QAM調(diào)制解調(diào)的仿真實(shí)現(xiàn)報(bào)告-

一、設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)：使用MATLAB軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)QAM系統(tǒng)調(diào)制與解調(diào)過程的仿真，并分析系統(tǒng)的可靠性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）對(duì)原始信號(hào)分別進(jìn)行4QAM和16QAM調(diào)制，畫出星座圖；（2）采用高斯信道傳輸信號(hào)，畫出信噪比為13dB時(shí)，4QAM和16QAM的接收信號(hào)星座圖；（3）畫出兩種調(diào)制方式的眼圖；（4）解調(diào)接收信號(hào)，分別繪制4QAM和16QAM的誤碼率曲線圖，并與理論值進(jìn)行對(duì)比；（5）提交詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。三、設(shè)計(jì)原理QAM調(diào)制原理：QAM調(diào)制是把2ASK和2PSK兩種調(diào)制技術(shù)結(jié)合起來的一種調(diào)制技術(shù)，使得帶寬得到雙倍擴(kuò)展。QAM調(diào)制技術(shù)用兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)頻率相同、相位正交的兩個(gè)載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，并將已調(diào)信號(hào)加在一起進(jìn)行傳輸。nQAM代表n個(gè)狀態(tài)的正交調(diào)幅，一般有二進(jìn)制（4QAM）、四進(jìn)制（16QAM）、八進(jìn)制（64QAM）。我們要得到多進(jìn)制的QAM信號(hào)，需將二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為m電平的多進(jìn)制信號(hào)，然后進(jìn)行正交調(diào)制，最后相加輸出。正交調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖如下：QAM調(diào)制說明：MQAM可以用正交調(diào)制的方法產(chǎn)生，本仿真中分別取M=16和4。M=16時(shí)，進(jìn)行的是幅度和相位相結(jié)合的16個(gè)信號(hào)點(diǎn)的調(diào)制。M=4時(shí)，進(jìn)行的是幅度和相位相結(jié)合的4個(gè)信號(hào)點(diǎn)的調(diào)制。為了觀察信道噪聲對(duì)該調(diào)制方式的影響，我們在已調(diào)信號(hào)中又加入了不同強(qiáng)度的高斯白噪聲，并統(tǒng)計(jì)其譯碼誤碼率。為了簡化程序和得到可靠的誤碼率，我們在解調(diào)時(shí)并未從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)載波，而是直接產(chǎn)生與調(diào)制時(shí)一模一樣的載波來進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）我們整個(gè)代碼編寫為MQAM格式，在剛開始時(shí)，會(huì)詢問選擇4QAM還16QAM，然后開始運(yùn)行。（2）首先生成一個(gè)隨機(jī)且長度為n*k的二進(jìn)制比特流。（3）在MATLAB中16QAM調(diào)制器要求輸入的信號(hào)為0~M-1這1M個(gè)值，所以需要用函數(shù)reshape和bi2de將二進(jìn)制的比特流轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制這M個(gè)值。（4）利用MATLAB中的qammod函數(shù)生成MQAM調(diào)制器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并用scatterplot函數(shù)畫出信號(hào)的星座圖。（5）通過awgn信道在MQAM信號(hào)中加入信噪比為13dB的高斯白噪聲，用scatterplot函數(shù)畫出MQAM的接收信號(hào)星座圖。（6）利用MATLAB中的eyediagram函數(shù)生成經(jīng)過MQAM調(diào)制的眼圖。（7）利用MATLAB中的qamdemod函數(shù)生成解調(diào)器對(duì)MQAM信號(hào)的解調(diào)，用stem函數(shù)畫出基帶二進(jìn)制隨機(jī)序列和解調(diào)后的二進(jìn)制隨機(jī)序列。（8）將得到比特流信息和原始發(fā)送的比特流信息進(jìn)行比較來計(jì)算誤碼率。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析（1）4QAM和16QAM調(diào)制星座圖：圖14QAM調(diào)制的星座圖圖1是信號(hào)經(jīng)過4QAM調(diào)制后的星座圖，圖中有4個(gè)星座點(diǎn)。分別為00、10、01、11。圖216QAM調(diào)制的星座圖圖2是信號(hào)經(jīng)過16QAM調(diào)制后的星座圖，圖中有16個(gè)星座點(diǎn)。分別為0000、0100、1000、1100、0001、0101、1001、1101、0010、0110、1010、1110、0011、0111、1011、1111。（2）采用高斯信道傳輸信號(hào)，信噪比為13dB時(shí)，4QAM和16QAM的接收信號(hào)星座圖如圖：圖34QAM調(diào)制通過信道后的星座圖圖3是4QAM調(diào)制通過信道后的星座圖，經(jīng)過信噪比為13dB的加性高斯白噪聲信道后，加入了13dB噪聲后，落點(diǎn)圍繞理想值成云狀分布。圖416QAM調(diào)制通過信道后的星座圖圖4是16QAM調(diào)制通過信道后的星座圖，經(jīng)過信噪比為13dB的加性高斯白噪聲信道后，加入了隨機(jī)噪聲后，落點(diǎn)圍繞理想值成云狀分布。（3）4QAM與16QAM調(diào)制方式下的眼圖54QAM星座圖5是信號(hào)經(jīng)過4QAM調(diào)制后的同相部分和正交部分的眼圖?！把劬Α睆堥_的大小反映著碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱，圖中“眼睛”張的較大，且眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_較小。