基于Quartus的16QAM调制系统设计

84 E I C Vo.l 15 2008 No .5欢迎光临本刊网站h tt p ://www .e i c.c o m.c n文章编号:1671-1041(2008)05-0084-02基于Simu link 的16QA M 调制系统的仿真实现李晓丽,王跃存(天津工业大学信息与通信工程学院,天津300160)摘要:本文对16QAM 调制原理进行了简要分析,利用M a tlab 软件中的Si m u li n k 仿真平台进行系统建模,实现了16QA M 调制系统的模拟仿真,最终得到了理想的仿真结果。

关键词:16QA M ;Si m u link;调制;仿真中图分类号:TN 914 文献标识码:BSi m u la tion of 16QA M m odu la tionsyste m based on Si m u linkLI X i a o 2l,i W ANG Yue 2cun(T i an ji n Polytechn ic Un i ver sity Sch ool of In form ati on and Comm un ication En gineer i n gT ian jin 300160,Ch i n a)Ab s trac :t Th i s p ape r ana l y s i s to t he 16QA M m od u l a ti on p ri nc i p l eb ri e fl y ,a nd us e s Ma tl a b i n so ft w a re 's S m i u l i nk s m i u l a ti on p l a tf o r m t o ca rry o n the sy s t em m od e l i ng,it has rea l i zed t he 16Q A M m odu l a ti o n s ys t em 's a na l og s m i u l a ti o n ,a nd ob t a i ned t he i dea l s m i u l a ti o n res u l t fi na ll y .Ke y w o r d s :16QAM;S m i u li nk ;m od u l a ti on;s m i u l a ti on1 引言当今,通信技术的发展日新月异,通信系统也日趋复杂,因此在各种通信系统的设计研发环节中,软件仿真已成为必不可少的部分。

课程设计目的随着现代通信技术的发展，特别是移动通信技术高速发展，频带利用率问题越来越被人们关注。

在频谱资源非常有限的今天，传统通信系统的容量已经不能满足当前用户的要求。

正交幅度调制QAM(Quadrature Amplitude Modulatio n)以其高频谱利用率、高功率谱密度等优势，成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。

课程设计仪器装有matlab的PC机相关原理调制在通信系统中的作用至关重要。

所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。

广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。

载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，即使载波的某一个或某几个参数暗中啊调制信号的规律而变化。

调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。

未受调制的周期性震荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以使非正弦波（如周期性脉冲序列）。

载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。

基带信号对载波的调制是为了实现下列一个或多个目标：第一，在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。

为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长相比拟，而基带信号包含的较低频率分量的波长较长，只是天线过长而难以实现。

但若通过调制，把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上，是已调信号的频谱与信道的带通特性相匹配，这样就可以提高传输性能，以较小的发送功率与较短的天线来辐射电磁波。

第二，把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。

第三，扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。

因此，调制对通信系统的有效性和可靠性有着很大的影响和作用。

解调（也称检波）则是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。

解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。

相干解调时，为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波。

16QAM调制与解调一、实验目的1 掌握16QAM调制与解调原理。

2 掌握systemview仿真软件使用方法3 设计16QAM调制与解调仿真电路，观察同相支路、正交支路波形及16QAM 星座图。

二、仿真环境Windows98/2000/XPSystemView5.0三、16QAM调制解调原理方框图1．16QAM调制原理16QAM是用两路独立的正交4ASK信号叠加而成，4ASK是用多电平信号去键控载波而得到的信号。

它是2ASK体制的推广，和2ASK相比，这种体制的优点在于信息传输速率高。

正交幅度调制是利用多进制振幅键控（MASK）和正交载波调制相结合产生的。

16进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。

16QAM的产生有2种方法：（1）正交调幅法，它是有2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；（2）复合相移法：它是用2路独立的四相位移相键控信号叠加而成。

这里采用正交调幅法。

16QAM正交调制的原理如下图1所示。

图1 16QAM 调制器图中串/并变换器将速率为R b 的二进制码元序列分为两路,速率为R b /2.2-4电平变换为R b /2的二进制码元序列变成速率为R S =R b /log 216的4个电平信号,4电平信号与正交载波相乘,完成正交调制,两路信号叠加后产生16QAM信号.在两路速率为R b /2的二进制码元序列中,经2-4电平变换器输出为4电平信号,即M=16.经4电平正交幅度调制和叠加后,输出16个信号状态,即16QAM. R S =R b /log 216=R B /4.2.16QAM 解调原理16QAM 信号采取正交相干解调的方法解调，解调器首先对收到的16QAM 信号进行正交相干解调，一路与t c ωcos 相乘，一路与t c ωsin 相乘。

