無線通信調(diào)制解調(diào)matlab仿真

1、現(xiàn)給出 bpsk 、 qpsk 、 16qam 及“書上習題”的調(diào)制解調(diào)程序,理解各程序,完成以下習題。 將程序運行結(jié)果及各題目的解答寫入 word 中:1. 用 matlab 運行書上習題中的“ bpskqpsk125.m ”(a 說明 bpsk 、 qpsk 解調(diào)判決方法(b 誤比特率為 1e-2、 1e-3及 1e-4時的 Eb/N0分別是多少?(c 從物理意義上說明為什么 bpsk 、 qpsk 誤比特率曲線是重疊的(d 當 samples 減少為 100000, 10000, 1000時觀察誤比特率曲線的變化,你得出什么 結(jié)論。2. 用 matlab 運行“ bpsk.m ” 、 “

2、 qpsk.m ” 、 “ 16qam.m ”(a 在各程序中標注“注釋”處加上注釋(英文或中文(b 說明加性高斯白噪聲的產(chǎn)生方法,請再給出一種加性高斯白噪聲的產(chǎn)生方法,并驗 證其正確性。(c 參考“ bpskqpsk125.m ”的畫圖功能,給出 Eb/N0-誤比特率曲線和高斯信道下的理 論誤比特率曲線。(d 觀察 nd 及 nloop 參數(shù)變化時,曲線的現(xiàn)象,并說明原因。(e 畫出不同信噪比條件下的的星座圖,解釋其對誤碼率的影響。(f 通過程序畫出 16QAM 、 QPSK 和 BPSK 的 Eb/N0-誤比特率曲線, 觀察曲線的現(xiàn)象, 能得出什么結(jié)論。3. 若信源是你的學號,結(jié)合程序說明

3、其在 qpsk 、 16qam(調(diào)制 mod 和(解調(diào) demod 子程序 中的具體實現(xiàn)過程。4. 針對題目 2中的 BPSK 、 QPSK ,(a若信道使信號幅度呈瑞利衰落,畫出 Eb/N0-誤比特率曲線和瑞利衰落下的理論誤比 特率曲線 ,說明與題目 2觀察結(jié)果的異同,并說明原因。(b若信道使信號幅度呈萊斯衰落,更改 K 值的大小,畫出 Eb/N0-誤比特率曲線、瑞利 衰落下的理論誤比特率曲線和高斯信道下的理論誤比特率曲線, 觀察曲線的現(xiàn)象, 能得出什 么結(jié)論。5. 挑戰(zhàn)題:采用軟件無線電技術(shù)實現(xiàn)無線系統(tǒng)時,要采用過采樣技術(shù),考慮過采樣率為 8, 針對 QPSK 方式(a 若信源信號采用根余

4、弦成型(a=0.3,畫出 I 路和 Q 路成型后的時域波形(b 畫出上調(diào)到頻帶的時域波形及功率密度譜。(c 考慮接收端載波及基帶符號已同步,信道只有加性高斯白噪聲,基帶采用匹配濾波 器接收,觀察通過匹配濾波器后 I 路和 Q 路的時域波形。(d 畫出 Eb/N0-誤比特率曲線, 觀察與題目 2給出的 QPSK Eb/N0-誤比特率曲線的異 同,并解釋原因。1. (a 本程序中分別給出了 bpsk 和 qpsk 調(diào)制的誤碼率曲線 ,首先程序給出了信噪比變化 范圍,從 0db 到 15db ,然后用隨機函數(shù) noise=randn(1,samples給出了噪聲,這個程序比較 巧妙的地方就是通過噪聲

