16QAM調(diào)制與解調(diào)的MATLAB實(shí)現(xiàn)及調(diào)制性能分析

1、X2009級(jí)通信工程專業(yè)XX_,X通信原理課程設(shè)計(jì)通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)16QAMM16QAMM 制與解調(diào)課題名稱的 MATLAMATLA 改現(xiàn)及調(diào)制性能分析姓名學(xué)號(hào)學(xué)院通信與電子工程學(xué)院專業(yè)通信工程指導(dǎo)教師李夢(mèng)醒2012年01月01日一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)任務(wù)：利用MATLA破計(jì)一個(gè)16QAMS制與解調(diào)系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行性能分析。要求：1 .設(shè)計(jì)一個(gè)16QAM3制與解調(diào)系統(tǒng)。2 .設(shè)計(jì)程序時(shí)必須使得程序盡可能的簡(jiǎn)單。3 .利用MATLA進(jìn)行程序編寫(xiě)并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。指導(dǎo)教師簽名：20年月日、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):指導(dǎo)教師簽名：2010年月日二、成績(jī)驗(yàn)收蓋章2010年月日16QA硼制與角?調(diào)的MA

2、TLA映現(xiàn)及調(diào)制性能分析1 1 設(shè)計(jì)目的(1)掌握16QAMW制與解調(diào)的原理。(2)掌握星座圖的原理并能熟悉星座圖的應(yīng)用。(3)熟悉并掌握MATLAB勺使用方法。(4)通過(guò)對(duì)16QAMS制性能的分析了解16QAMB制相對(duì)于其它調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。2 2 設(shè)計(jì)原理正交振幅調(diào)制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控。雖然MPS麻口MDPS管相移鍵控的帶寬和功率方面都具有優(yōu)勢(shì)，即帶寬占用小和比特噪聲比要求低。但是由圖1可見(jiàn)，在MPS咻制中，隨著M的增大，相鄰相位的距離逐漸減小，使噪聲容限隨之減小，誤碼率難于保證。為了改善在M大時(shí)的噪聲容限，發(fā)展出

3、了QAMfr制。在QA制中，信號(hào)的振幅和相位作為兩個(gè)獨(dú)立的參量同時(shí)受到調(diào)制。這種信號(hào)的一個(gè)碼元可以表示為Sk(t)Acos(0tk)kTt(k1)T(21)式中：k=整數(shù)；入和k分別可以取多個(gè)離散值。式(21)可以展開(kāi)為/8/8sk(t)Akcoskcos0tAksinksin0tk=Akcosqk，Yk=-Aksinqk(22)X Xk和 Y Yk也是可以取多個(gè)離散的變量。從式（2 23 3）看出，8 8k（t t）可以看作是兩個(gè)正交的振幅鍵控信號(hào)之和。在式（21）中，若qk值僅可以取p/4和-p/4,&值僅可以取+A和-A,則此QAM言號(hào)就成為QPSK號(hào)，如圖2所示:所以，QPSC

4、號(hào)就是一種最簡(jiǎn)單的QAMS號(hào)。有代表性的QAM言號(hào)是16進(jìn)制的,圖中用黑點(diǎn)表示每個(gè)碼元的位置， 并且示出它是由兩個(gè)正交矢量合成的。 類似地,有64QA防口256QA姆QAM言號(hào)，如圖4、圖5所示。它們總稱為MQAM則式（21）變?yōu)镾k(t)XkcosotYkSint(23)調(diào)制。由于從其矢量圖看像是星座，故又稱星座調(diào)制。16QAMS號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種是正交調(diào)幅法，即用兩路獨(dú)立的正交4ASK信號(hào)疊加,形成16QAMW號(hào)，如圖6所示。第二種方法是復(fù)合相圖6正交調(diào)幅法移法，它用兩路獨(dú)立的QPSK言號(hào)疊加，形成16QAM言號(hào)，如圖7所示。圖中AM圖5256QAM信號(hào)矢量圖圖464QAM信號(hào)

5、矢量圖圖7復(fù)合相移法虛線大圓上的4個(gè)大黑點(diǎn)表示一個(gè)QPSKJ號(hào)矢量的位置。在這4個(gè)位置上可以疊加上第二個(gè)QPS次量，后者的位置用虛線小圓上的4個(gè)小黑點(diǎn)表示。3設(shè)計(jì)過(guò)程3.1設(shè)計(jì)思路由設(shè)計(jì)原理中可知MQAMI制又稱為星座調(diào)制，故我們?cè)谠O(shè)計(jì)16QAMI制系統(tǒng)時(shí)就可以星座圖來(lái)進(jìn)行編程。下面我們就借用如圖8所示的星座圖設(shè)計(jì)一個(gè)16QAMRI制系統(tǒng)。圖816QAM星座在圖中共有16個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用4個(gè)比特表示，代表調(diào)制以后的一個(gè)矢量位置(這個(gè)點(diǎn)擁有唯一的振幅與相位)。因此我們可以把橫軸看作是實(shí)軸，縱軸看作虛軸。由于每個(gè)點(diǎn)與跟它相鄰的四個(gè)點(diǎn)是等距，且設(shè)為2,則每個(gè)點(diǎn)都可用一個(gè)虛數(shù)進(jìn)行表示。例如點(diǎn)0000可用

