基于MATLAB的16QAM通信系统的仿真Word文件下载.docx

1、样点数目越多，其传输效率越高。但并不是样点数目越多越好，随着样点数目的增加，QAM系统的误码率会逐渐增大，所以在对可靠性要求较高的环境，不能使用较多样点数目的QAM。对于4QAM，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与4PSK相同。 a 4QAM星座图 b 16QAM星座图QAM采用格雷编码，采用格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不同，由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大，故这样编码使之仅造成一个比特误码的概率最大。下图以16QAM为例，显示了编码： 16QAM编码2.2 6QAM调制解调原理16QAM是两路4ASK信号的叠加，其演变方式可以有以下两种：（

2、1）正交调幅法，由两路独立的正交4ASK信号叠加而成； 图3-3 正交调幅（2）复合相移法，由两路独立的QPSK信号叠加而成。图中虚线大圆上的4个大黑点表示第一个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。复合相移法在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Sk（t）=Akcos（0t+k） kTt（k+1）T 式3-1式中，k取整数；Ak和k分别可以取多个离散值。上式可以展开为Sk（t）=Akcoskcos0tAksinksin0t 式3-2令Xk=Akcosk Yk=-Aksi

3、nk则信号表示式变为Sk（t）= Xkcos0t+Yk sin0t 式3-3Xk和Yk也是可以取多个离散值的变量。从上式看出，k（t）可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。本课题采用了正交调幅法。在发送端调制器中串/并变换使得信息速率为Rb的输入二进制信号分成两个速率为Rb/2的二进制信号，2/4电平转换将每个速率为Rb/2的二进制信号变为速率为Rb/8的电平信号，然后分别与两个正交载波相乘，再相加后即得16QAM信号。正交调制原理框图解调是调制的逆过程，在接收端解调器中可以采用正交的相干解调方法。接受到的信号分两路进入两个正交的载波的相干解调器，再分别进入判决器形成L进制信号并输出二进制信号

4、，最后经并/串变换后得到基带信号。下图为16QAM解调框图：相干解调原理框图2.3 MQAM调制介绍及本仿真程序的几点说明MQAM可以用正交调制的方法产生，本仿真中取M=16，即幅度和相位相结合的16个信号点的调制。 为了观察信道噪声对该调制方式的影响，我们在已调信号中又加入了不同强度的高斯白噪声，并统计其译码误码率。为了简化程序和得到可靠的误码率，我们在解调时并未从已调信号中恢复载波，而是直接产生与调制时一模一样的载波来进行信号解调。2.4仿真结果图2.5 QAM性能分析16QAM抗噪声性能仿真： 对于QAM，可以看成是由两个相互正交且独立的多电平ASK信号叠加而成。因此，利用多电平误码率的

5、分析方法，可得到M进制QAM的误码率为1： （4.1） 式中，Eb为每码元能量，n0为噪声单边功率谱密度。通过调整高斯白噪声信道的信噪比snr（Eb/No），可以得到如图5-2所示的误码率图： 图4-9 QAM信号误码率分析可见16QAM信号的误码率随着信噪比的增大而逐渐减小，这与理论分析是完全一致的16QAM信号与其它调制信号的性能比较：（1）16QAM和16PSK星座图中相邻点欧氏距离直接代表这噪声容限的大小。按最大振幅相等，画出16QAM信号和16PSK信号的星座图。设其最大振幅为AM，则16PSK信号的相邻矢量端点的欧氏距离等于 式4-1而16QAM信号的相邻点欧氏距离等于 式4-2d

6、2和d1的比值就代表这两种体制的噪声容限之比。AM d2 d1 图4-10 欧氏距离按上两式计算，d2超过d1约1.57 dB。但是，这时是在最大功率（振幅）相等的条件下比较的，没有考虑这两种体制的平均功率差别。16PSK信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。而16QAM信号，在等概率出现条件下，可以计算出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55 dB。因此，在平均功率相等条件下，16QAM比16PSK信号的噪声容限大4.12 dB。（2）16QAM与2DPSK和64QAM 这里我们设计一个2DPSK调制和解调系统和一个64QAM调制和解调系统的仿真模型，以观察其与16QAM

