基于-MATLAB下的16QAM仿真

1、1 .課程設(shè)計(jì)目的隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的開(kāi)展,特別是移動(dòng)通信技術(shù)高速開(kāi)展,頻帶利用率問(wèn)題 越來(lái)越被人們關(guān)注.在頻譜資源非常有限的今天,傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)不能 滿足當(dāng)前用戶的要求.正交幅度調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高頻譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢(shì),成為寬帶無(wú)線接入和無(wú)線視頻通信的 重要技術(shù)方案.首先介紹了 QAMM制解調(diào)原理,提出了一種基于 MATLAB勺16QAMS統(tǒng)調(diào)制 解調(diào)方案,包括串并轉(zhuǎn)換,2-4電平轉(zhuǎn)換,抽樣判決,4-2電平轉(zhuǎn)換和并用轉(zhuǎn)換 子系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對(duì)16QAM勺星座圖和調(diào)制解調(diào)進(jìn)行了仿真,并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了 分析,進(jìn)而證實(shí)16

2、QAMRI制技術(shù)的優(yōu)越性.2 .課程設(shè)計(jì)要求(1)設(shè)計(jì)一個(gè)16QAMM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)行程序編寫并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析.3 .相關(guān)知識(shí)隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的開(kāi)展,特別是移動(dòng)通信技術(shù)高速開(kāi)展,新的需求層出不 窮,促使新的業(yè)務(wù)不斷產(chǎn)生,因而導(dǎo)致頻率資源越來(lái)越緊.在有限的帶寬里要傳 輸大量的多媒體數(shù)據(jù),頻譜利用率成為當(dāng)前至關(guān)重要的課題,由于具有高頻譜利 用率、高功率譜密度等優(yōu)勢(shì),16QAM技術(shù)被廣泛應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng).在很 多寬帶應(yīng)用領(lǐng)域,比方數(shù)字電視播送,Internet寬帶接入,QAMS統(tǒng)都得到了廣 泛的應(yīng)用.QAMfc可用于數(shù)字調(diào)制.

3、數(shù)字 QAMt 4QAM 8QAM 16QAM 32QAM? 調(diào)制方式.其中,16QAM口 32QAM泛用于數(shù)字有線電視系統(tǒng).當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)上 出現(xiàn)了采用16QAMM制技術(shù)的衛(wèi)通調(diào)制解調(diào)器,如美國(guó) COMTECEF DATA司新 推出的CDM-600該衛(wèi)通調(diào)制解調(diào)器支持速率高達(dá) 20Mbps1o無(wú)線通信技術(shù)的迅猛開(kāi)展對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率、 傳輸效率和頻帶利用率提出了更 高的要求.選擇高效可行調(diào)制解調(diào)手段,對(duì)提升信號(hào)的有效性和可靠性起著至關(guān) 重要的作用.由于QAME經(jīng)成為寬帶無(wú)線接入和無(wú)線視頻通信的重要技術(shù)方案. 關(guān)于調(diào)制解調(diào)技術(shù)的仿真研究對(duì)于 QAM!論研究和相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)具有重要意義.在簡(jiǎn)單分析QAM

4、®理的基萬(wàn)H±,以16QAMfc例,提出了基 MATLAB勺16QAM 編解碼系統(tǒng)仿真方案,設(shè)計(jì)了實(shí)際仿真模型.仿真結(jié)果和分析說(shuō)明,提出的方案 可行,為QAMS信系統(tǒng)性能的研究提供了一種行之有效的分析方法.本文旨在在 熟悉QAMH制解調(diào)原理的根底上,完成通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)16QAMS試過(guò)程的 MATLAB©真.設(shè)計(jì)其中的各種實(shí)現(xiàn)模塊的參數(shù),對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,并繪出 各個(gè)模塊的輸出信號(hào)的波形,設(shè)計(jì)出 16QA硼試過(guò)程中的串并轉(zhuǎn)換子系統(tǒng),2-4 電平轉(zhuǎn)換子系統(tǒng),抽樣判決子系統(tǒng),4-2電平轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)及并用轉(zhuǎn)換子系統(tǒng).在 此根底上, 對(duì)QAM0制的性能進(jìn)行分析.4 .

