基于MATLAB的M-QAM數(shù)字基帶通信系統(tǒng)仿真報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)基于基于 MATLABMATLAB 的的 M-QAMM-QAM 數(shù)字基帶通信系統(tǒng)仿真報(bào)告數(shù)字基帶通信系統(tǒng)仿真報(bào)告學(xué)院：電光學(xué)院專業(yè)：姓名：學(xué)號：題目要求：Please use Matlab programming to implement some digital basebandcommunication systems , and plot the BEF(bit error probability) versusEb/N0(from -5dB to 20dB) curves for 4QAM , 16QAM(one person)一、設(shè)計(jì)目的和意

2、義隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，特別是移動(dòng)通信技術(shù)高速發(fā)展，頻帶利用率問題越來越被人們關(guān)注。在頻譜資源非常有限的今天，傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的容量已經(jīng)不能滿足當(dāng)前用戶的要求。正交幅度調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高頻譜利用率、高功率譜密度等優(yōu)勢，成為寬帶無線接入和無線視頻通信的重要技術(shù)方案。從信號平面自用率方面看，單獨(dú)使用幅度或相位攜帶信息時(shí)，不能最充分地利用信號平面。而M-QAM調(diào)制則正是解決這一問題的一種調(diào)制方式，采用幅度相位相結(jié)合的調(diào)制方式，可以使同樣大的信息平面內(nèi)有更多的信息點(diǎn)。從抗干擾方面看， 在星座圖上，采用M-QAM調(diào)制的信息的各點(diǎn)的距離要大于采

3、用其它調(diào)制的。由星座圖上點(diǎn)的特性可知， 距離越大， 抗干擾能力越強(qiáng)， 所以在抗干擾能力方面，QAM調(diào)制也優(yōu)于其它幾種調(diào)制方式。由上可知，在現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，幅度與相位相結(jié)合的多進(jìn)制調(diào)制有著重要的意義，并且運(yùn)用也日益廣泛。MATLAB是一種編程語言和可視化工具，它能對數(shù)據(jù)以圖形的方式顯示出來，使數(shù)據(jù)間的關(guān)系明了MATLAB所包含的應(yīng)用工具箱的功能非常豐富， 提供SIMULINK是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、 仿真和分析的軟件包， 支持線性和非線性系統(tǒng)，能夠在連續(xù)時(shí)間域、離散時(shí)間域或者兩者的混合時(shí)間域里進(jìn)行建模，其中通信系統(tǒng)工具箱中包含了對通信系統(tǒng)進(jìn)行分析和仿真所需的信源編碼、 糾錯(cuò)編碼、 信道

4、、調(diào)制解調(diào)以及其他所用的庫函數(shù)和模塊。 文中利用MATLAB對數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)進(jìn)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)行了建模和仿真并對結(jié)果進(jìn)行了分析， 結(jié)果表明所建立的仿真系統(tǒng)達(dá)到了較高的精度。二、QAM簡介正交振幅調(diào)制（QAM）是一種矢量調(diào)制，它是將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個(gè)復(fù)平面（星座）上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號。正交調(diào)幅信號有兩個(gè)相同頻率的，但是相位相差 90 度（四分之一周期，來自積分術(shù)語） 。一個(gè)信號叫 I信號，另一個(gè)信號叫 Q 信號。從數(shù)學(xué)角度將一個(gè)信號可以表示成正弦，另一個(gè)表示成余弦。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時(shí)已被混和。到達(dá)目的地后，載波被分離，數(shù)據(jù)被分別提取然后和原始

5、調(diào)制信息相混和。 這樣與之作幅度調(diào)制（AM）相比，其頻譜利用率高出一倍。QAM是用兩路獨(dú)立的基帶信號對兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通常有QAM（4QAM） 、QAM（l6QAM） 、QAM（64QAM） 、，對應(yīng)的空間信號矢量端點(diǎn)分布圖稱為星座圖，分別有4、16、64、個(gè)矢量端點(diǎn)。目前QAM最高已達(dá)到1024QAM。樣點(diǎn)數(shù)目越多，其傳輸效率越高。但并不是樣點(diǎn)數(shù)目越多越好，隨著樣點(diǎn)數(shù)目的增加，QAM系統(tǒng)的誤碼率會(huì)逐漸增大，所以在對可靠性要求較高的環(huán)境，不能使用較多樣點(diǎn)數(shù)目的QAM。對于4QAM，

