完整版)16QAM调制与解调的MATLAB实现及调制性能分析

1、探%2009级通信工程专业X通信原理课程设计通信原理课程设计报告书16QAM调制与解调课题名称的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、指导教师评语:指导教师签名：2010年 月 日二、成绩验收盖章2010年 月 日16QAM调制与解调的MATLA

2、B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(QuadratureAmplitude Modulation,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/815 /8M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

3、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sjt)Ak cos( tk)kT t (k 1)T(2 1)式中：k=整数；Ak和k分别可以取多个离散值。式(2 1)可以展开为sjt)A. cos k cos 0ta. sin k sin0t(22)Xk = Akcos k，丫k = -Aksin则式（2 1）变为Sk(t)Xk cos ot YkSin t(2 3)Xk和Yk也是可以取多个离散的变量。从式（2 3）看出，Sk（t）可以看作是两个 正交的振幅键控信号之和。在式（2 1）中，若 k值仅可以取/4

4、和-/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2 4QAM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:Ak图3 16QAM 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图4 64 QAM信号矢量图图5 256QAM信号矢量图调制。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

5、加，形成16QAM信号，如图6所示。第二种方法是复合相移法，它用两路独立的图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 8 16QAM 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，

6、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：if A(1,b:c)=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:c)=0 1 0 0B(k)=1-1i;el

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

8、lseif A(1,b:c)=1 1 1 0B(k)=1+3i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 1B(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

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

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

11、) C(1,d:e)=1 1 1 1;end3.2 设计总程序clear all;close all;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for SNR=1:1:20%汉明编码A=encode(E,7,4,hamming/binary);%16QAM 调制过程for k=1:Wb=4*k-3;c=4*k;if A(1,b:c)=

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

13、c)=1 0 0 1B(k)=-1+3i;elseif A(1,b:c)=1 0 1 0B(k)=-3+1i;elseif A(1,b:c)=1 0 1 1B(k)=-3+3i;elseif A(1,b:c)=1 1 0 0B(k)=1+1i;elseif A(1,b:c)=1 1 0 1B(k)=3+1i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 0B(k)=1+3i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 1B(k)=3+3i; end end %信道加噪D=awgn(B,SNR);%16QAM 解调过程for n=1:Wd=4*n-3;e=4*n;if (real(D(n)-2)&

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

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

16、D(n)=2)&(imag(D(n)=2) C(1,d:e)=1 1 1 1;endend%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0.04在不同信噪比下的误比特率P0.0350.030.0250.020.0150.010.0050246810 1214161820SNR图9不同SNRF的误比特率4系统性能分析1010155E/NfdB)S 10屮BPSKW真课码率吕PSK理论i昊码

17、率F馭仿其课码率-1SQAM理i&娱码率0 祐QAM真汉码率曲线三种在人WGN信中的课码性能比较图10三种调制方式在 AWG信道中的误码性能比较分析：将QPSK BPSK 16QAMI 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，QPSI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勺性能跟QPSKS比，在低信噪比时，Pe值较大（还要大于QPSK勺），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

18、，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勺优越一些；BPSK生能最优！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，实现起来生能十分优越。因此在选择对误码生能要求较高勺系统时，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