然后经过低通滤波器，低通滤波器LPF 滤除乘法器产生的高频分量，获得有用信号，低通滤波器LPF 输出经抽样判决可恢复出电平信号。

16QAM 正交相干解调如图2所示。

资料《通信原理及系统课程设计》报告二○一一～二○一二学年第二学期学号091603048姓名张薇班级通信Q0941电子工程系设计任务书【设计题目】16QAM调制与解调系统的设计【设计目的】通过此综合设计，加深基本理论知识的理解，加强理论联系实际，增强动手能力，提高通信系统仿真的设计技能。

【设计内容】1.设计任务：利用所学通信知识，设计一个16QAM调制与解调系统，并用SystemVIEW进行仿真和分析，从而实现理论联系实际的作用。

2.基本要求：（1）用码元速率为19.2Kb/s的随机序列作为实验系统的信号源；（2）用频率为76.8kHz的正交信号作为实验系统的载波信号；（3）用9.6Kb/s的方波信号及其正交信号，作为抽样判决的时钟信号，抽样频率为384kHz；（4）保证串/并变换、并/串变换的正确性；（5）对完成的系统进行性能仿真，加入噪声电压，分析其输出性能。

【提交要求】1.打印设计报告，内容包括：（1）设计思路及设计方案；（1）系统的基本原理框图以及每一个模块的作用；（2）系统设计过程中，每一个用到的图符中主要参数的意义；（3）每一个用到的图符主要参数的设定和设定的依据；（4）仿真系统参数改变时，给仿真结果带来的影响（如高斯白噪声信道的信噪比增加，则误码率减小）；（5）仿真的结果（波形截图，总体分析评价等）。

2.仿真程序（需要加注释）。

目录一、设计思路 (5)二、总体方案设计 (5)1、调制方案 (5)2、解调方案 (6)三、总体电路图 (7)四、模块设计及主要参数设置 (7)1、串/并转换 (8)2、低通滤波 (8)3、抽样判决 (9)4、并/串转换 (10)五、仿真结果及分析 (11)1．仿真参数设置 (11)2、仿真结果 (12)3、仿真结果分析 (16)六、小结 (16)一、设计思路16QAM即16进制正交振幅调制，它是一种振幅/相位联合键控（APK)体制。

16QAM的产生有2种方法：（1）正交调幅法，它是有2 路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；（2）复合相移法：它是用2路独立的四相位移相键控信号叠加而成。

目录一、设计思路及设计方案 (2)1）16QAM调制原理 (2)2）设计思路 (2)3）设计方案 (2)二、总体电路组成与分析 (3)1）总体电路图 (3)2）总体电路分析 (3)三、子电路系统分析 (4)1）串并变换子系统 (4)3）四电平判决子系统 (8)4）4-2变换子系统 (10)5）串并转换子系统 (13)四、仿真波形 (15)1）调制部分 (15)2）.解调部分 (18)3）.星座图： (22)五、设计总结 (22)六、参考文献 (23)一、设计思路及设计方案1）16QAM调制原理在16QAM中，数据信号由相互正交的两个载波合成。

16QAM是一种矢量调制，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，然后将符号的I、Q分量（对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向）采用幅度调制，分别对应调制在相互正交（时域正交）的两个载波（coswt 和sinwt）上，然后两路正交信号相加得到调制信号。

2）设计思路16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相位的组合，16-QAM的每个符号和周期传送4比特。

16进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。

16QAM的产生有2种方法：（1）正交调幅法，它是有2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；（2）复合相移法：它是用2路独立的四相位移相键控信号叠加而成。

这里采用正交调幅法。

3）设计方案首先，伪随机码发生器产生速率为Rb的二进制序列，此二进制码流经串一并变换器将分成两个速率为Rb／2的两电平序列，2一4电平变换器将每个速率为Rb／2的两电平序列变成速率为Rb／4，4电平信号，然后分别与两个正交的载波相乘，相加后即产生QAM信号。

