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

1、探2009級通信工程專業(yè)*通信原理課程設(shè)計*探通信原理課程設(shè)計報告書16QAM調(diào)制與解調(diào)課題名稱的MATLA實(shí)現(xiàn)及調(diào)制性能分析姓 名學(xué) 號學(xué) 院通信與電子工程學(xué)院專 業(yè)通信工程指導(dǎo)教師夢醒2012年01月01日一、設(shè)計任務(wù)及要求:設(shè)計任務(wù)：利用MATLA設(shè)計一個16QAMS制與解調(diào)系統(tǒng)，并對其進(jìn)行性能分析。要 求：1. 設(shè)計一個16QA碉制與解調(diào)系統(tǒng)。2. 設(shè)計程序時必須使得程序盡可能的簡單。3. 利用MATLA進(jìn)行程序編寫并對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。指導(dǎo)教師簽名：20 年 月曰、指導(dǎo)教師評語:指導(dǎo)教師簽名：2010 年 月 日二、成績驗(yàn)收蓋章2010年 月 日16QA碉制與解調(diào)的MATLA實(shí)現(xiàn)及調(diào)

2、制性能分析1設(shè)計目的(1) 掌握16QAM調(diào)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) 通過對16QAM調(diào)制性能的分析了解16QA調(diào)制相對于其它調(diào)制方式的優(yōu)缺 點(diǎn)。2設(shè)計原理正交振幅調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM )是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控。雖然MPSI和MDPS等相移鍵控的帶寬和功率方面都具有優(yōu)勢，即 帶寬占用小和比特噪聲比要求低。但是由圖1可見，在MPS處制中，隨著圖1 8PSK信號相位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大時的噪聲

3、容限，發(fā)展出了 QAM體制。在QAM體制中，信號的振幅和相位作為兩個獨(dú)立的參量同時受到調(diào)制。這種信號的一個碼元可以表示為Sk(t)Ak cos( otk)kT t(k1)T(2 1)式中：k=整數(shù)；Ak和k分別可以取多個離散值。式(2 1)可以展開為沁)Ak cos k cos 0tAkSin ksin°t(22)令Xk=Akcos k，Yk=-A kSink則式(2 1)變?yōu)镾k(t)XkCos 0tYk sin0t(2 3)Xk和Yk也是可以取多個離散的變量。從式(2 3)看出，Sk(t)可以看作是兩個正交的振幅鍵控信號之和。在式（2 1）中，若 k值僅可以取 /4和-/4 ,

4、Ak值僅可以取+A和-A,則此QAM言號就成為QPSK言號，如圖2所示：所以，QPSI信號就是一種最簡單的QAM信號。有代表性的QAM言號是16進(jìn)制的, 記為16QA M它的矢量圖示于下圖中：圖3 16QAM信號矢量圖圖中用黑點(diǎn)表示每個碼元的位置，并且示出它是由兩個正交矢量合成的。類似地,有64QAM和 256QAM等 QAM言號，如圖4、圖5所示。它們總稱為 MQAM圖4 64 QAM信號矢量圖圖5 256QAM信號矢量圖調(diào)制。由于從其矢量圖看像是星座，故又稱星座調(diào)制。16QAMW號的產(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信號疊加，形成16QAMW號，如圖6所示

5、。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)立的圖7復(fù)合相移法虛線大圓上的4個大黑點(diǎn)表示一個QPSK言號矢量的位置。在這4個位置上可以 疊加上第二個QPSK矢量，后者的位置用虛線小圓上的4個小黑點(diǎn)表示。3設(shè)計過程3.1設(shè)計思路由設(shè)計原理中可知 MQA調(diào)制又稱為星座調(diào)制，故我們在設(shè)計 16QAMM制系 統(tǒng)時就可以星座圖來進(jìn)行編程。下面我們就借用如圖8所示的星座圖設(shè)計一個16QAM調(diào)制系統(tǒng)。圖8 16QAM星座在圖中共有16個點(diǎn)，每個點(diǎn)用4個比特表示，代表調(diào)制以后的一個矢量位 置(這個點(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。由于每個點(diǎn)與跟它相鄰的四個點(diǎn)是等距，

