移動通信綜合實驗16QAM調(diào)制解調(diào)與信道分析報告

1、南昌大學(xué)實驗報告學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)班級：實驗類型：驗證 綜合設(shè)計 創(chuàng)新實驗日期：2018/6/23實驗成績：一、實驗名稱實驗八 16QAM 調(diào)制解調(diào)與信道分析二、實驗?zāi)康?1) 掌握 QAM及解調(diào)原理與特性(2) 了解星座圖的原理及用途(3) 分析高斯、瑞利、萊斯信道三、實驗內(nèi)容(1) 設(shè)計 16QAM調(diào)制解調(diào)算法(2) 比較 GMSK和 16QAM在高斯、萊斯和瑞利信道條件下的誤碼性能(3) 撰寫實驗報告。四、實驗原理正交振幅調(diào)制是用兩個獨(dú)立的基帶數(shù)字信號對兩個相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制 , 利用這種已調(diào)信號在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。正交振幅調(diào)

2、制信號的一般表示式為16QAM是指包含16 種符號的 QAM調(diào)制方式 . 產(chǎn)生的框圖如圖1.圖 1 16QAM 調(diào)制相干解調(diào)原理如圖2.圖 2 16QAM 解調(diào)五、實驗步驟(1) 16QAM 調(diào)制與解調(diào)算法先產(chǎn)生所需的二進(jìn)制基帶信號：% 產(chǎn)生的隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流M = 16;%信號的星座尺寸k = log2(M);%每個符號的比特數(shù)n = 30000;%處理的比特數(shù)目numSamplesPerSymbol = 1;%過采樣因子% 創(chuàng)建二進(jìn)制數(shù)據(jù)流作為列向量rngdefault%使用缺省隨機(jī)數(shù)發(fā)生器dataIn = randi(0 1,n,1);%產(chǎn)生的二進(jìn)制矢量數(shù)據(jù)% 將二進(jìn)制信號轉(zhuǎn)為整數(shù)值信號

3、dataInMatrix = reshape(dataIn,length(dataIn)/k,k);%數(shù)據(jù)整形成二進(jìn)制4元組dataSymbolsIn = bi2de(dataInMatrix);%轉(zhuǎn)換為整數(shù)使用 MATLAB函數(shù) qammod()進(jìn)行 QAM的調(diào)制% 使用 16-QAM調(diào)制dataMod = qammod(dataSymbolsIn,M,bin);%二進(jìn)制編碼、相位偏移0scatterplot(dataMod)title( 未加噪聲的星座圖 )axis(-4 4 -4 4)在信號中加入噪聲% 添加高斯白噪聲EbNo = 10;% 當(dāng)信道 SNR計算的 EB/N0=10dBsn

4、r = EbNo + 10*log10(k) - 10*log10(numSamplesPerSymbol);% 將信號通過 AWGN信道rxSignal = awgn(dataMod,snr,measured);顯示星座圖% 使用 scatterplot功能展示星座圖sPlotFig = scatterplot(rxSignal ,1,0,g.);holdonscatterplot(dataMod,1,0,k*,sPlotFig).title( 加了噪聲的星座圖 )使用 MATLAB函數(shù) qamdemod() 進(jìn)行 QAM的解調(diào)% 16-QAM解調(diào)dataSymbolsOut = qamde

5、mod(rxSignal ,M,bin);% 將整數(shù)值信號轉(zhuǎn)為二進(jìn)制信號dataOutMatrix = de2bi(dataSymbolsOut,k);dataOut = dataOutMatrix(:);%返回的數(shù)據(jù)列矢量計算解調(diào)后的誤碼率% 計算系統(tǒng)的誤碼率（BER）numErrors,ber = biterr(dataIn,dataOut);fprintf(nThe binary coding bit error rate = %5.2e, based on %d errorsn,.ber,numErrors)運(yùn)行效果如圖3圖 3運(yùn)行效果圖(2) QAM 在高斯、萊斯和瑞利信道條件下的誤