5、的大小判斷信號是否發(fā)生錯誤 ,在 bpsk 中 當噪聲大于 sqrt(Eb(Eb 是信號能量 ,即發(fā)生錯誤 。這是根據(jù) psk 接受信號概率密度曲線,由下圖可以看出, sqrt (Eb =Ao,所以可以以 sqrt (Eb 為限,統(tǒng)計錯誤個數(shù) 從而得出 bpsk 情況下的誤碼 率,在 qpsk 中,先分別用隨機函數(shù)產(chǎn)生 I 路和 Q 路的噪聲信號,然后將模擬的接收端信號 r=t+noiseI+noiseQ*i給出 , 通過接收的噪聲信號的相位來判斷信號是否發(fā)生錯誤 (利用 qpsk 的星座圖 ,統(tǒng)計發(fā)生錯誤的比特數(shù) ,從而得出 qpsk 的誤比特率。 (b 1e-2、 1e-3及 1e-4時

6、Eb/N0分別為 4.3、 6.8、 8.4db 左右(c 從物理意義上講, qpsk 是兩路正交的 bpsk ,這兩路正交的 bpsk 之間互相獨立,所以 qpsk 的誤比特率與 bpsk 的誤比特率相同, bpsk 的誤比特率公式為 Pe= 1/2erfc(sqrt(Eb/n0,而 qpsk 的誤碼率公式為 Pe=1/2erfc(sqrt(E/1n0,因為 qpsk 是四元調(diào)制, 即正交 4psk , 所以符 號能量 E=2Eb,所以可以得出 bpsk 和 qpsk 具有同樣的誤比特率公式 實際上 qpsk 與完全獨立分隔的兩路 psk 系統(tǒng)有差異(d 有程序運行結(jié)果可以看出來 ,隨著隨機

7、統(tǒng)計數(shù)值的減少 , bpsk 與 qpsk 誤碼率曲線 距理想誤比特率曲線的擺動范圍開始增大。 說明隨機統(tǒng)計數(shù)值數(shù)目的減少, 會影響到畫出的 誤碼率曲線的正確性,當 samples 為 1000000時,誤比特率曲線在 0 1e-4范圍內(nèi)都與理 想誤比特率曲線很好的重合 , 在 1e-4往后發(fā)生微小偏移, 當 samples 為 100000時, 基本沒 有什么變化 , 當 samples 為 10000時, 誤比特率曲線在 0 1e-2范圍內(nèi)都與理想誤比特率 曲線很好的重合 , 在 1e-2往后發(fā)生左右的偏移, 當 samples 為 1000時, 誤比特率曲線在理 想誤比特率曲線左右擺動范

8、圍增大 ,說明 當要準確得到 1e-n 的誤比特率曲線,必須至少 取 1e (n+2個 samples ,才能得到比較準確的誤比特率曲線 10101010101010100B E R E b /N0 dB 1010101010101010100B E R E b /N0 dB 1010101010101010100B E R E b /N0 dB 1010101010101010100B E R E b /N0 dB2.(abpsk.mL27:data1=rand(1,nd>0.5; % 碼源,由 rand 函數(shù)生成 1行 nd 列隨機數(shù),隨機數(shù)均為 0或 1 L33:sigma=E/s

9、qrt(2*SNR*code_rate; %sigma:standard deviation of noiseL38:data4(i=-E+Gngauss(sigma; % if the source output is "0"L40:data4(i=E+Gngauss(sigma; % if the source output is "1"L47:demodata1=data4 > 0; % 解調(diào):data4>0, 則 demodata1=1; data4<0, 則 demodata1=0 L52:noe2=sum(abs(data1

10、-demodata1; %誤碼的總數(shù)L53:nod2=length(data1; %由 length 函數(shù)得出 data1的長度,即碼源的個數(shù) L62:ber(snr_num = noe/nod %ber:誤碼率qpsk.mL13:SNR=exp(snr_in_dB(snr_num*log(10/10; % snr_in_dB(snr_num=10*log10(SNR L26:data=rand(1,nd*ml>0.5; %碼源,由 rand 函數(shù)生成 1行 nd*ml列隨機數(shù),隨機數(shù)均為 0或 1L27:data1=2*data-1 %將 data 中 0變?yōu)?-1L36:sigma=