6、-1-j表示， 這個(gè)虛數(shù)的模就是相當(dāng)于16QAM信號(hào)的振幅， 相角就相當(dāng)于16QAMJ號(hào)的相位。所以16QAM勺調(diào)制過(guò)程就可以用如下語(yǔ)句進(jìn)行描述：ifA(1,b:=0000B(k)=-1-1i;elseifA(1,b:c)=0001B(k)=-3-1i;elseifA(1,b:c)=0010B(k)=-1-3i;elseifA(1,b:c)=0011B(k)=-3-3i;elseifA(1,b:=0100B(k)=1-1i;elseifA(1,b:=0101B(k)=1-3i;elseifA(1,b:c)=0110B(k)=3-1i;elseifA(1,b:=0111B(k)=3-3i;els

7、eifA(1,b:=1000B(k)=-1+1i;elseifA(1,b:c)=1001B(k)=-1+3i;elseifA(1,b:=1010B(k)=-3+1i;elseifA(1,b:=1011B(k)=-3+3i;elseifA(1,b:=1100B(k)=1+1i;elseifA(1,b:=1101B(k)=3+1i;elseifA(1,b:c)=1110B(k)=1+3i;elseifA(1,b:=1111B(k)=3+3i;end當(dāng)調(diào)制以后的信號(hào)經(jīng)過(guò)信道加噪以后，我們必須對(duì)其進(jìn)行解調(diào)。由于加噪了的緣故，調(diào)制以后的信號(hào)不再是原來(lái)的信號(hào)，而應(yīng)該有不同。因此在解調(diào)時(shí)不能簡(jiǎn)單的將上述過(guò)程

8、逆轉(zhuǎn)，即不能由-1-j就判斷為0000。而應(yīng)該對(duì)虛數(shù)的實(shí)部和虛部設(shè)定一個(gè)范圍后再進(jìn)行判斷。這個(gè)范圍邊界的選取原理我們可以借用量化的概念，取相鄰虛數(shù)的實(shí)部的平均數(shù)和虛部的平均數(shù)。以下為16QAM單調(diào)過(guò)程的程序語(yǔ)句：if(real(D(n)-2)&(imag(D(n)-2)C(1,d:e)=0011;elseif(real(D(n)-2)&(imag(D(n)0)C(1,d:e)=0001;elseif(real(D(n)-2)&(imag(D(n)2)C(1,d:e)=1010;elseif(real(D(n)=2)C(1,d:e)=1011;elseif(real(D(

9、n)0)&(imag(D(n)-2)C(1,d:e)=0010;elseif(real(D(n)0)&(imag(D(n)0)C(1,d:e)=0000;elseif(real(D(n)0)&(imag(D(n)2)C(1,d:e)=1000;elseif(real(D(n)=2)C(1,d:e)=1001;elseif(real(D(n)2)&(imag(D(n)-2)C(1,d:e)=0101;elseif(real(D(n)2)&(imag(D(n)0)C(1,d:e)=0100;elseif(real(D(n)2)&(imag(D(n)2

10、)C(1,d:e)=1100;elseif(real(D(n)=2)C(1,d:e)=1110;elseif(real(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)C(1,d:e)=1111;end3.2設(shè)計(jì)總程序clearall;closeall;N=40000;K=4*N;%言息長(zhǎng)度L=7*N;W=7*N/4;E=randsrc(1,K,0,1);%信源B=zeros(1,W);%16QAMI調(diào)制后的信號(hào)C=zeros(1,L);%16QAM解調(diào)后的信號(hào)num=zeros(20

11、,1);%誤比特?cái)?shù)ber=zeros(20,1);%誤比特率forSNR=1:1:20%X明編碼A=encode(E,7,4,hamming/binary);%16QAM制過(guò)程fork=1:Wb=4*k-3;c=4*k;ifA(1,b:=0000B(k)=-1-1i;elseifA(1,b:c)=0001B(k)=-3-1i;elseifA(1,b:c)=0010B(k)=-1-3i;elseifA(1,b:c)=0011B(k)=-3-3i;elseifA(1,b:=0100B(k)=1-1i;elseifA(1,b:=0101B(k)=1-3i;elseifA(1,b:c)=0110B(k

