完整word版16QAM调制与解调的MATLAB实现及调制性能分析.docx
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完整word版16QAM调制与解调的MATLAB实现及调制性能分析
通信原理课程设计报告书
课题名称
16QAM调制与解调
的MATLAB实现及调制性能分析
姓名
学号
学院
通信与电子工程学院
专业
通信工程
指导教师
李梦醒
2012年01月01日
一、设计任务及要求:
设计任务:
利用MATLAB设计一个16QAM调制与解调系统,并对其进行性能分析。
要求:
1。
设计一个16QAM调制与解调系统。
2.设计程序时必须使得程序尽可能的简单。
3.利用MATLAB进行程序编写并对系统进行仿真分析.
指导教师签名:
20年月日
二、指导教师评语:
指导教师签名:
2010年月日
三、成绩
验收盖章
2010年月日
16QAM调制与解调的MATLAB实现及调制性能分析
1设计目的
(1)掌握16QAM调制与解调的原理。
(2)掌握星座图的原理并能熟悉星座图的应用。
(3)熟悉并掌握MATLAB的使用方法。
(4)通过对16QAM调制性能的分析了解16QAM调制相对于其它调制方式的优缺点。
2设计原理
正交振幅调制(QuadratureAmplitudeModulation,QAM)是一种振幅和相位联合键控。
虽然MPSK和MDPSK等相移键控的带宽和功率方面都具有优势,即带宽占用小和比特噪声比要求低。
但是由图1可见,在MPSK体制中,随着
图18PSK信号相位
M的增大,相邻相位的距离逐渐减小,使噪声容限随之减小,误码率难于保证。
为了改善在M大时的噪声容限,发展出了QAM体制.在QAM体制中,信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制。
这种信号的一个码元可以表示为
(2—1)
式中:
k=整数;
和
分别可以取多个离散值。
式(2-1)可以展开为
(2—2)
令Xk=Akcosqk,Yk=—Aksinqk
则式(2—1)变为
(2-3)
和
也是可以取多个离散的变量.从式(2—3)看出,
可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。
在式(2—1)中,若qk值仅可以取p/4和—p/4,Ak值仅可以取+A和—A,则此QAM信号就成为QPSK信号,如图2所示:
图24QAM信号矢量图
所以,QPSK信号就是一种最简单的QAM信号。
有代表性的QAM信号是16进制的,记为16QAM,它的矢量图示于下图中:
图316QAM信号矢量图
图中用黑点表示每个码元的位置,并且示出它是由两个正交矢量合成的。
类似地,有64QAM和256QAM等QAM信号,如图4、图5所示。
它们总称为MQAM
调制.由于从其矢量图看像是星座,故又称星座调制。
16QAM信号的产生方法主要有两种。
第一种是正交调幅法,即用两路独立的正交4ASK信号叠加,形成16QAM信号,如图6所示。
第二种方法是复合相
图6正交调幅法
移法,它用两路独立的QPSK信号叠加,形成16QAM信号,如图7所示.图中
图7复合相移法
虚线大圆上的4个大黑点表示一个QPSK信号矢量的位置。
在这4个位置上可以叠加上第二个QPSK矢量,后者的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示。
3设计过程
3。
1设计思路
由设计原理中可知MQAM调制又称为星座调制,故我们在设计16QAM调制系统时就可以星座图来进行编程。
下面我们就借用如图8所示的星座图设计一个16QAM调制系统.
