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

1、1 6 QAM 調(diào) 制 與 解 調(diào) 的MATLAB 實(shí) 現(xiàn) 及 調(diào) 制 性能分析X 2009級通信工程專業(yè)XX一通信原理課程設(shè)計(jì)通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱姓名學(xué)號學(xué)院專業(yè)指導(dǎo)教師16QAM調(diào)制與解調(diào)的MATLAB實(shí)現(xiàn)及調(diào)制性能分析通信與電子工程學(xué)院通信工程李夢醒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MATLAB設(shè)計(jì)一個(gè)16QAM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)，并對其進(jìn)行性能分 析。要求：1 .設(shè)計(jì)一個(gè)16QAM調(diào)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單。3 .利用MATLAB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 月日、指導(dǎo)教師評語:指導(dǎo)教師簽名：2010年

2、 月 日二、成績驗(yàn)收蓋章2010年 月 日16QAM調(diào)制與解調(diào)的MATLAB實(shí)現(xiàn)及調(diào)制性能分析1設(shè)計(jì)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的使用方法。(4)通過對16QAM調(diào)制性能的分析了解16QAM調(diào)制相對于其它調(diào)制方式的 優(yōu)缺點(diǎn)。2設(shè)計(jì)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MPSK和MDPSK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MPSK體制中，隨著M的增大，相鄰相位的距離逐漸減小，

3、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)展出了 QAM體制。在QAM體制中,信號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。這種信號的一個(gè)碼元可以表示為&(t) Acos( 0tk) kT t (k 1)T(21)式中：k=整數(shù)；4和k分別可以取多個(gè)離散值。式(21)可以展開為Sk(t)Ak cos k cos 0t Ak sin k sin 0t(22)令 Xk = Akcos k, Yk = -Aksin k則式(21)變?yōu)閟k(t) Xk cos 0t Yk sin 0t(2-3)Xk和Yk也是可以取多個(gè)離散的變量。從式(23)看出，sk(t)可以看作是

4、兩 個(gè)正交的振幅鍵控信號之和。在式(21)中，若k值僅可以取/4和-/4, Ak值僅可以取+A和-A,則此QAM信號所以，QPSK信號就是一種最簡單的QAM信號。有代表性的QAM信號是16進(jìn)制的，記為16QAM ,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(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64QAM和256QAM等QAM信號，如圖4、圖5所示。它們總稱為MQAM圖5 256QAM信號矢量圖圖4 64QAM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。16QAM信號的產(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

5、疊加，形成16QAM信號，如圖6所示。第二種方法是復(fù)合移法，它用兩路獨(dú)立的QPSK信號疊加，形成16QAM信號，如圖7所示。圖中圖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)QPSK信號矢量的位置。在這4個(gè)位置上可以疊加上第二個(gè)QPSK矢量，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)過程3.1 設(shè)計(jì)思路由設(shè)計(jì)原理中可知MQAM調(diào)制又稱為星座調(diào)制，故我們在設(shè)計(jì) 16QAM調(diào)制系統(tǒng)時(shí)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(jì)一個(gè)16QAM調(diào)制系統(tǒng)圖8 16QAM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

6、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-1-j表示，這個(gè)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信號的相位。所以16QAM的調(diào)制 過程就可以用如下語句進(jìn)行描述：if A(1,b:c戶二0 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:=0 1 0 0B(k)=

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

8、f A(1,b:c)=1 1 1 0B(k)=1+3i;elseif A(1,b:c戶二1 1 1 1B(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(shí)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(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解調(diào)過程的程序語句：if (real(D(n)<-2)&&(imag(D(n)<-2)C(1,d:

9、e產(chǎn)0 0 1 1;elseif (real(D(n)<-2)&&(imag(D(n)<0)C(1,d:e產(chǎn)0 0 0 1;elseif (real(D(n)<-2)&&(imag(D(n)<2)C(1,d:e戶1 0 1 0;elseif (real(D(n)<-2)&&(imag(D(n)>=2)C(1,d:e戶1 0 1 1;elseif (real(D(n)<0)&&(imag(D(n)<-2)C(1,d:e戶0 0 1 0;elseif (real(D(n)<0)&a