5、課程設(shè)計(jì)分析4.1 調(diào)制簡(jiǎn)介調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要.所謂調(diào)制,就是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信 道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程.廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制也稱載波調(diào) 制.載波調(diào)制,就是用調(diào)制信號(hào)去限制載波的參數(shù)的過(guò)程,即使載波的某一個(gè) 或某幾個(gè)參數(shù)暗中啊調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化. 調(diào)制信號(hào)是指來(lái)自信源的消息信號(hào)基帶信號(hào),這些信號(hào)可以是模擬的,也可以是數(shù)字的.未受調(diào)制的周期性震 蕩信號(hào)稱為載波,它可以是正弦波,也可以使非正弦波如周期性脈沖序列.載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào),它含有調(diào)制信號(hào)的全部特征.基帶信號(hào)對(duì)載波的調(diào)制 是為了實(shí)現(xiàn)以下一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)： 第一,在無(wú)線傳輸中,信號(hào)是以電磁波的形式 通過(guò)天線輻射

6、到空間的.為了獲得較高的輻射效率,天線的尺寸必須與發(fā)射信號(hào) 波長(zhǎng)相比較,而基帶信號(hào)包含的較低頻率分量的波長(zhǎng)較長(zhǎng), 只是天線過(guò)長(zhǎng)而難以 實(shí)現(xiàn).但假設(shè)通過(guò)調(diào)制,把基帶信號(hào)的頻譜搬至較高的載波頻率上,是已調(diào)信號(hào)的頻譜與信道的帶通特性相匹配,這樣就可以提升傳輸性能,以較小的發(fā)送功率與 較短的天線來(lái)輻射電磁波.第二,把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處, 以 實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用,提升信道利用率.第三,擴(kuò)展信號(hào)帶寬,提升系統(tǒng)抗干擾、抗衰落水平,還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換因此,調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的影響和作用.解調(diào)也稱檢波那么是調(diào)制的逆過(guò)程,其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢 復(fù)出來(lái)

7、.解調(diào)的方法可分為兩類：相干解調(diào)和非相干解調(diào)包絡(luò)檢波.相干解調(diào)時(shí),為了無(wú)失真地恢復(fù)原基帶信號(hào),接收端必須提供一個(gè)與接收的已調(diào)載波嚴(yán) 格同步同頻同相的本地載波.本課題采用的是相干解調(diào)4.2 正交振幅調(diào)制系統(tǒng)它是把2ASKf口 2PSKW種調(diào)制結(jié)合起來(lái)的調(diào)制技術(shù),使得帶寬得到雙倍擴(kuò)展. QAMI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弋表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.我們需要得到多進(jìn)制的QAMF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

8、出.輸入Sqam (t)圖4-1 QAM信號(hào)產(chǎn)生原理圖QAM9號(hào)用正交相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào),通過(guò)解調(diào)器將QAM1號(hào)進(jìn)行正交相 干解調(diào)后,用低通濾波器LPF濾除乘法器產(chǎn)生的高頻分量,輸出抽樣判決后可恢 復(fù)出的兩路獨(dú)立電平信號(hào),最后將多電平碼元與二進(jìn)制碼元間的關(guān)系進(jìn)行m/ 2轉(zhuǎn)換,將電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號(hào),經(jīng)并/用變換后恢復(fù)出原二進(jìn)制基帶信號(hào).16QAMRI制框圖:a2n二進(jìn)制變換四進(jìn)制幅度序列成型濾 e為四進(jìn)制?波器L(t)TO cos ct二進(jìn)制)串/并變換16QAM信號(hào)a2n 1二進(jìn)制變換為四進(jìn)制四進(jìn)制幅度序列成型調(diào)波器(sin ctQ(t)圖4-2 6QAM信號(hào)調(diào)制框圖16QAMR佳接收