图816QAM星座
在图中共有16个点,每个点用4个比特表示,代表调制以后的一个矢量位置(这个点拥有唯一的振幅与相位)。
因此我们可以把横轴看作是实轴,纵轴看作虚轴。
由于每个点与跟它相邻的四个点是等距,且设为2,则每个点都可用一个虚数进行表示.例如点0000可用-1-j表示,这个虚数的模就是相当于16QAM信号的振幅,相角就相当于16QAM信号的相位。
所以16QAM的调制过程就可以用如下语句进行描述:
ifA(1,b:
c)==[0000]
B(k)=-1—1i;
elseifA(1,b:
c)==[0001]
B(k)=-3—1i;
elseifA(1,b:
c)==[0010]
B(k)=-1—3i;
elseifA(1,b:
c)==[0011]
B(k)=-3—3i;
elseifA(1,b:
c)==[0100]
B(k)=1—1i;
elseifA(1,b:
c)==[0101]
B(k)=1—3i;
elseifA(1,b:
c)==[0110]
B(k)=3—1i;
elseifA(1,b:
c)==[0111]
B(k)=3-3i;
elseifA(1,b:
c)==[1000]
B(k)=-1+1i;
elseifA(1,b:
c)==[1001]
B(k)=—1+3i;
elseifA(1,b:
c)==[1010]
B(k)=—3+1i;
elseifA(1,b:
c)==[1011]
B(k)=-3+3i;
elseifA(1,b:
c)==[1100]
B(k)=1+1i;
elseifA(1,b:
c)==[1101]
B(k)=3+1i;
elseifA(1,b:
c)==[1110]
B(k)=1+3i;
elseifA(1,b:
c)==[1111]
B(k)=3+3i;
end
当调制以后的信号经过信道加噪以后,我们必须对其进行解调.由于加噪了的缘故,调制以后的信号不再是原来的信号,而应该有不同。
因此在解调时不能简单的将上述过程逆转,即不能由-1—j就判断为0000。
而应该对虚数的实部和虚部设定一个范围后再进行判断.这个范围边界的选取原理我们可以借用量化的概念,取相邻虚数的实部的平均数和虚部的平均数。
以下为16QAM解调过程的程序语句:
if(real(D(n))〈—2)&&(imag(D(n))〈—2)
C(1,d:
e)=[0011];
elseif(real(D(n))<-2)&&(imag(D(n))<0)
C(1,d:
e)=[0001];
elseif(real(D(n))<-2)&&(imag(D(n))<2)
C(1,d:
e)=[1010];
elseif(real(D(n))<—2)&&(imag(D(n))〉=2)
C(1,d:
e)=[1011];
elseif(real(D(n))〈0)&&(imag(D(n))<—2)
C(1,d:
e)=[0010];
elseif(real(D(n))〈0)&&(imag(D(n))<0)
C(1,d:
e)=[0000];
elseif(real(D(n))<0)&&(imag(D(n))<2)
C(1,d:
e)=[1000];
elseif(real(D(n))〈0)&&(imag(D(n))>=2)
C(1,d:
e)=[1001];
elseif(real(D(n))〈2)&&(imag(D(n))<—2)
C(1,d:
e)=[0101];
elseif(real(D(n))<2)&&(imag(D(n))〈0)
C(1,d:
e)=[0100];
elseif(real(D(n))〈2)&&(imag(D(n))<2)
C(1,d:
e)=[1100];
elseif(real(D(n))〈2)&&(imag(D(n))〉=2)
C(1,d:
e)=[1110];
elseif(real(D(n))〉=2)&&(imag(D(n))〈—2)
C(1,d:
e)=[0111];
elseif(real(D(n))>=2)&&(imag(D(n))〈0)
C(1,d:
e)=[0110];
elseif(real(D(n))>=2)&&(imag(D(n))<2)
C(1,d:
e)=[1101];
elseif(real(D(n))>=2)&&(imag(D(n))>=2)
C(1,d:
e)=[1111];
end
3。
2设计总程序
clearall;
closeall;
N=40000;
K=4*N;%信息长度
L=7*N;
W=7*N/4;
E=randsrc(1,K,[0,1]);%信源´
B=zeros(1,W);%16QAM调制后的信号
C=zeros(1,L);%16QAM解调后的信号
num=zeros(20,1);%误比特数
ber=zeros(20,1);%误比特率
forSNR=1:
1:
20
%汉明编码
A=encode(E,7,4,'hamming/binary');
%16QAM调制过程
fork=1:
W
b=4*k-3;
c=4*k;
ifA(1,b:
c)==[0000]
B(k)=—1—1i;
elseifA(1,b:
c)==[0001]
B(k)=—3-1i;
elseifA(1,b:
c)==[0010]
B(k)=—1-3i;
elseifA(1,b:
c)==[0011]
B(k)=—3-3i;
elseifA(1,b:
c)==[0100]
B(k)=1-1i;
elseifA(1,b:
c)==[0101]
B(k)=1-3i;
elseifA(1,b:
c)==[0110]
B(k)=3—1i;
elseifA(1,b:
c)==[0111]