QAM信号的解调器同样可以采用正交的相干解调方法。

同相I路和正交Q路的4电平基带信号用判决器判决后，分别恢复出速率等于Rb／2的二进制序列，最后经并一串变换器将两路二进制序列合成一个速率为Rb的二进制序列。

基于FPGA的16QAM调制解调器的实现组员：目录摘要3一、QAM调制原理3二、QAM的解调原理4三、16QAM调制器的实现51 系统总体框图 52 时钟分频 63 串并转换 64 差分编码和星座映射 65 DDS和线性加法器7四、QAM解调模块设计71 低通滤波器模块设计72 采样判决模块设计8五、16QAM调制器的仿真结果9四、附录121 顶层模块122 时钟分频模块133 串并转换模块144 差分模块和星座映射模块155 DDS 和加法器模块176 testbench 源程序227 用matlab 进行频谱分析23摘要QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是一种新的调制技术，它在调制过程中利用了相位和幅度两维空间资源，比只利用单一维度空间资源的PSK 和ASK 调制方式频谱利用率高，不仅如此，QAM 的星座点比PSK 的星座点更分散，星座点之间的距离因此更大，所以能提供更好的传输性能。

随着第三代移动通信的兴起，传输容量增大，多进制正交幅度调制MQAM (Multiple Quadrature Amplitude Modulation)将得到更加广泛的运用。

本文主要研究了基于FPGA 的16QAM 调制与解调的实现。

首先说明了QAM 调制和解调的原理，然后对各系统组成模块分析与仿真之后提出基于FPGA 的16QAM 调制与解调的总体设计方案。

最后用Verilog 语言编写程序完成了整个系统的仿真，并对编好的程序其进行了编译调试。

文中详细介绍了载波恢复、正交相干解调、FIR 低通滤波器和采样判决的基本原理和设计方法。

关键词：正交相干解调，混频，FPGA ，QAM一、QAM 调制原理正交幅度调制(QAM)是一种把数字信息包含在载波的振幅和相位中的数字调制方式，也是ASK 和PSK 的结合。

式(1)表示了QAM 信号，它还可用式(2)来表示在QAM 中是如何结合幅度和相位调制的。

基于simulink的16QAM调制解调系统的设计本科毕业设计论文摘要16进制正交振幅调制技术(16QAM)是一种功率和带宽相对高效的信道调制技术，这种方式具有很高的频谱利用率，在调制进制数较高时，信号矢量集的分布也较合理，同时实现起来也较方便。