6、當(dāng)兩路信號幅度相等時(shí)，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與4PSK相同。圖 1 4QAM 星座圖圖 2 16QAM 星座圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)QAM 采用格雷編碼，采用格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個(gè)比特只有一位不同，由于因相位誤差造成錯(cuò)判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼使之僅造成一個(gè)比特誤碼的概率最大。下圖以 16QAM 為例，顯示了編碼：圖 3 16QAM 編碼星座圖三、設(shè)計(jì)原理框圖圖 4 程序設(shè)計(jì)原理框圖四、MATLAB 程序代碼clc;clear all;close all;nsymbol=;%每種信噪比下的發(fā)送符號數(shù)M=4;%4-QAMN=16;%16-QAM

7、graycode=0 1 3 2;%格雷碼編碼規(guī)則graycode1=0 1 3 2 4 5 7 6 12 13 15 14 8 9 11 10;%格雷碼編碼規(guī)則EbN0=-5:20;%信噪比的范圍精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)snr1=10.(EbN0/10);%將 dB 值轉(zhuǎn)化成線性值msg=randint(1,nsymbol,M);%由 0-15 的整數(shù)值組成的均勻隨機(jī)數(shù)msg1=graycode(msg+1);%將隨機(jī)數(shù)映射成格雷碼msgmod=qammod(msg1,M);%4-QAM 調(diào)制spow=norm(msgmod).2/nsymbol;%求出每個(gè)符號的平均功率n

8、sg=randint(1,nsymbol,N);%由 0-15 的整數(shù)值組成的均勻隨機(jī)數(shù)nsg1=graycode1(nsg+1);%將隨機(jī)數(shù)映射成格雷碼nsgmod=qammod(nsg1,N);%16-QAM 調(diào)制spow1=norm(nsgmod).2/nsymbol;%求出每個(gè)符號的平均功率for indx=1:length(EbN0)sigma=sqrt(spow/(2*snr1(indx) ;%4-QAM 根據(jù)符號功率求出噪聲功率sigma1=sqrt(spow1/(2*snr1(indx) ;%16-QAM 根據(jù)符號功率求出噪聲功率rx=msgmod+sigma*(randn(1

9、,length(msgmod)+j*randn(1,length(msgmod); %4-QAM 混入高斯加性白噪聲r(shí)x1=nsgmod+sigma1*(randn(1,length(nsgmod)+j*randn(1,length(nsgmod); %16-QAM 混入高斯加性白噪聲y=qamdemod(rx,M);%4-QAM 的解調(diào)y1=qamdemod(rx1,N);%16-QAM 的解調(diào)decmsg=graycode(y+1);%格雷碼的逆映射decnsg=graycode1(y1+1);%格雷碼的逆映射%4-QAMerr,ser(indx)=symerr(msg,decmsg);%

10、求實(shí)際誤碼率%16-QAMerr,ser1(indx)=symerr(nsg,decnsg);%求實(shí)際誤碼率endsemilogy(EbN0,ser,b*-,EbN0,ser1,rd-);title(M-QAM 調(diào)制信號在 AWGN 信道下的性能);grid;xlabel(Eb/N0(dB);ylabel(誤碼率);legend(4-QAM,16-QAM);p=2*(1-1/sqrt(M)*qfunc(sqrt(3*snr1/(M-1);ser_theory=1-(1-p).2;%4-QAM 理論誤碼率p1=2*(1-1/sqrt(N)*qfunc(sqrt(3*snr1/(N-1);ser1

11、_theory=1-(1-p1).2;%16-QAM 理論誤碼率figure;semilogy(EbN0,ser_theory,o,EbN0,ser,b*-);title(4-QAM 調(diào)制信號在 AWGN 信道下的性能);精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)grid;xlabel(Eb/N0(dB);ylabel(誤碼率);legend(4-QAM 理論誤碼率,4-QAM 實(shí)際誤碼率);figure;semilogy(EbN0,ser1_theory,*,EbN0,ser1,rd-);title(16-QAM 調(diào)制信號在 AWGN 信道下的性能);grid;xlabel(Eb/N0(dB