B(k)=3-3i;
elseifA(1,b:
c)==[1000]
B(k)=—1+1i;
elseifA(1,b:
c)==[1001]
B(k)=—1+3i;
elseifA(1,b:
c)==[1010]
B(k)=-3+1i;
elseifA(1,b:
c)==[1011]
B(k)=-3+3i;
elseifA(1,b:
c)==[1100]
B(k)=1+1i;
elseifA(1,b:
c)==[1101]
B(k)=3+1i;
elseifA(1,b:
c)==[1110]
B(k)=1+3i;
elseifA(1,b:
c)==[1111]
B(k)=3+3i;
end
end
%信道加噪
D=awgn(B,SNR);
%16QAM解调过程
forn=1:
W
d=4*n—3;
e=4*n;
if(real(D(n))<-2)&&(imag(D(n))<-2)
C(1,d:
e)=[0011];
elseif(real(D(n))<—2)&&(imag(D(n))〈0)
C(1,d:
e)=[0001];
elseif(real(D(n))〈—2)&&(imag(D(n))〈2)
C(1,d:
e)=[1010];
elseif(real(D(n))〈-2)&&(imag(D(n))〉=2)
C(1,d:
e)=[1011];
elseif(real(D(n))<0)&&(imag(D(n))〈-2)
C(1,d:
e)=[0010];
elseif(real(D(n))〈0)&&(imag(D(n))<0)
C(1,d:
e)=[0000];
elseif(real(D(n))〈0)&&(imag(D(n))〈2)
C(1,d:
e)=[1000];
elseif(real(D(n))〈0)&&(imag(D(n))>=2)
C(1,d:
e)=[1001];
elseif(real(D(n))<2)&&(imag(D(n))<-2)
C(1,d:
e)=[0101];
elseif(real(D(n))〈2)&&(imag(D(n))<0)
C(1,d:
e)=[0100];
elseif(real(D(n))〈2)&&(imag(D(n))〈2)
C(1,d:
e)=[1100];
elseif(real(D(n))<2)&&(imag(D(n))>=2)
C(1,d:
e)=[1110];
elseif(real(D(n))>=2)&&(imag(D(n))<—2)
C(1,d:
e)=[0111];
elseif(real(D(n))〉=2)&&(imag(D(n))〈0)
C(1,d:
e)=[0110];
elseif(real(D(n))〉=2)&&(imag(D(n))<2)
C(1,d:
e)=[1101];
elseif(real(D(n))〉=2)&&(imag(D(n))〉=2)
C(1,d:
e)=[1111];
end
end
%汉明译码
F=decode(C,7,4,'hamming/binary');
%求误比特率
[num(SNR,1),ber(SNR,1)]=biterr(F,E);
end
%误比特数图
plot(num);
figure
%误比特率图
plot(ber);
3。
3系统仿真结果图
图9不同SNR下的误比特率
4系统性能分析
图10三种调制方式在AWGN信道中的误码性能比较
分析:
将QPSK,BPSK,16QAM,FSK四种调制方式,包括理论值与实际值,放在同一个图下,对他们进行对比,可以很清晰地发现,QPSK在信噪比较小时,仿真值和理论值就有了偏离,且两者数值都比较大,当信噪比越来越大时,仿真值成直线几乎没变化,而实际值的Pe值逐渐变小,这种调制方式不是很可取;16QAM的性能跟QPSK相比,在低信噪比时,Pe值较大(还要大于QPSK的),随着信噪比逐渐增大,16QAM的Pe值逐渐减小,且理论值与实际值比较契合,在大信噪比情况下,误码性能略逊与QPSK的;FSK的理论值和实际值在各种信噪比下都比较契合,两者几乎没有大的差距,无论是在低,高信噪比下,性能都要比QPSK的优越一些;BPSK性能最优!
理论值与实际值契合得比较理想,而在低,高信噪比情况下,Pe值都是最低的,且随着信噪比逐渐增大,Pe实际值迅速减小,实现起来性能十分优越。
因此在选择对误码性能要求较高的系统时,BPSK可作为首选,FSK次之,QPSK和16QAM再考虑实际情况选择,而在其他状态时,也可优先选择BPSK。
5主要仪器与设备
装有MATLAB的PC机一台。
6设计体会
课程设计做完了,总结一下,我想我还是收获了不少.从一开始选题时的不自信(怕自己做不出)到最后我比较圆满的完成这次课程设计,正好应征了一句老话:
“功夫不负有心人"。
选完题后,我并不知道该如何动手,所以我只有看书。
通过看书,我掌握了16QAM调制与解调的原理并决定从星座图开始入手。
从而最终将系统程序编写出来。
除了掌握了课本上的知识外,通过这次课程设计我更加熟练了MATLAB的使用方法.从以前一看到MATLAB就郁闷到现在渐渐地喜欢上MATLAB编写程序,我知道了学习的乐趣。
“功夫不负有心人”,即使你遇到了世上再难的事情,只要你有心,你就都会迎刃而解。
参考文献
[1]樊昌信,曹丽娜。
通信原理。
北京:
国防工业出版社,1980:
238—241.
[2]别志松,别红霞。
系统与通信系统仿真.北京:
北京邮电大学出版社,2010.
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- 完整 word 16 QAM 调制 解调 MATLAB 实现 性能 分析