11、E/sqrt(2*SNR*code_rate;%sigma:standard deviation of noiseL46:demodata1=demodata > 0; %解調(diào):demodata>0,則 demodata1=1; demodata<0, 則 demodata1=0L51:noe2=sum(abs(data-demodata; %誤碼的總數(shù)L52:nod2=length(data1; %由 length 函數(shù)得出 data1的長度,即碼源的個數(shù) L58:ber(snr_num = noe/nod; %ber:誤碼率qpskmod.m% paradata : 注釋

12、:未調(diào)制信號% iout :注釋 :調(diào)制后 I 路信號% qout :注釋:調(diào)制后 Q 路信號isi = isi + 2.( m2 - ii .* paradata2(1:para,ii+count2; % 注釋 :將 I 路信號取出isq = isq + 2.( m2 - ii .* paradata2(1:para,m2+ii+count2; % 注釋:將 Q 路信號取出 iout(1:para,jj=isi/sqrt(2; %注釋:能量歸一化qout(1:para,jj=isq/sqrt(2; %注釋:能量歸一化qpskdemod.m% idata :注釋:I 路調(diào)制信號% qdata

13、:注釋:Q 路調(diào)制信號% demodata: 注釋:解調(diào)后的信號demodata=zeros(para,ml*nd; %注釋:demodata 生成一個 1*200的矩陣,用來放解調(diào)后的信 號demodata(1:para,(1:ml:ml*nd-1=idata(1:para,(1:nd; %注釋:解調(diào) I 路信號 demodata(1:para,(2:ml:ml*nd=qdata(1:para,(1:nd; %注釋:解調(diào) Q 路信號16qam.mL31:sigma=E/sqrt(2*SNR*code_rate; %sigma:standard deviation of noiseL43:no

14、e2=sum(abs(data1-demodata; %誤碼的總數(shù)L44:nod2=length(data1; %由 length 函數(shù)得出 data1的長度,即碼源的個數(shù)qammod.mL32:isi = isi +2.( m2- jj .*paradata(1:para,count2+jj; %同相支路調(diào)制L34:isq = isq +2.( ml- jj .*paradata(1:para,count2+jj; %正交支路調(diào)制L38:iout(1:para,ii = iv(isi+1./k; %歸一化L39:qout(1:para,ii = iv(isq+1./k; %歸一化qamdem

15、od.mL37:%判斷同相支路解調(diào)的第 1位是否為 1,設(shè)置參數(shù) a 的值,為解調(diào)第 2位作準備 L41:%判斷正交支路解調(diào)的第 1位是否為 1,設(shè)置參數(shù) b 的值,為解調(diào)第 2位作準備 L43:i_lngth=i_lngth+i_plrty.*2.(m2-jj+1; %i_lngth,為解調(diào)同相支路的第 2位作準備 L44:q_lngth=q_lngth+q_plrty.*2.(m2-jj+1; %q_lngth,為解調(diào)正交支路的第 2位作準備 L45:%依據(jù)同相 /正交支路的第 1位,為解調(diào)第 2位作準備L53:%同相支路解調(diào)L61:%正交支路解調(diào)(b 產(chǎn)生高斯白噪聲的產(chǎn)生方法:定義 gn

16、gauss 函數(shù)由 m 和 sgma 產(chǎn)生兩個獨立的高斯變量。 如果 m 和 sgma 均未給出,則產(chǎn)生標準高斯隨機變量;如果只有一個輸入值,則均值為零, 標準方差為給定參數(shù)。另一種方法:AWGN = randn(length(snr_in_dB, nd;N0(snr_num = 1/(10(snr_in_dB(snr_num/10; %AWGN(snr_num,: = sqrt(N0(snr_num./2 .* AWGN(snr_num,:;直接產(chǎn)生高斯噪聲,比較簡單 101010101010B E R E b /N0 dB(cbpsksemilogy(snr_in_dB,ber,'

17、O'hold onsemilogy(snr_in_dB,0.5*erfc(sqrt(2*10.(snr_in_dB/10/sqrt(2,'+'ylabel('BER'xlabel('E_b/N_0 dB'legend('simulation BPSK','theory gngauss BPSK' ; qpskfigure;semilogy(snr_in_dB,ber,'O'hold onsemilogy(snr_in_dB,0.5*erfc(sqrt(2*10.(snr_in_dB/10/s