9、框圖：圖4-3 16QAM最正確接收框圖(1)首先生成一個(gè)隨機(jī)且長(zhǎng)度為 10000的二進(jìn)制比特流,并畫出了前 50 個(gè)比特的信號(hào)圖(如圖17所示).(2)在MATLAB 16QAMM制器要求輸入的信號(hào)為0-15這16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)的十六進(jìn)制信號(hào).(3)利用MATLAB的modem.qammod數(shù)生成16QAMM制器,再通過(guò)其對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并畫出信號(hào)的星座圖.(4)通過(guò)awgn信道在16QAM&號(hào)中參加高斯白噪聲(假設(shè) Eb/No=15db).(5)利用MATLAB的scatterplot 函數(shù)畫出通過(guò)信道后接受到的信號(hào)的星 座

10、圖.(6)利用MATLAB的eyediagram函數(shù)生成經(jīng)過(guò)信道后的眼圖(7)禾1J用 MATLAB的demodulate和modem.qamdemo®數(shù)生成解調(diào)器對(duì)16QAMS號(hào)的解調(diào),并將十六進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制比特流信息.(8)用得到比特流信息除以原始發(fā)送的比特流信息來(lái)計(jì)算誤碼率.5.仿真程序如下：M=16;k=log2(M);n=100000;%samp=1;%x=randint(n,1);%stem(x(1:50),'filled');%比特序列長(zhǎng)度過(guò)采樣率生成隨機(jī)二進(jìn)制比特流畫出相應(yīng)的二進(jìn)制比特流信號(hào)title('二進(jìn)制隨機(jī)比特流,);信號(hào)幅度,)

11、；將原始的二進(jìn)制比特序列每四個(gè)一組列的矩陣將矩陣轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的16進(jìn)制信號(hào)序列畫出相應(yīng)的16進(jìn)制信號(hào)序列xlabel('比特序列');ylabel(' x4=reshape(x,k,length(x)/k); % 分組,并排列成k行l(wèi)ength(x)/k xsym=bi2de(x4.','left-msb'); % figure; stem(xsym(1:50);%title('16 進(jìn)制隨機(jī)信號(hào),);xlabel('信號(hào)序列');ylabel('信號(hào)幅度');y=modulate(modem.qammod(

12、M),xsym); %用 16QAMS 制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制scatterplot(y);%畫出 16QAMW 號(hào)的星座圖text(real(y)+0.1,imag(y),dec2bin(xsym);axis(-5 5 -5 5);EbNo=15;snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(samp); % 信噪比yn=awgn(y,snr,'measured'); %參加高斯白噪聲h=scatterplot(yn,samp,0,'b.'); %經(jīng)過(guò)信道后接收到的含白噪聲的信號(hào)星座圖hold on;scatterplot(y,1,0,'k+

13、',h); %參加不含白噪聲的信號(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(-5 5 -5 5);hold on;eyediagram(yn,2);%眼圖yd=demodulate(modem.qamdemod(M),yn); %此時(shí)解調(diào)出來(lái)的是 16 進(jìn)制信號(hào)z=de2bi(yd,'left-msb');%轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制比特流z=reshape(z.',numel(z),1');number_of_errors,bit_error_rate

14、=biterr(x,z)運(yùn)行結(jié)果：number_of_errors =0 bit_error_rate =06.仿真結(jié)果：圖6-1二進(jìn)制隨機(jī)比特流圖6-2 16QAM信號(hào)序列圖6-3 16QAM信號(hào)的星座圖2d0In 尸h昌工包3 2 10 12 3- - - 里扇10圖6-4含白噪聲的信號(hào)星座圖Br一起21 口3-4-2024In-Phae圖6-5不含白噪聲的信號(hào)星座圖2tiye Diagram tor In-Phas© SignalFi£,dltinsert 工口ok Qesktcp 工inclow二0收"0 Time Eye Diagram for Qudra-tiir Signal-SE 一覃圖6-6眼圖6 .主要儀器與設(shè)備裝有MATLAB勺PC機(jī)一臺(tái).7 .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.選完題后,我并不知道該如何動(dòng)手,所以我只有看書. 通過(guò)看書,我掌握了 16QAMM制與解調(diào)的原理并決定從星座圖開(kāi)始入手. 從而最 終將系統(tǒng)程序編寫