7、信号的抗噪声性能，并对它们的误码率进行比较。在取相同的码元速率和载波速率的情况下，设计2DPSK调制解调系统。 这里我们采用的是差分相干解调的方法，所以并不需要做载波恢复。解调部分的滤波器同样采用了贝塞尔函数低通滤波器，且判决模块简单如下所示。这样在高斯白噪声信道处调整信噪比，得到如图4-3所示的误码率图。图4-11 16QAM与16DPSK误码率曲线图 从仿真过程看，在相同信噪比的条件下，其误码率介于64QAM和2DPSK之间，也就是说，系统在同等噪声条件下，16QAM的抗噪声性能是相当优越的。【结束语】本文研究的重点是对基于MATLAB的16QAM 调制解调系统进行设计与仿真，得到以下的结

8、论。 1. 对16QAM调制解调系统基本原理进行了较为深入地理解与分析，并且根据其原理编制了仿真程序。 2. 较为熟悉地掌握了MATLAB软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法。 3. 利用MATLAB实现了16QAM调制与解调系统的设计，实现与仿真，并得到相应的调制解调波形，发现解调信号波形与输入信号波形存在一定时延，所以该系统的实时性有不足，但并不影响对误码率的检测，以及系统能够的抗噪声性能。 4. 对16QAM调制解调系统的抗噪声性能进行分析，通过仿真得到了16QAM系统的误码率曲线，曲线趋势与理论曲线基本一致。 5. 从仿真过程看，在相同信噪比的条件下，16QAM的加性白噪声的功率远

9、大于2DPSK的加性白噪声的功率，故16QAM调制解调系统一般工作在大信噪比的环境下，其误码率将很小，也就是说，两个系统在同等噪声条件下，16QAM的抗噪声性能是相当优越的附源程序代码：main_plot.mclear;clc;echo off;close all;N=10000; %设定码元数量fb=1; %基带信号频率fs=32; %抽样频率fc=4; %载波频率,为便于观察已调信号，我们把载波频率设的较低Kbase=2; % Kbase=1,不经基带成形滤波，直接调制; % Kbase=2,基带经成形滤波器滤波后，再进行调制info=random_binary（N）; %产生二进制信号序

10、列y,I,Q=qam（info,Kbase,fs,fb,fc）; %对基带信号进行16QAM调制y1=y; y2=y; %备份信号，供后续仿真用T=length（info）/fb; m=fs/fb; nn=length（info）;dt=1/fs; t=0:dt:T-dt;subplot（211）;%便于观察，这里显示的已调信号及其频谱均为无噪声干扰的理想情况%由于测试信号码元数量为10000个，在这里我们只显示其总数的1/10plot（t（1:1000）,y（1:1000）,t（1:1000）,I（1:1000）,Q（1:1000）,0 35,0 0,b:）;title（已调信号（In:re

11、d,Qn:green）%傅里叶变换，求出已调信号的频谱n=length（y）; y=fft（y）/n; y=abs（y（1:fix（n/2）*2;q=find（y1e-04）; y（q）=1e-04; y=20*log10（y）;f1=m/n; f=0:f1:（length（y）-1）*f1;subplot（223）;plot（f,y,rgrid on;已调信号频谱 xlabel（f/fb%画出16QAM调制方式对应的星座图subplot（224）;constel（y1,fs,fb,fc）; title（星座图SNR_in_dB=8:2:24; %AWGN信道信噪比for j=1:length

12、（SNR_in_dB） y_add_noise=awgn（y2,SNR_in_dB（j）; %加入不同强度的高斯白噪声 y_output=qamdet（y_add_noise,fs,fb,fc）; %对已调信号进行解调 numoferr=0; for i=1:N if （y_output（i）=info（i）, numoferr=numoferr+1; end; Pe（j）=numoferr/N; %统计误码率end;figure;semilogy（SNR_in_dB,Pe,red*-xlabel（SNR in dBylabel（Pe16QAM调制在不同信道噪声强度下的误码率random_bi