18、qrt(2,'+'ylabel('BER'xlabel('E_b/N_0 dB'legend('simulation QPSK','theory gngauss QPSK' ; figure;semilogy(snr_in_dB,ber,'O'hold onsemilogy(snr_in_dB,(1/ml*3/2*erfc(sqrt(ml*0.1*(10.(snr_in_dB/10,'+'ylabel('BER'xlabel('E_b/N_0 dB'l

19、egend('simulation 16QAM','theory gngauss 16QAM' ; 10101010B E RE b /N0 dB(d 當參數(shù) nd 、參數(shù) nloop 足夠大時, Eb/N0-誤比特率曲線越平滑,能表示出信噪比與誤 比特率的關(guān)系:即信噪比越大,誤碼率越小。當參數(shù) nd 、參數(shù) nloop 越小時, Eb/N0-誤比 特率曲線越不平滑。當 nd 、 nloop 過小時, Eb/N0-誤比特率曲線變成折線,不能準確表明 信噪比與誤比特率的關(guān)系。(e /plot(ich1,qch1,'.','MarkerEdg

20、eColor','g'xlabel('SNR =5dB'/通過更改信噪比來比較星座圖:qpsksnr_in_dB=20 SNR =20dB SNR =10dB snr_in_dB=5 SNR =5dBbpsksnr_in_dB=20 SNR =20dB SNR =10dB snr_in_dB=5 SNR =5dB16qamsnr_in_dB=20 SNR =20dB snr_in_dB=10 SNR =10dBsnr_in_dB=5 SNR =5dB通過仿真 qpsk 、 bpsk 、 16qam 的星座圖可以看出,信噪比越大,星座圖越接近于理想情況下

21、的星座圖,噪聲對信號的影響越小,誤碼率就越小。(f :程序如下:figure;semilogy(snr_in_dB,ber,'-'hold on;semilogy(snr_in_dB,ber1,'+'hold on;semilogy(snr_in_dB,ber2,'o'ylabel('BER'xlabel('E_b/N_0 dB'legend('bpsk','qpsk', '16qam' 由圖中可知, qpsk 和 bpsk 的誤比特率曲線相同, 16qam 在相同信

22、噪比下,其誤比特率要高 于 qpsk 和 bpsk ,說明其可靠性要比 bpsk 和 qpsk 低。3. (a 學號為 10120075 先進行編碼 編為 001 000 001 010 000 000 111 101,然后轉(zhuǎn)換為 -1、1經(jīng)過 qpsk 時,/for jj=1:ndisi = zeros(para,1;isq = zeros(para,1;for ii = 1 : m2isi = isi + 2.( m2 - ii .* paradata2(1:para,ii+count2; % 注釋 :isq = isq + 2.( m2 - ii .* paradata2(1:para,

23、m2+ii+count2; % 注釋:endiout(1:para,jj=isi/sqrt(2; %注釋:qout(1:para,jj=isq/sqrt(2; %注釋:count2=count2+ml;end/首先生成兩個寄存器 isi 和 isq ,用來放 I 路和 Q 路調(diào)制后的信號,因為 qpsk 是 2元調(diào)制, 使用計數(shù)器 count2用來控制從未調(diào)制信號中一次取出 2個信號 ,然后進行調(diào)制 ,調(diào)制按 下圖進行, 11編為【 1/sqrt(2, 1/sqrt(2】 ,10編為【 1/sqrt(2, -1/sqrt(2】 , 01編為【 -1/sqrt(2, 1/sqrt(2】 , 00

24、編為【 -1/sqrt(2, -1/sqrt(2】 解調(diào)時,先生成一個 1* ml*nd的零矩陣,用來存放解調(diào)后的信號,將 I 路和 Q 路信號按解 調(diào)前的順序放入 demodata 中,即如下demodata: idata(1 qdata(1 idata(2 adata(2. idata(100 qdata(100 然后在 qpsk.m 中 , 令 demodata1=demodata > 0; 將解調(diào)信號轉(zhuǎn)換為 0、 1信號,從而實現(xiàn)整個 qpsk 的調(diào)制解調(diào) 過程/demodata=zeros(para,ml*nd; %注釋:demodata(1:para,(1:ml:ml*nd-

