16QAM调制与解调的MATLAB实现与调制性能分析报告

1、探2009级通信工程专业*通信原理课程设计*探通信原理课程设计报告书16QAM调制与解调课题名称的MATLA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梦醒2012年01月01日一、设计任务及要求:设计任务：利用MATLA设计一个16QAMS制与解调系统，并对其进行性能分析。要 求：1. 设计一个16QA碉制与解调系统。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 月曰、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碉制与解调的MATLA实现及调

2、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勺使用方法。(4) 通过对16QAM调制性能的分析了解16QA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(Quadrature Amplitude Modulation,QAM )是一种振幅和相位联合键控。虽然MPSI和MDPS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MPS处制中，随着图1 8PSK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

3、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Sk(t)Ak cos( otk)kT t(k1)T(2 1)式中：k=整数；Ak和k分别可以取多个离散值。式(2 1)可以展开为沁)Ak cos k cos 0tAkSin ksin°t(22)令Xk=Akcos k，Yk=-A kSink则式(2 1)变为Sk(t)XkCos 0tYk sin0t(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和-/4 ,

4、Ak值仅可以取+A和-A,则此QAM言号就成为QPSK言号，如图2所示：所以，QPSI信号就是一种最简单的QAM信号。有代表性的QAM言号是16进制的, 记为16QA M它的矢量图示于下图中：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言号，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。16QAMW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

5、。第二种方法是复合相图6正交调幅法移法，它用两路独立的图7复合相移法虚线大圆上的4个大黑点表示一个QPSK言号矢量的位置。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 MQA调制又称为星座调制，故我们在设计 16QAMM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，纵轴看 作虚轴。由于每个点与跟它相邻的四个点是等距，

6、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言号的相位。所以16QAM勺调制过程就可以用 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;elseif A(1,b:c)=0 1 0 1B(k)=1-3i

7、;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 1 B(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+

8、3i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 1 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 虚部设定一个围后再进行判断。这个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军调过程的程序语句：if (real(D( n) )<-2)&&(imag(D( n) )<-2)C(1,d:e)=0 0 1 1;elseif (

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

10、mag(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;elseif (real(D( n)<0)&&(imag(D( n) )>=2)C(1,d:e)=1 0 0 1;elseif (real(D( n)<2)&&(imag(D( n) )v-2)C(1,d:e)=0 1 0 1;elseif (real(D (n )v2)&&(imag(D( n) )v0)C(1,d:e)=0

11、 1 0 0;elseif (real(D (n )v2)&&(imag(D( n) )v2)C(1,d:e)=1 1 0 0;elseif (real(D( n)v2)&&(imag(D( n) )>=2)C(1,d:e)=1 1 1 0;elseif (real(D( n) )>=2)&&(imag(D( n) )v-2) C(1,d:e)=0 1 1 1;elseif (real(D( n)>=2)&&(imag(D( n) )<0) C(1,d:e)=0 1 1 0;elseif (real(D (

12、n )>=2)&&(imag(D( n)<2) C(1,d:e)=1 1 0 1;elseif(real(D( n) )>=2)&&(imag(D( n)>=2) C(1,d:e)=1 1 1 1;end3.2设计总程序clear all;close all;N=40000;K=4*N;%言息长度L=7*N;W=7*N/4;E=ra ndsrc(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(2

13、0,1);%误比特率for SNR=1:1:20%汉明编码A=en code(E,7,4,'ham min g/b in ary');%16QA调制过程for k=1:Wb=4*k-3;c=4*k;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 0 B(k)=-1-3i;elseif A(1,b:c)=0 0 1 1 B(k)=-3-3i;elseif A(1,b:c)=0 1 0 0 B(k)=1-1i;elseif A(1,b:c)=0 1 0 1 B

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

15、1 1 0 B(k)=1+3i;elseif A(1,b:c)=1 1 1 1 B(k)=3+3i;endend%言道加噪D=awg n( B,SNR);%16QA解调过程for n=1:Wd=4* n-3;e=4* n;if (real(D( n) )<-2)&&(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)

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

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

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

19、gt;=2)&&(imag(D( n)>=2) C(1,d:e)=1 1 1 1;endend%汉明译码F=decode(C,7,4,'ham min g/b in ary');%求误比特率nu m(SNR,1),ber(SNR,1)=biterr(F,E);end%误比特数图plot (nu m);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0.0350.030.0250.0150.010.00524681214161810SNR0P 0.0220图9不同SNF下的误比特率4系统性能分析三种在AWGNf

20、S連中的谟码性龍比较S W'1010,5十EPSKl真课码率 BPSkiii 码率 FSk|f论课码率 FEK仿其课码率 iSQAM理论渓码率 0 祐CAM真逞码率曲线15E/NfdB)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 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，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