12、)=3-1i;elseifA(1,b:=0111B(k)=3-3i;elseifA(1,b:=1000B(k)=-1+1i;elseifA(1,b:c)=1001B(k)=-1+3i;elseifA(1,b:=1010B(k)=-3+1i;elseifA(1,b:=1011B(k)=-3+3i;elseifA(1,b:=1100B(k)=1+1i;elseifA(1,b:=1101B(k)=3+1i;elseifA(1,b:c)=1110B(k)=1+3i;elseifA(1,b:=1111B(k)=3+3i;endend%言道加噪D=awgn(B,SNR);%16QAM調(diào)過(guò)程forn=1:W

13、d=4*n-3;e=4*n;if(real(D(n)-2)&(imag(D(n)-2)C(1,d:e)=0011;elseif(real(D(n)-2)&(imag(D(n)0)C(1,d:e)=0001;elseif(real(D(n)-2)&(imag(D(n)2)C(1,d:e)=1010;elseif(real(D(n)=2)C(1,d:e)=1011;elseif(real(D(n)0)&(imag(D(n)-2)C(1,d:e)=0010;elseif(real(D(n)0)&(imag(D(n)0)C(1,d:e)=0000;elseif(

14、real(D(n)0)&(imag(D(n)2)C(1,d:e)=1000;elseif(real(D(n)=2)C(1,d:e)=1001;elseif(real(D(n)2)&(imag(D(n)-2)C(1,d:e)=0101;elseif(real(D(n)2)&(imag(D(n)0)C(1,d:e)=0100;elseif(real(D(n)2)&(imag(D(n)2)C(1,d:e)=1100;elseif(real(D(n)=2)C(1,d:e)=1110;elseif(real(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(i

15、mag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)C(1,d:e)=1111;endend“漢明譯碼F=decode(C,7,4,hamming/binary);“求誤比特率num(SNR,1),ber(SNR,1)=biterr(F,E);end%誤比特?cái)?shù)圖plot(num);figure%誤比特率圖plot(ber);3.3系統(tǒng)仿真結(jié)果圖4 4 系統(tǒng)性能分析分析：將QPSKBPSK16QAMFSK四種調(diào)制方式，包括理論值與實(shí)際值，放在同一個(gè)圖下，對(duì)他們進(jìn)行對(duì)比,可以很清晰地發(fā)現(xiàn)，QPSKE信噪比較小時(shí),仿真值和理論值就有了偏離，且兩者數(shù)值都比較大

16、，當(dāng)信噪比越來(lái)越大時(shí)，仿真值成直線幾乎沒(méi)變化，而實(shí)際值的Pe值逐漸變小，這種調(diào)制方式不是很可?。?6QAM勺性能跟QPSKS比，在低信噪比時(shí)，Pe值較大（還要大于QPSK勺），隨著信噪比逐漸增大，16QAM勺Pe值逐漸減小，且理論值與實(shí)際值比較契合，在大信噪比情況下，誤碼性能略遜與QPSK勺；FSK的理論值和實(shí)際值在各種信噪0.04圖9不同SNRF的誤比特率在不同信噪比下的誤比特率P0.0350.030.0250.020.0150.010.0050024681012SNR14161820EP5KEP5K何直誤碼率和口5 5咕里詒誤碼率FSFS國(guó)論謖碼率F F K K仿真溟碼率怕QAMQAM理論

17、謖同率16QAM16QAM其誤碼率曲線比下都比較契合，兩者幾乎沒(méi)有大的差距，無(wú)論是在低，高信噪比下，性能都要比QPSK勺優(yōu)越一些；BPSK生能最優(yōu)！理論值與實(shí)際值契合得比較理想，而在低，高信噪比情況下，Pe值都是最低的，且隨著信噪比逐漸增大，Pe實(shí)際值迅速減小，實(shí)現(xiàn)起來(lái)性能十分優(yōu)越。因此在選擇對(duì)誤碼性能要求較高的系統(tǒng)時(shí)，BPSK可作為首選，F(xiàn)SK次之，QPSO16QAM!考慮實(shí)際情況選擇，而在其他狀態(tài)時(shí)，也可優(yōu)先選擇BPSK5 5 主要儀器與設(shè)備裝有MATLAB勺PC機(jī)一臺(tái)。6 6 設(shè)計(jì)體會(huì)課程設(shè)計(jì)做完了， 總結(jié)一下， 我想我還是收獲了不少。 從一開(kāi)始選題時(shí)的不自信 （怕自己做不出）到最后我比較圓滿的完成這次課程設(shè)計(jì)，正好應(yīng)征了一句老話：“功夫不負(fù)有心人”。選完