16QAM调制与解调的MATLAB实现及调制性能分析

1、X2009级通信工程专业XX_,X通信原理课程设计通信原理课程设计报告书16QAMM16QAMM 制与解调课题名称的 MATLAMATLA 改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MATLA破计一个16QAMS制与解调系统，并对其进行性能分析。要求：1 .设计一个16QAM3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MATLA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16QA硼制与角?调的MA

2、TLA映现及调制性能分析1 1 设计目的(1)掌握16QAMW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勺使用方法。(4)通过对16QAMS制性能的分析了解16QAMB制相对于其它调制方式的优缺点。2 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MPS麻口MDPS管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MPS咻制中，随着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

3、了QAMfr制。在QA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)Acos(0tk)kTt(k1)T(21)式中：k=整数；入和k分别可以取多个离散值。式(21)可以展开为/8/8sk(t)Akcoskcos0tAksinksin0tk=Akcosqk，Yk=-Aksinqk(22)X Xk和 Y Yk也是可以取多个离散的变量。从式（2 23 3）看出，8 8k（t t）可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。在式（21）中，若qk值仅可以取p/4和-p/4,&值仅可以取+A和-A,则此QAM言号就成为QPSK号，如图2所示:所以，QPSC

4、号就是一种最简单的QAMS号。有代表性的QAM言号是16进制的,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64QA防口256QA姆QAM言号，如图4、图5所示。它们总称为MQAM则式（21）变为Sk(t)XkcosotYkSint(23)调制。由于从其矢量图看像是星座，故又称星座调制。16QAMS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16QAMW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言号叠加，形成16QAM言号，如图7所示。图中AM图5256QAM信号矢量图图464QAM信号

5、矢量图图7复合相移法虚线大圆上的4个大黑点表示一个QPSKJ号矢量的位置。在这4个位置上可以叠加上第二个QPS次量，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MQAMI制又称为星座调制，故我们在设计16QAMI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16QAMRI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

6、-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16QAMJ号的相位。所以16QAM勺调制过程就可以用如下语句进行描述：ifA(1,b:=0000B(k)=-1-1i;elseifA(1,b:c)=0001B(k)=-3-1i;elseifA(1,b:c)=0010B(k)=-1-3i;elseifA(1,b:c)=0011B(k)=-3-3i;elseifA(1,b:=0100B(k)=1-1i;elseifA(1,b:=0101B(k)=1-3i;elseifA(1,b:c)=0110B(k)=3-1i;elseifA(1,b:=0111B(k)=3-3i;els

7、eifA(1,b:=1000B(k)=-1+1i;elseifA(1,b:c)=1001B(k)=-1+3i;elseifA(1,b:=1010B(k)=-3+1i;elseifA(1,b:=1011B(k)=-3+3i;elseifA(1,b:=1100B(k)=1+1i;elseifA(1,b:=1101B(k)=3+1i;elseifA(1,b:c)=1110B(k)=1+3i;elseifA(1,b:=1111B(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

8、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单调过程的程序语句：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)C(1,d:e)=1011;elseif(real(D(

9、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)=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

10、)C(1,d:e)=1100;elseif(real(D(n)=2)C(1,d:e)=1110;elseif(real(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)C(1,d:e)=1111;end3.2设计总程序clearall;closeall;N=40000;K=4*N;%言息长度L=7*N;W=7*N/4;E=randsrc(1,K,0,1);%信源B=zeros(1,W);%16QAMI调制后的信号C=zeros(1,L);%16QAM解调后的信号num=zeros(20

11、,1);%误比特数ber=zeros(20,1);%误比特率forSNR=1:1:20%X明编码A=encode(E,7,4,hamming/binary);%16QAM制过程fork=1:Wb=4*k-3;c=4*k;ifA(1,b:=0000B(k)=-1-1i;elseifA(1,b:c)=0001B(k)=-3-1i;elseifA(1,b:c)=0010B(k)=-1-3i;elseifA(1,b:c)=0011B(k)=-3-3i;elseifA(1,b:=0100B(k)=1-1i;elseifA(1,b:=0101B(k)=1-3i;elseifA(1,b:c)=0110B(k

12、)=3-1i;elseifA(1,b:=0111B(k)=3-3i;elseifA(1,b:=1000B(k)=-1+1i;elseifA(1,b:c)=1001B(k)=-1+3i;elseifA(1,b:=1010B(k)=-3+1i;elseifA(1,b:=1011B(k)=-3+3i;elseifA(1,b:=1100B(k)=1+1i;elseifA(1,b:=1101B(k)=3+1i;elseifA(1,b:c)=1110B(k)=1+3i;elseifA(1,b:=1111B(k)=3+3i;endend%言道加噪D=awgn(B,SNR);%16QAM调过程forn=1:W

13、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)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(

14、real(D(n)0)&(imag(D(n)2)C(1,d:e)=1000;elseif(real(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)C(1,d:e)=1110;elseif(real(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(i

15、mag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)&(imag(D(n)=2)C(1,d:e)=1111;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4 4 系统性能分析分析：将QPSKBPSK16QAMFSK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，QPSKE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

16、，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勺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勺；FSK的理论值和实际值在各种信噪0.04图9不同SNRF的误比特率在不同信噪比下的误比特率P0.0350.030.0250.020.0150.010.0050024681012SNR14161820EP5KEP5K何直误码率和口5 5咕里诒误码率FSFS国论谡码率F F K K仿真溟码率怕QAMQAM理论

17、谡同率16QAM16QAM其误码率曲线比下都比较契合，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，QPSO16QAM!考虑实际情况选择，而在其他状态时，也可优先选择BPSK5 5 主要仪器与设备装有MATLAB勺PC机一台。6 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