包络服从瑞利分布。
通常将信道增益以等效基带信号表⽰，即⽤⼀复数表⽰信道的幅度和相位特性。由此瑞利衰落即可由这⼀复数表⽰，它的实部和虚部服从于零均值的独⽴同分布⾼斯过程。
infocenter5.误码率性能仿真图
图像拼接器
5.1 QAM 调制⽅式，信道为⾼斯信道的系统误码率分析图：
5.2 QAM调制⽅式，信道为瑞利衰落信道的系统误码率分析图：
M=4和8
M=16
M=32