6、碼性能思路：先產(chǎn)生16QAM信號 . 然后先通過高斯信道引入噪聲. 再送入萊斯和瑞利信道后輸出.通過給定不同的信噪比. 畫出誤碼率曲線。效果結(jié)果如圖4 所示 . 代碼見附錄1。圖 4 16QAM 經(jīng)過各信道的誤碼率.其中用到的各信道模型如下. 并可以通過使用Y = FILTER(CHAN, X) 來模擬信道Chanon對信號 X 的影響。A高斯信道：AWGN：在某一信號中加入高斯白噪聲y = awgn(x,SNR)在信號 x 中加入高斯白噪聲。信噪比SNR以 dB 為單位。 x 的強(qiáng)度假定為 0dBW。如果 x 是復(fù)數(shù) . 就加入復(fù)噪聲。y = awgn(x,SNR,SIGPOWER) 如果

7、SIGPOWER是數(shù)值 . 則其代表以 dBW為單位的信號強(qiáng)度；如果 SIGPOWER為measured. 則函數(shù)將在加入噪聲之前測定信號強(qiáng)度。y = awgn(x,SNR,SIGPOWER,STATE) 重置 RANDN的狀態(tài)。y = awgn( ,POWERTYPE)指定 SNR和 SIGPOWER的單位。 POWERTYPE可以是 dB 或 linear 。如果 POWERTYPE是 dB. 那么 SNR以 dB 為單位 . 而 SIGPOWER以 dBW為單位。如果 POWERTYPE是linear. 那么 SNR作為比值來度量 . 而 SIGPOWER以瓦特為單位。B瑞利信道：RAY

8、LEIGHCHAN(TS, FD, TAU, PDB)TS為輸入信號的采樣周期FD就是 Doppler 頻偏 . 以 Hz 為單位 . 與速率的換算關(guān)系為vfc/c.fc是載頻TAU輸入的信道參數(shù). 一個向量 . 包含了各徑的延時. 以 s 為單位PDB輸入的信道參數(shù). 一個向量 . 包含了各徑的功率（當(dāng)然是均值啦. 實際產(chǎn)生的能量都是以此為均值的隨機(jī)量）. 以 dB 為單位。C萊斯信道：RICIANCHAN(TS, FD, K)TS是輸入信號的采樣時間. 以秒為單位。FD是最大的多普勒頻移. 赫茲。K是線性尺度上的Rice K- 因子。(3) GMSK 在高斯、萊斯和瑞利信道條件下的誤碼性能

9、思路：先產(chǎn)生 GMSK信號 . 然后先通過高斯信道引入噪聲. 再送入萊斯和瑞利信道后輸出. 通過給定不同的信噪比. 畫出誤碼率曲線。效果結(jié)果如圖5 所示 . 代碼見附錄2。圖 5 GMSK 經(jīng)過各信道的誤碼率本次程序設(shè)計的各信道模型用到了MATLAB自帶的模型類。A GMSK生成器：comm.GMSKModulator(BitInput,PulseLength, SamplesPerSymbol)? BitInput指定是否將輸入比特或整數(shù)。默認(rèn)是false 。.當(dāng)為 false.step方法要求輸入帶符號的整數(shù)或雙精度型數(shù)據(jù)值的-1 或 1 的列向量。當(dāng)為 true.step方法要求輸入帶符

10、號的整數(shù)或雙精度型數(shù)據(jù)值的0 或 1 的列向量? PulseLength脈沖長度 . 默認(rèn)的是4。指定的長度的高斯脈沖形狀在符號間隔作為實的正整數(shù).GMSK為 4.? SamplesPerSymbol 每個輸出符號的樣本數(shù)目. 默認(rèn)的是 8。指定上采樣系數(shù)輸出為實數(shù)、正數(shù). 標(biāo)量整數(shù)值。上采樣系數(shù)的數(shù)目是的step 方法用于產(chǎn)生每個輸入樣本的輸出采樣。B 高斯信道生成器：comm.AWGNChannel(NoiseMethod,SNR)? NoiseMethod 噪聲的方法Signalto noiseratio(Eb/No).Signalto noiseratio(Es/No).Signalt