6、且設(shè)為2,則每個點(diǎn)都可用一個虛數(shù)進(jìn)行表示。例如點(diǎn)0000可用-1-j表示，這個虛數(shù)的模就是相當(dāng)于16QAM 信號的振幅，相角就相當(dāng)于16QAM言號的相位。所以16QAM勺調(diào)制過程就可以用 如下語句進(jìn)行描述：if A(1,b:c)=0 0 0 0B(k)=-1-1i;elseif A(1,b:c)=0 0 0 1B(k)=-3-1i;elseif A(1,b:c)=0 0 1 0B(k)=-1-3i;elseif A(1,b:c)=0 0 1 1B(k)=-3-3i;elseif A(1,b:c)=0 1 0 0B(k)=1-1i;elseif A(1,b:c)=0 1 0 1B(k)=1-3i

7、;elseif A(1,b:c)=0 1 1 0B(k)=3-1i;elseif A(1,b:c)=0 1 1 1B(k)=3-3i;elseif A(1,b:c)=1 0 0 0B(k)=-1+1i;elseif A(1,b:c)=1 0 0 1B(k)=-1+3i;elseif A(1,b:c)=1 0 1 0B(k)=-3+1i;elseif A(1,b:c)=1 0 1 1 B(k)=-3+3i;elseif A(1,b:c)=1 1 0 0B(k)=1+1i;elseif A(1,b:c)=1 1 0 1B(k)=3+1i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 0B(k)=1+

8、3i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 1 B(k)=3+3i;end當(dāng)調(diào)制以后的信號經(jīng)過信道加噪以后，我們必須對其進(jìn)行解調(diào)。由于加噪了的緣故，調(diào)制以后的信號不再是原來的信號，而應(yīng)該有不同。因此在解調(diào)時不能簡單的將上述過程逆轉(zhuǎn)，即不能由-1-j就判斷為0000。而應(yīng)該對虛數(shù)的實(shí)部和 虛部設(shè)定一個圍后再進(jìn)行判斷。這個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軍調(diào)過程的程序語句：if (real(D( n) )<-2)&&(imag(D( n) )<-2)C(1,d:e)=0 0 1 1;elseif (

9、real(D( n)v-2)&&(imag(D( n) )<0)C(1,d:e)=0 0 0 1;elseif (real(D( n)v-2)&&(imag(D( n) )<2)C(1,d:e)=1 0 1 0;elseif (real(D( n)v-2)&&(imag(D( n)>=2)C(1,d:e)=1 0 1 1;elseif (real(D( n)<0)&&(imag(D( n) )v-2)C(1,d:e)=0 0 1 0;elseif (real(D (n )<0)&&(i

10、mag(D( n)<0)C(1,d:e)=0 0 0 0;elseif (real(D (n )<0)&&(imag(D( n) )<2)C(1,d:e)=1 0 0 0;elseif (real(D( n)<0)&&(imag(D( n) )>=2)C(1,d:e)=1 0 0 1;elseif (real(D( n)<2)&&(imag(D( n) )v-2)C(1,d:e)=0 1 0 1;elseif (real(D (n )v2)&&(imag(D( n) )v0)C(1,d:e)=0

11、 1 0 0;elseif (real(D (n )v2)&&(imag(D( n) )v2)C(1,d:e)=1 1 0 0;elseif (real(D( n)v2)&&(imag(D( n) )>=2)C(1,d:e)=1 1 1 0;elseif (real(D( n) )>=2)&&(imag(D( n) )v-2) C(1,d:e)=0 1 1 1;elseif (real(D( n)>=2)&&(imag(D( n) )<0) C(1,d:e)=0 1 1 0;elseif (real(D (

12、n )>=2)&&(imag(D( n)<2) C(1,d:e)=1 1 0 1;elseif(real(D( n) )>=2)&&(imag(D( n)>=2) C(1,d:e)=1 1 1 1;end3.2設(shè)計總程序clear all;close all;N=40000;K=4*N;%言息長度L=7*N;W=7*N/4;E=ra ndsrc(1,K,0,1);%信源B=zeros(1,W);%16QAM調(diào)制后的信號C=zeros(1,L);%16QAM 解調(diào)后的信號 num=zeros(20,1);% 誤比特數(shù) ber=zeros(2

13、0,1);%誤比特率for SNR=1:1:20%漢明編碼A=en code(E,7,4,'ham min g/b in ary');%16QA調(diào)制過程for k=1:Wb=4*k-3;c=4*k;if A(1,b:c)=0 0 0 0B(k)=-1-1i;elseif A(1,b:c)=0 0 0 1B(k)=-3-1i;elseif A(1,b:c)=0 0 1 0 B(k)=-1-3i;elseif A(1,b:c)=0 0 1 1 B(k)=-3-3i;elseif A(1,b:c)=0 1 0 0 B(k)=1-1i;elseif A(1,b:c)=0 1 0 1 B