13、nary.m%产生二进制信源随机序列function info=random_binary（N） if nargin = 0, %如果没有输入参数，则指定信息序列为10000个码元 N=10000;for i=1:N, temp=rand; if （temp0.5）, info（i）=0; % 1/2的概率输出为0 else info（i）=1; % 1/2的概率输出为1 endqam.mfunction y,I,Q=qam（x,Kbase,fs,fb,fc）;%T=length（x）/fb; m=fs/fb; nn=length（x）; t=0:%串/并变换分离出I分量、Q分量，然后再分别进

14、行电平映射I=x（1:nn-1）; I,In=two2four（I,4*m）; Q=x（2:nn）; Q,Qn=two2four（Q,4*m）;if Kbase=2; %基带成形滤波 I=bshape（I,fs,fb/4）; Q=bshape（Q,fs,fb/4）;y=I.*cos（2*pi*fc*t）-Q.*sin（2*pi*fc*t）; %调制qamdet.m%QAM信号解调function xn,x=qamdet（y,fs,fb,fc）;（length（y）-1）*dt;I=y.*cos（2*pi*fc*t）;Q=-y.*sin（2*pi*fc*t）;b,a=butter（2,2*fb/

15、fs）; %设计巴特沃斯滤波器I=filtfilt（b,a,I）;Q=filtfilt（b,a,Q）;m=4*fs/fb; N=length（y）/m; n=（.6:1:N）*m; n=fix（n）;In=I（n）; Qn=Q（n）; xn=four2two（In Qn）;%I分量Q分量并/串转换，最终恢复成码元序列xnnn=length（xn）; xn=xn（1:nn/2）;xn（nn/2+1:nn）;xn=xn（: xn=xn;bshape.m%基带升余弦成形滤波器function y=bshape（x,fs,fb,N,alfa,delay）;%设置默认参数if nargin6; dela

16、y=8; end;5; alfa=0.5;4; N=16; end;b=firrcos（N,fb,2*alfa*fb,fs）;y=filter（b,1,x）;two2four.m%二进制转换成四进制function y,yn=two2four（x,m）;T=0 1;3 2; n=length（x）; ii=1;n-1; xi=x（i:i+1）+1; yn（ii）=T（xi（1）,xi（2）; ii=ii+1;yn=yn-1.5; y=yn;m-1; y=y;yn;y=y（:） %映射电平分别为-1.5；0.5；1.5four2two.m%四进制转换成二进制function xn=four2tw

17、o（yn）;y=yn; ymin=min（y）; ymax=max（y）; ymax=max（ymax abs（ymin）;ymin=-abs（ymax）; yn=（y-ymin）*3/（ymax-ymin）;%设置门限电平，判决I0=find（yn=0.5 & yn=1.5 &2.5）; yn（I2）=ones（size（I2）*2;I3=find（yn=2.5）; yn（I3）=ones（size（I3）*3;%一位四进制码元转换为两位二进制码元T=0 0;0 1;1 1;1 0; n=length（yn）;n; xn（i,:）=T（yn（i）+1,:xn=xn xn=xn（:conste

18、l.m%画出星座图function c=constel（x,fs,fb,fc）;N=length（x）; m=2*fs/fb; n=fs/fc;i1=m-n; i=1; ph0=（i1-1）*2*pi/n;while i = N/m; xi=x（i1:i1+n-1）; y=2*fft（xi）/n; c（i）=y（2）; i=i+1; i1=i1+m;%如果无输出，则作图if nargout1; cmax=max（abs（c）; ph=（0:5:360）*pi/180; plot（1.414*cos（ph）,1.414*sin（ph）,c hold on;length（c）; ph=ph0-angle（c（i）; a=abs（c（i）/cmax*1.414; plot（a*cos（ph）,a*sin（ph）,r* plot（-1.5 1.5,0 0,k:,0 0,-1.5 1.5, hold off; axis equal; axis（-1.5 1.5 -1.5 1.5）;通信原理课程设计16QAM传输系统设计学 院： 电子与信息工程 专 业： 通信工程 姓 名： 胡 博 学 号： 1120119119 指导老师： 罗 恒 2014年6月16日