11、onoise ratio (SNR)或者 .Variance? SNR信號功率與噪聲功率之比的分貝值C 萊斯信道生成器：comm.RicianChannel(SampleRate,1e6,.KFactor,2.8,.MaximumDopplerShift,50,.DopplerSpectrum,doppler(Bell, 8),.RandomStream,mt19937ar with seed, .Seed,73, .PathGainsOutputPort,true);? SampleRate 輸入信號取樣速率(Hz) .此屬性的默認(rèn)值是1Hz。? KFactor RicianK因子 ( 標(biāo)量

12、或矢量線性尺度). 該位的默認(rèn)值3如果 KFactor是一個標(biāo)量 . 那么第一離散路徑是具有Kras 系數(shù)的 Rice k-因子的萊斯衰落過程。剩下的離散路徑是獨(dú)立的瑞利衰落過程。如果KFactor是行向量 . 則對應(yīng)于 K 因子向量的正元素的離散路徑是具有由該元素指定的瑞斯K 因子的萊斯衰落過程。與 K 因子向量的零值元素相對應(yīng)的離散路徑是瑞利衰落過程? MaximumDopplerShift最大多普勒頻移( 赫茲 ). 屬性的默認(rèn)值是0.001 赫茲。多普勒頻移適用于信道的所有路徑。當(dāng)將最大值DoppReSHIFT設(shè)置為0 時 . 通道對整個輸入保持靜態(tài)?？梢允褂肦ESET方法生成新的通道

13、實現(xiàn)。? DopplerSpectrum多普勒頻譜指定所述多普勒頻譜的形狀( 路徑 ) 的信道。? RandomStream隨機(jī)數(shù)流源. 此屬性的默認(rèn)值是Global stream。將隨機(jī)數(shù)流的源指定為Global stream| mt19937ar的種子。? Seed 初始種子的 mt19937ar 隨機(jī)數(shù)流 . 默認(rèn)值 73? PathGainsOutputPort 輸出信道路徑增益 . 此屬性默認(rèn)值是 FALSE將此屬性設(shè)置為true輸出通道路徑增益的衰落過程的基礎(chǔ)。E 瑞利信道生成器：comm.RayleighChannel(.SampleRate,1e6, .MaximumDoppl

14、erShift,30, .DopplerSpectrum,doppler(Bell, 8),.RandomStream,mt19937ar with seed, .Seed,73, .PathGainsOutputPort,true);? 屬性與萊斯信道相同六、思考及體會通過本次實驗 . 對各信道的模型有了一定的了解 . 通過誤碼率曲線圖直觀的看到了不同信道對信號的影響 . 為之后的學(xué)習(xí)提供了形象的解釋。.附錄 1% - QAM - %M = 16;%信號的星座尺寸k = log2(M);%每個符號的比特數(shù)n = 30000;%處理的比特數(shù)目numSamplesPerSymbol = 1;%過

15、采樣因子%創(chuàng)建二進(jìn)制數(shù)據(jù)流作為列向量rng default%使用缺省隨機(jī)數(shù)發(fā)生器dataIn = randi(0 1,n,1);%產(chǎn)生的二進(jìn)制矢量數(shù)據(jù)dataMod = qam_mod(dataIn);% 數(shù)據(jù)調(diào)制for N = -50:20%高斯% 添加高斯白噪聲 snr = N;% 將信號通過 AWGN信道rxSignal_Gauss = awgn(dataMod,snr,measured);%信噪比以 dB為單位% 16-QAM解調(diào)dataOut_Gauss = qam_demod(rxSignal_Gauss);% 計算系統(tǒng)的誤碼率（ BER）numErrors, ber = bite

16、rr(dataIn,dataOut_Gauss);%fprintf(nThebinarycodingbiterrorrate= %5.2e, based on %derrorsn,ber,numErrors)plot(snr,ber,r)hold on%瑞利% 獲得瑞利信道函數(shù)Rayleigh_chan = rayleighchan(1/10000,100);%采樣頻率 1/10000. 最大多普勒頻移100% 將信號通過 Rayleigh 信道rxSignal_Rayleigh = filter(Rayleigh_chan, rxSignal_Gauss);% 16-QAM解調(diào)dataOut