由于存在噪聲，噪聲將疊加在信號(hào)上，觀察到的眼圖的線跡會(huì)變得模糊。圖616QAM星座圖6是信號(hào)經(jīng)過16QAM調(diào)制后的同相部分和正交部分的眼圖?！把劬Α睆堥_的大小反映著碼間串?dāng)_的強(qiáng)弱，圖中“眼睛”張的較大，但比4QAM的小，表示碼間串?dāng)_比4QAM調(diào)制更嚴(yán)重。因?yàn)榇嬖谠肼?，噪聲將疊加在信號(hào)上，觀察到的眼圖的線跡會(huì)變得模糊。0了。實(shí)際誤碼率曲線只有比理論誤碼率少一截的原因是，求出的實(shí)際誤碼率不如（4）解調(diào)接收信號(hào)，4QAM和16QAM的誤碼率曲線如圖：圖74QAM的誤碼率曲線圖圖816QAM的誤碼率曲線圖圖7顯示4QAM實(shí)際誤碼率曲線與理論誤碼率曲線幾乎完美吻合，圖8顯示16QAM實(shí)際誤碼率曲線與理論誤碼率曲線基本一致?？傮w來說，實(shí)際誤碼率曲線能與理論誤碼率曲線較好地吻合。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次QAM仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步了解了QAM調(diào)制與解調(diào)原理，熟悉了用matlab仿真，成功觀測了在無噪和有噪情況下分別經(jīng)過4QAM和16QAM調(diào)制下的星座圖、眼圖和誤碼率曲線，完成了試驗(yàn)任務(wù)。此外，我們認(rèn)識(shí)到QAM一種將2ASK和2PSK匯合到一個(gè)信道的方法，它以其靈活的配置和優(yōu)越的性能指標(biāo)，廣泛的應(yīng)用于數(shù)字有線電視傳輸領(lǐng)域和數(shù)字MMDS系統(tǒng)。clear;clc;closeall;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%星座圖&眼圖%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%M=input('幾點(diǎn)QAM?請輸入數(shù)字'); %如M=4、M=16k=log2(M); %bitsPerSym=log2（M）;n=10000; %一個(gè)倍數(shù)x=randi([01],n*k,1); %生成隨機(jī)二進(jìn)制比特流,序列長度為k倍數(shù)x4=reshape(x,k,length(x)/k);xsym=bi2de(x4','left-msb'); %將矩陣轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)M進(jìn)制數(shù)y=qammod(x,M,'bin','InputType','bit');%QAM調(diào)制yn=awgn(y,13);scatterplot(y); %畫出16QAM信號(hào)的星座圖text(real(y)+0.1,imag(y),dec2bin(xsym));%在橫real(y)+1,縱imag(y)坐標(biāo)處按列標(biāo)注M進(jìn)制xsym轉(zhuǎn)二進(jìn)制的數(shù)axis([-55-55]);holdonh=scatterplot(yn,1,0,'b.');%經(jīng)過信道后接收到的含白噪聲的信號(hào)星座圖holdon;scatterplot(y,1,0,'r*',h);%加入不含白噪聲的信號(hào)星座圖title('接收信號(hào)星座圖');legend('含噪聲接收信號(hào)','不含噪聲信號(hào)');axis([-55-55]);holdon;eyediagram(yn,2);%眼圖yd=qamdemod(y,M,'bin','OutputType','bit');%QAM解調(diào)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%基帶信號(hào)和解調(diào)信號(hào)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%figuresubplot(2,1,1);stem(x(1:50),'filled');%畫出相應(yīng)的二進(jìn)制比特流信號(hào)前五十位title('基帶二進(jìn)制隨機(jī)序列');xlabel('比特序列');ylabel('信號(hào)幅度');subplot(2,1,2);stem(yd(1:50));%畫出相應(yīng)的M進(jìn)制信號(hào)序列title('解調(diào)后的二進(jìn)制序列');xlabel('比特序列');ylabel('信號(hào)幅度');%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%實(shí)際與理論誤碼率計(jì)算%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%SNR_in_dB=0:1:24;%AWGN信道信噪比;forj=1:length(SNR_in_dB)numoferr=0;y_add_noise=awgn(y,SNR_in_dB(j));%加入不同強(qiáng)度的高斯白噪聲;y_output=qamdemod(y_add_noise,M,'bin','OutputType','bit');%對(duì)己調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)fori=1:length(x)if(y_output(i)~=x(i))numoferr=numoferr+1;endendPe(j)=numoferr/length(x);%t通過錯(cuò)誤碼元數(shù)與總碼元數(shù)之比求誤碼率，不同j是不同信噪比下的誤碼率end%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%理論誤差值%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%SNR_in_dB1=0:1:24;berQ=berawgn(SNR_in_dB1,'qam',M);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%合并畫誤碼率曲線圖%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%figure()