因此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。

所以，16QAM应用起来容易实现，并有抗噪声性能强的优点。

本文首先研究了QAM调制解调系统的工作原理。

然后利用Simulink对16QAM调制系统进行仿真，通过分析信号加噪前后的星座图、眼图，以及信噪比变化条件下系统的误码率，从而分析16QAM系统性能。

最后，为了证明16QAM是一种相对优越的调制解调系统，使其与2DPSK的误码率做比较。

通过仿真实验的实现，证明了该系统满足设计要求，能够完成其系统的仿真，并能通过眼图、星座图、误码率来验证系统的性能。

关键词: 16QAM 仿真 2DPSK 误码率AbstractHexadecimal orthogonal amplitude modulation technology (16 QAM) is a kind of power and bandwidth relatively efficient channel modulation technology, this kind of means is of high frequency spectrum efficiency in the modulation system into several high, the distribution of the signal vector set more reasonable also realize rise more convenient also.It has been used widely in field of large-capacity digital microwave communication systems high-speed data transmission cabletelevision network and satellite communications.So,16QAM application up easy to implement and have the advantages of the strong performance of the noise.This article briefly introduce how QAM modulation and demodulation system works. After a simulation of the 16QAM modulation system ,through the analysis of signal is added a noise of the constellation chart, before and after eye chart ,and signal-to-noise ratio change conditions the system BER,so as to analyze 16QAM and system performance.Finally,in order to prove that the 16QAM is a relatively superior demodulation system,makeits and 2DPSK BER compare.Through the simulation test the system to satisfy the design requirements can perform its system simulation and through the eye chart constellation chart BER to verify the performance of the system.Keywords: 16QAM Simulation 2DPSK BER目录第1章绪论 .......................................... 1 1.1 课题研究背景 .................................... 1 1.2 国内外研究现状 .................................. 2 1.3 主要研究内容 .................................... 3 第2章正交振幅调制 ................................... 4 2.1 正交振幅调制的概述 .............................. 4 2.2 MQAM信号的星座图................................ 6 2.3 QAM的调制解调原理 ............................... 9 第3章基于Simulink的16QAM调制解调系统实现与仿真 .. (11)3.1 16QAM调制模块的模型建立与仿真 (13)3.1.1 信号源 (13)3.1.2 串并转换模块 (13)3.1.3 2/4电平转换模块 (15)3.1.4 调制系统的实现 ............................. 18 3.2 16QAM解调模块的模型建立与仿真 (19)3.2.1 相干解调 (19)3.2.2 4/2电平判决 (20)3.2.3 并串转换 ................................... 21 第4章 16QAM系统性能分析 .. (24)I4.1 眼图 .......................................... 24 4.2 星座图 ........................................ 26 4.3 误码率 ........................................ 29 4.4 16QAM与2DPSK系统性能比较 . (31)第5章 16QAM的应用 .................................. 33 第6章结论与总结 .................................... 35 6.1 本文总结....................................... 35 6.2 不足与展望 ..................................... 36 参考文献 ............................................. 38 致谢 ................................................. 40 附录 ................................................. 42 附录A 外文资料 (42)II石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章绪论1.1 课题研究背景当今，通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，因此在各种通信系统的设计研发环节中, 软件仿真已成为必不可少的部分。

16qam高低阶调制理论说明1. 引言1.1 概述16QAM（即16-Quadrature Amplitude Modulation）是一种常用的调制技术，广泛应用于无线通信系统、视频传输和数据传输领域。