10、mp;&(imag(D(n)<0)C(1,d:e產(chǎn)0 0 0 0;elseif (real(D(n)<0)&&(imag(D(n)<2)C(1,d:e戶1 0 0 0;elseif (real(D(n)<0)&&(imag(D(n)>=2)C(1,d:e產(chǎn)1 0 0 1;elseif (real(D(n)<2)&&(imag(D(n)<-2)C(1,d:e戶0 1 0 1;elseif (real(D(n)<2)&&(imag(D(n)<0)C(1,d:e戶0 1 0

11、0;elseif (real(D(n)<2)&&(imag(D(n)<2)C(1,d:e戶1 1 0 0;elseif (real(D(n)<2)&&(imag(D(n)>=2) C(1,d:e戶1 1 1 0;elseif (real(D(n)>=2)&&(imag(D(n)<-2) C(1,d:e戶0 1 1 1;elseif (real(D(n)>=2)&&(imag(D(n)<0) C(1,d:e產(chǎn)0 1 1 0;elseif (real(D(n)>=2)&&a

12、mp;(imag(D(n)<2)C(1,d:e戶1 1 0 1;elseif(real(D(n)>=2)&&(imag(D(n)>=2) C(1,d:e產(chǎn)1 1 1 1;end3.2 設(shè)計(jì)總程序clear all;close all;N=40000;K=4*N;%信息長度L=7*N;W=7*N/4;E=randsrc(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?cái)?shù)ber=zeros(20,1);% 誤比特率for SNR=1

13、:1:20%漢明編碼A=encode(E,7,4,'hamming/binary');%16QAM調(diào)制過程for k=1:Wb=4*k-3;c=4*k;if A(1,b:c戶二0 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:=0 1 0 0B(k)=1-1i;elseif A(1,b:=0 1 0 1B(k)=1-3i;elseif A(1,b:c)=0 1 1

14、0B(k)=3-1i;elseif A(1,b:=0 1 1 1B(k)=3-3i;elseif A(1,b:=1 0 0 0 B(k)=-1+1i;elseif A(1,b:c)=1 0 0 1 B(k)=-1+3i;elseif A(1,b:=1 0 1 0 B(k)=-3+1i;elseif A(1,b:=1 0 1 1 B(k)=-3+3i;elseif A(1,b:=1 1 0 0 B(k)=1+1i;elseif A(1,b:=1 1 0 1 B(k)=3+1i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 0 B(k)=1+3i;elseif A(1,b:c戶二1 1 1 1 B(

15、k)=3+3i;endend%信道加噪D=awgn(B,SNR);%16QAM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產(chǎn)0 0 1 1;elseif (real(D(n)<-2)&&(imag(D(n)<0)C(1,d:e戶0 0 0 1;elseif (real(D(n)<-2)&&(imag(D(n)<2)C(1,d:e產(chǎn)1 0 1 0;elseif (real(D(n)<-2)&&(imag

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

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

18、D(n)<-2) C(1,d:e戶0 1 1 1;elseif (real(D(n)>=2)&&(imag(D(n)<0) C(1,d:e戶0 1 1 0;elseif (real(D(n)>=2)&&(imag(D(n)<2) C(1,d:e戶1 1 0 1;elseif (real(D(n)>=2)&&(imag(D(n)>=2) C(1,d:e產(chǎn)1 1 1 1;endend%漢明譯碼F=decode(C,7,4,'hamming/binaiy');%求誤比特率num(SNR,1),b

19、er(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0.04P在不同信噪比下的誤比特率0.0350.030.0250.020.0150.010.005002468101214161820SNR圖9不同SNRF的誤比特率4系統(tǒng)性能分析三部在再WGN信道中的誤碼性鹿比投1*1OM十EPSK仿真誤碼率 BPSK5里詒讀馬率 FS依f論謖碼率 F£K仿工誤碼率51015怕QAM?里論謖碼率 o 15 aAM其誤碼率窗統(tǒng)圖10三種調(diào)制方式在AWGN1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(gè)圖下，對他們進(jìn)行對比，可以很清晰地發(fā)現(xiàn)，QPSKS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，當(dāng)信噪比越來越大時(shí)，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(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