25、1=idata(1:para,(1:nd; %注釋: demodata(1:para,(2:ml:ml*nd=qdata(1:para,(1:nd; %注釋:/經(jīng)過 16qam 時學號為 10120075 先進行編碼, 編為 001 000 001 010 000 000 111 101, 即碼源:0010 0000 1010 0000 0011 1101。qammod.m :在 16qam 的調(diào)制程序中, 首先生成兩個寄存器 isi 和 isq , 用來放 I 路和 Q 路調(diào)制后的信號。 ml=4,碼源 4個一組進行調(diào)制,前兩位為 I 路,后兩位為 Q 路。以對 0010調(diào)制為例:當 jj=

26、1時, isi=0+2*0=0當 jj=2時, isi=isi+1*0=0+0=0當 jj=3時, isq=0+2*1=2當 jj=4時, isq=isq+1*0=2+0=2I 路輸出,幅度歸一化:iout(1:1=iv(0+1/k=-3/sqrt(10Q 路輸出,幅度歸一化:qout(1:1=iv(2+1/k=3/sqrt(10此后,依據(jù)上述流程對 0000、 1010、 0000、 0011、 1101進行調(diào)制。綜上,對學號 10120075調(diào)制的結(jié)果為:(-3/sqrt(10, 3/sqrt(10 、 (-3/sqrt(10, -3/sqrt(10 、 (3/sqrt(10, 3/sqr

27、t(10 、 (-3/sqrt(10, -3/sqrt(10 、 (-3/sqrt(10, 1/sqrt(10 、 (1/sqrt(10, -1/sqrt(10 。qamdemod.m :解調(diào)時,先去幅度歸一化,變?yōu)?-3, 3 、 (-3, -3 、 (3, 3 、 (-3, -3 、 (-3, 1 、 (1, -1 。再生成一個 1, ml*nd的零矩陣,用來存放解調(diào)后的信號,將每一組 I 路和 Q 路信號依次放 入 demodata 中。以對(-3, 3解調(diào)為例:當 jj=1時, idata=-3,則 demodata(1:1=1<=0,即 demodata(1:1=0, i_pl

28、rty=-1;qdata=3,則 demodata(1:1=1>=0,即 demodata(1:1=1, q_plrty=1;當 jj=2時, idata=-3,則 demodata(1:2=1<=0,即 demodata(1:2=0, i_plrty=-1;因為 demodata(1:1=1,所以 b=-b即 b=-1,q_lngth= q_lngth+2*1=0+2=2qdata=3,則 demodata(1:2=-1>=0,即 demodata(1:1=0, q_plrty=1;此后,依據(jù)上述流程對(-3, -3 、 (3, 3 、 (-3, -3 、 (-3, 1 、

29、 (1, -1進行解調(diào)。 綜上,解調(diào)的結(jié)果為 0010 0000 1010 0000 0011 1101。4(a 將高斯信道換為瑞利衰落信道,然后運行程序,結(jié)果如下對于 bpsk在瑞利衰落信道下 figure;semilogy(snr_in_dB,ber,'O'hold onsemilogy(snr_in_dB,0.5*erfc(sqrt(2*10.(snr_in_dB/10/sqrt(2,'+' hold onylabel('BER'xlabel('E_b/N_0 dB'legend('simulation BPSK','theory gngauss BPSK','theory reyleigh' ; 對于 qpsk瑞利衰落信道 figure;semilogy(snr_in_dB,ber,'O'hold onsemilogy(snr_in_dB,0.5*erfc(sqrt(2*10.(snr_in_dB/10/sqrt(2,'+' hold onylabel('BER'xlabel('E_b/N_0 dB'legend('simulation QPSK','theory gnga