17、_Rayleigh = qam_demod(rxSignal_Rayleigh);% 計算系統(tǒng)的誤碼率（ BER）numErrors, ber = biterr(dataIn,dataOut_Rayleigh);%fprintf(nThebinarycodingbiterrorrate= %5.2e, based on %derrorsn,ber,numErrors)plot(snr,ber,g*)hold on%萊斯% 獲得萊斯信道函數(shù)Rician_chan = ricianchan(1/10000,100,1);% 將信號通過 Rician 信道rxSignal_Rician = filt

18、er(Rician_chan, rxSignal_Gauss);.% 16-QAM解調(diào)dataOut_Rician = qam_demod(rxSignal_Rician);% 計算系統(tǒng)的誤碼率（ BER）numErrors, ber = biterr(dataIn,dataOut_Rician);%fprintf(nThebinarycodingbiterrorrate= %5.2e, based on %derrorsn,ber,numErrors)plot(snr,ber,b.)hold onendxlabel(信噪比 SNR),ylabel(誤碼率 BER);legend(高斯 ,瑞利

19、 ,萊斯 , K=5dB,Location,NorthEastOutside)title(16QAM下的誤碼率- SXF)hold offscatterplot(dataMod)title(16QAM -調(diào)制信號星座圖- SXF)axis(-4 4 -4 4).附錄 2% -GMSK -%n = 300;%處理的比特數(shù)目sps = 8;%每個符號的采樣%創(chuàng)建二進(jìn)制數(shù)據(jù)流作為列向量rng default%使用缺省隨機(jī)數(shù)發(fā)生器dataIn = randi(0 1,n,1);%產(chǎn)生的二進(jìn)制矢量數(shù)據(jù)% 創(chuàng)建 GMSK調(diào)制器gmskMod = comm.GMSKModulator(BitInput,tr

20、ue,PulseLength,4, SamplesPerSymbol,sps);% 創(chuàng)建 GMSK解調(diào)器gmskDeMod = comm.GMSKDemodulator(BitOutput,true,PulseLength,4,SamplesPerSymbol,sps);% 數(shù)據(jù)調(diào)制modSigGMSK = step(gmskMod, dataIn);% 誤碼率器hError = comm.ErrorRate(ReceiveDelay, gmskDeMod.TracebackDepth);for N=-50:20%高斯snr = N;% 創(chuàng)建高斯信道器hAWGN = comm.AWGNChan

21、nel(NoiseMethod,Signal to noise ratio (SNR),SNR,snr);% 將信號通過 AWGN信道rxSignal_Gauss = step(hAWGN, modSigGMSK);% GMSK解調(diào)dataOut_Gauss = step(gmskDeMod, rxSignal_Gauss);% 計算系統(tǒng)的誤碼率（ BER）errorStats = step(hError, dataIn, dataOut_Gauss);fprintf(Error rate = %fnNumber of errors = %dn,errorStats(1), errorStat

22、s(2) figure(3)plot(snr,errorStats(1),r) hold on%瑞利RayleighChan = comm.RayleighChannel(.SampleRate,1e6, .MaximumDopplerShift,30, .DopplerSpectrum,doppler(Bell, 8),.RandomStream,mt19937ar with seed, .Seed,73, .PathGainsOutputPort,true);.% 將信號通過瑞利信道rxSignal_Rayleigh, PathGains1 = step(RayleighChan,rxSi

23、gnal_Gauss);%將通過 AWGN信道的信號再通過瑞利信道m(xù)odSigGMSK% GMSK解調(diào)dataOut_Rayleigh = step(gmskDeMod, rxSignal_Rayleigh);% 計算系統(tǒng)的誤碼率（ BER）errorStats = step(hError, dataIn, dataOut_Rayleigh);fprintf(Error rate = %fnNumber of errors = %dn, errorStats(1), errorStats(2) plot(snr,errorStats(1),b.)hold on%萊斯ricianChan = comm.RicianChannel(.SampleRate,1e6,.KFactor,2.8,.MaximumDopplerShift,50,.DopplerSpectrum,doppler(Bell, 8),.RandomStream,mt19937ar with s