14、(k)=1-3i;elseif A(1,b:c)=0 1 1 0B(k)=3-1i;elseif A(1,b:c)=0 1 1 1B(k)=3-3i;elseif A(1,b:c)=1 0 0 0B(k)=-1+1i;elseif A(1,b:c)=1 0 0 1 B(k)=-1+3i;elseif A(1,b:c)=1 0 1 0 B(k)=-3+1i;elseif A(1,b:c)=1 0 1 1 B(k)=-3+3i;elseif A(1,b:c)=1 1 0 0 B(k)=1+1i;elseif A(1,b:c)=1 1 0 1 B(k)=3+1i;elseif A(1,b:c)=1

15、1 1 0 B(k)=1+3i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 1 B(k)=3+3i;endend%言道加噪D=awg n( B,SNR);%16QA解調(diào)過程for n=1:Wd=4* n-3;e=4* n;if (real(D( n) )<-2)&&(imag(D( n) )<-2)C(1,d:e)=0 0 1 1;elseif (real(D( n)<-2)&&(imag(D( n) )<0) C(1,d:e)=0 0 0 1;elseif (real(D( n)<-2)&&(imag(D( n)

16、)<2) C(1,d:e)=1 0 1 0;elseif (real(D( n)v-2)&&(imag(D( n)>=2) C(1,d:e)=1 0 1 1;elseif (real(D( n)<0)&&(imag(D( n) )v-2) C(1,d:e)=0 0 1 0;elseif (real(D (n )<0)&&(imag(D( n) )<0) C(1,d:e)=0 0 0 0;elseif (real(D (n )<0)&&(imag(D( n) )<2) C(1,d:e)=1

17、0 0 0;elseif (real(D (n )<0)&&(imag(D( n) )>=2) C(1,d:e)=1 0 0 1;elseif (real(D (n )<2)&&(imag(D( n) )v-2) C(1,d:e)=0 1 0 1;elseif (real(D (n )<2)&&(imag(D( n) )<0) C(1,d:e)=0 1 0 0;elseif (real(D (n )<2)&&(imag(D( n) )<2) C(1,d:e)=1 1 0 0;elseif

18、(real(D (n )<2)&&(imag(D( n)>=2) C(1,d:e)=1 1 1 0;elseif (real(D( n) )>=2)&&(imag(D( n) )v-2) C(1,d:e)=0 1 1 1;elseif (real(D (n )>=2)&&(imag(D( n)<0) C(1,d:e)=0 1 1 0;elseif (real(D( n)>=2)&&(imag(D( n) )<2) C(1,d:e)=1 1 0 1;elseif (real(D( n) )&

19、gt;=2)&&(imag(D( n)>=2) C(1,d:e)=1 1 1 1;endend%漢明譯碼F=decode(C,7,4,'ham min g/b in ary');%求誤比特率nu m(SNR,1),ber(SNR,1)=biterr(F,E);end%誤比特數(shù)圖plot (nu m);figure%誤比特率圖plot(ber);3.3系統(tǒng)仿真結(jié)果圖0.04在不同信噪比下的誤比特率0.0350.030.0250.0150.010.00524681214161810SNR0P 0.0220圖9不同SNF下的誤比特率4系統(tǒng)性能分析三種在AWGNf

20、S連中的謨碼性龍比較S W'1010,5十EPSKl真課碼率 BPSkiii 碼率 FSk|f論課碼率 FEK仿其課碼率 iSQAM理論渓碼率 0 祐CAM真逞碼率曲線15E/NfdB)圖10三種調(diào)制方式在 AWG信道中的誤碼性能比較分析：將QPSK BPSK 16QAM FSK四種調(diào)制方式，包括理論值與實(shí)際值，放在同一個圖下，對他們進(jìn)行對比，可以很清晰地發(fā)現(xiàn)，QPSI在信噪比較小時，仿真值和理論值就有了偏離，且兩者數(shù)值都比較大，當(dāng)信噪比越來越大時，仿真 值成直線幾乎沒變化，而實(shí)際值的 Pe值逐漸變小，這種調(diào)制方式不是很可??； 16QAM勺性能跟QPSKS比，在低信噪比時，Pe值較大（還要