12、);ylabel(誤碼率);legend(16-QAM 理論誤碼率,16-QAM 實(shí)際誤碼率);figure;semilogy(EbN0,ser_theory,o,EbN0,ser1_theory,*,EbN0,ser,b*-,EbN0,ser1,rd-);title(M-QAM 調(diào)制信號在 AWGN 信道下的性能);grid;xlabel(Eb/N0(dB);ylabel(誤碼率);legend(4-QAM 理論誤碼率,4-QAM 實(shí)際誤碼率,16-QAM 理論誤碼率,16-QAM 實(shí)際誤碼率);scatterplot(msgmod);%畫出 4-QAM 調(diào)制之后的星座圖title(4-QA

13、M 調(diào)制之后的星座圖);xlabel(同相分量);ylabel(正交分量);scatterplot(rx);%畫出 4-QAM 混入高斯加性白噪聲后的星座圖title(4-QAM 信號經(jīng)過 AWGN 信道之后的星座圖);xlabel(同相分量);ylabel(正交分量);scatterplot(nsgmod);%畫出 16-QAM 調(diào)制之后的星座圖title(16-QAM 調(diào)制之后的星座圖);xlabel(同相分量);ylabel(正交分量);scatterplot(rx1);%畫出 16-QAM 混入高斯加性白噪聲后的星座圖title(16-QAM 信號經(jīng)過 AWGN 信道之后的星座圖);x

14、label(同相分量);ylabel(正交分量);程序說明：先將均勻隨機(jī)數(shù)映射成格雷碼再用 qammod 函數(shù)實(shí)現(xiàn) 16-QAM 調(diào)制， 已調(diào)信號由分別表示幅度和相位的兩部分?jǐn)?shù)據(jù)構(gòu)成。計(jì)算出每個(gè)符號的平均功率之后，再根據(jù)信噪比算出噪聲的平均功率。將噪聲疊加到已調(diào)信號上，對幅度和相位兩部分都疊加上噪聲。其后通過 qamdemod 函數(shù)解調(diào)，得到由格雷碼表示的數(shù)據(jù)，再通過格雷碼的逆映射還原出 0-15 組成的均勻隨機(jī)數(shù)， 再與沒有調(diào)制的數(shù)據(jù)比較，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)得出誤比特率和誤符號率。 并畫出調(diào)制之后的信號和疊加了噪聲之后的已調(diào)信號的星座圖。五、仿真結(jié)果-1-0.500.

15、51-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81正交分量同 相 分 量4-QAM調(diào) 制 之 后 的 星 座 圖圖 54-QAM 調(diào)制之后的星座圖-1.5-1-0.500.511.5-1.5-1-0.500.511.5正交分量同 相 分 量4-QAM信 號 經(jīng) 過 AWGN信 道 之 后 的 星 座 圖圖 64-QAM 混入高斯加性白噪聲后的星座圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)-3-2-10123-3-2-10123正交分量同 相 分 量16-QAM調(diào) 制 之 后 的 星 座 圖圖 716-QAM 調(diào)制之后的星座圖-4-2024-4-3-2-101234正交分量同

16、 相 分 量16-QAM信 號 經(jīng) 過 AWGN信 道 之 后 的 星 座 圖圖 816-QAM 混入高斯加性白噪聲后的星座圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)-50510152010-410-310-210-11004-QAM調(diào)制信號在AWGN信道下的性能Eb/N0(dB)誤碼率 4-QAM理論誤碼率4-QAM實(shí)際誤碼率圖 94-QAM 理論誤碼率和實(shí)際誤碼率圖-50510152010-410-310-210-110016-QAM調(diào)制信號在AWGN信道下的性能Eb/N0(dB)誤碼率 16-QAM理論誤碼率16-QAM實(shí)際誤碼率圖 1016-QAM 理論誤碼率和實(shí)際誤碼率圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)-50510152010-510-410-310-210-1100M-QAM調(diào) 制 信 號 在 AWGN信 道 下 的 性 能Eb/N0(dB)