通过将数据信号编码成特定的组合，16QAM能够在有限带宽内实现高效可靠的数据传输。

1.2 文章结构本文将首先介绍16QAM调制的基本原理，包括调制过程、信号空间图以及解调过程。

随后，我们将比较高低阶调制的优劣，并提供选择技术时的依据。

最后，我们将讨论16QAM在无线通信系统、视频传输和数据传输领域中的应用情况。

1.3 目的本文旨在为读者提供关于16QAM高低阶调制的全面理论说明。

通过深入了解这种调制技术及其应用领域，读者可以更好地了解其优势和限制，并且能够根据实际需求做出合理选择。

以上为“1. 引言”部分内容说明，请准备好下一部分“2. 16QAM调制理论”的撰写。

2. 16QAM调制理论：2.1 调制原理：16QAM调制是一种基于正交振幅调制（QAM）的调制技术。

它将原始数据流分为两个独立的组，并在每个组中使用4种不同的相位和4种不同的振幅级别。

这样每个符号可以代表4位比特，总共有16种不同的可能符号。

具体而言，16QAM调制按照二进制位将输入比特串以组为单位进行排列，然后再映射到复数域中形成复数信号点。

每个信号点表示一个特定的组合符号。

其中，信号空间被划分为不同的象限，每个象限代表一种相位和振幅组合。

2.2 信号空间图：通过绘制16QAM调制后的信号点，我们可以得到信号空间图。

在该图中，横轴和纵轴分别表示实部和虚部。

由于16QAM每个符号代表4比特信息，所以在信号空间图中会有16个离散的点。

这些点呈现出正方形格状分布，并且连接了各个象限。

2.3 解调过程：解调过程是16QAM调制系统中将接收到的信号点映射回原始数据流的过程。

首先，接收到的信号经过采样和量化处理后，被映射到离散的信号点上。

然后通过判断每个信号点所在的象限，并根据参考点的位置计算得到对应的二进制比特串。

目录摘要 (3)Abstract (4)1.1 选题背景及研究的意义 (5)1.2 论文内容及安排 (5)第二章正交振幅调制理论研究 (6)2.1 QAM调制原理 (6)2.2 QAM解调原理 (8)2.3 本章小结 (10)第三章 16QAM调制解调系统的实现与仿真 (11)3.1 16QAM调制模块模型建立 (11)3.1.1信号源 (11)3.1.2 串/并转换 (11)3.1.3 2/4转换 (13)3.1.4 其他模块 (14)3.1.5 调制实现 (15)3.2 16QAM解调模块模型建立 (17)3.2.1 相干解调 (17)3.2.2 4/2转换 (18)3.2.3 并/串转换 (19)3.2.4 其他模块 (20)3.2.5 解调实现 (21)3.3 16QAM系统Simulink模型建立 (22)3.4 本章小结 (23)第四章 16QAM抗噪声性能分析 (24)4.1 16QAM错误概率计算 (24)4.2 16QAM抗噪声性能仿真 (24)4.3 本章小结 (26)第五章总结与展望 (27)致谢 (28)参考文献 (29)摘要QAM（Quadrature Amplitude Modulation）调制是一种具有高频谱利用率且能够灵活地根据传输环境与传输信源的不同自适应地调整其调制速率的调制技术，因此可以缓和目前通信传输技术中频带紧张状况以及多速率综合业务传输。

目前QAM调制技术在移动通信领域，数字电视广播，因特网宽带接入以及一些专门的军事无线通信领域得到了广泛地应用。

本文首先阐述了QAM调制解调技术的基本原理及QAM信号产生和解调所需的关键步骤，然后利用Simulink仿真平台对16QAM调制与解调系统进行建模仿真并且在加入高斯白噪声信道的情况下得到了调制端与解调端的波形图，星座图与误码率，最后绘制出该仿真系统的误码率曲线。

关键词：16QAM 调制与解调高斯白噪声星座图误码率AbstractQAM is a modulation technique of high spectral efficiency, the modulation rate of QAM can be adjusted adaptively according to the environment and the type of source. Because of these advantages, the current severe situation of band can be eased. Now, QAM technique applies in the field, such as mobile communications, digital television broadcasting, Internet as well as some specialized military fields of wireless communications.The theory and model of QAM modulation and demodulation are analyzed first in this paper. And then design 16QAM modulation and demodulation system by using Simulink. In the case of adding Gaussian white noise channel, the waveform diagram, constellation diagram and BER can be obtained. Finally, by drawing out the BER curves of the simulation system the correctness of the design results can be concluded.Keywords: 16QAM Modulation and Demodulation Gaussian white noise Constellation diagram BER第一章绪论1.1 选题背景及研究的意义在当代社会中信息交换日益频繁，随着通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合，通信能克服对空间和时间的限制，大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。

2007年第12期，第40卷 通 信 技 术 Vol.40，No.12,2007 总第192期Communications Technology No.192,Totally基于SystemView的16QAM调制解调系统的设计与仿真吕海军①， 陈前斌①， 吴小平②（①重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065；②中国联通重庆分公司，重庆 400042）【摘 要】正交幅度调制QAM (Quadrature Amplitude Modulation)以其高频谱利用率、高功率谱密度等优势，成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。

文中介绍了QAM 调制解调原理，提出了一种基于SystemView的16QAM系统调制解调方案，对16QAM系统的星座图和误码率进行了仿真。

仿真结果证明该系统设计方案简易可行，对于QAM相关产品研发和QAM深入理论研究以及电子教学都具有一定的理论和实践指导意义。

【关键词】16 Quadrature Amplitude Modulation；原理；调制解调；SystemView；仿真【中图分类号】TN911 【文献标识码】B 【文章编号】1002-0802(2007)12-0113-03Design and Simulation of the 16QAM Modulation /Demodulation SystemBased on the SystemViewLV Hai-jun①， CHEN Qian-bin①， WU Xiao-Ping②(①Communications and Information Engineering Institute of Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065, China; ②Filiale of China Unicom, Chongqing 400042, China)【Abstract】Because of its multiple advantages, such as high frequency spectrum utilization ratio and high power spectrum density, etc, QAM (Quadrature Amplitude Modulation) has become the major choice scheme for wide band wireless access and wireless video communications. In this paper, the principle of QAM modulation /demodulation is described. Then, a simulation scheme for the 16QAM modulation /demodulation system based on the SystemView platform is proposed. Finally, simulation of the constellation chart and the BER(Bit Error Rate) chart of the 16QAM system is given. Simulation results indicate that this system design scheme is both simple and feasible, and is of ghidance to the development of related QAM products, including in-depth theory research and electronic teaching.【Key words】16QAM; principle; modulation /demodulation; systemView; simulation0 引言无线通信技术的迅猛发展对数据传输速率、传输效率和频带利用率提出了更高的要求。