移動通信綜合實驗16QAM調(diào)制解調(diào)與信道分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上南昌大學實驗報告學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 實驗類型： 驗證 綜合 R 設計 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、實驗目的(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)制是用兩個獨立的基帶數(shù)字信號對兩個相互正交的同頻載波進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

2、現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。正交振幅調(diào)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)生所需的二進制基帶信號：% 產(chǎn)生的隨機二進制數(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)建二進制數(shù)據(jù)流作為列向量rng default %使用缺省隨機數(shù)發(fā)生器dataIn = randi(0 1,n,1); %產(chǎn)生的二進制矢

3、量數(shù)據(jù)% 將二進制信號轉(zhuǎn)為整數(shù)值信號dataInMatrix = reshape(dataIn,length(dataIn)/k,k);%數(shù)據(jù)整形成二進制4元組dataSymbolsIn = bi2de(dataInMatrix); %轉(zhuǎn)換為整數(shù)使用MATLAB函數(shù)qammod()進行QAM的調(diào)制% 使用16-QAM調(diào)制dataMod = qammod(dataSymbolsIn',M,'bin'); %二進制編碼、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

4、斯白噪聲EbNo = 10; % 當信道SNR計算的EB/N0=10dBsnr = 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.');hold onscatterplot(dataMod,1,0,'k*',sPlotFig)title('加了噪聲

5、的星座圖')使用MATLAB函數(shù)qamdemod ()進行QAM的解調(diào)% 16-QAM解調(diào)dataSymbolsOut = qamdemod(rxSignal ,M,'bin');% 將整數(shù)值信號轉(zhuǎn)為二進制信號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 r

6、ate = %5.2e, based on %d errorsn', .ber,numErrors)運行效果如圖3圖 3 運行效果圖(2) QAM在高斯、萊斯和瑞利信道條件下的誤碼性能思路：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

7、白噪聲。信噪比SNR以dB為單位。x的強度假定為0dBW。如果x是復數(shù)，就加入復噪聲。 y = awgn(x,SNR,SIGPOWER) 如果SIGPOWER是數(shù)值，則其代表以dBW為單位的信號強度；如果SIGPOWER為'measured'，則函數(shù)將在加入噪聲之前測定信號強度。 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

8、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：RAYLEIGHCHAN(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，與速率的換算關系為v×fc/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（當然是均值啦，實際產(chǎn)生的能量都是以此為均值的隨機量），以dB為單位。C萊斯信道：RICIANCHAN(TS, FD, K)TS是輸

9、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)。默認是false。當為fa

10、lse，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。當為true，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0或1的列向量 PulseLength脈沖長度，默認的是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，默認的是8。指定上采樣系數(shù)輸出為實數(shù)、正數(shù)，標量整數(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

11、法'Signal to noise ratio (Eb/No)'，'Signal to noise ratio (Es/No)'，'Signal to noise 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',d

12、oppler('Bell', 8),. 'RandomStream','mt19937ar with seed', . 'Seed',73, . 'PathGainsOutputPort',true); SampleRate輸入信號取樣速率(Hz) ，此屬性的默認值是1Hz。 KFactorRicianK因子(標量或矢量線性尺度)，該位的默認值3如果KFactor是一個標量，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立的瑞利衰落過程。如果KFactor是行向量，則對應于

13、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)，屬性的默認值是0.001赫茲。多普勒頻移適用于信道的所有路徑。當將最大值DoppReSHIFT設置為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隨機數(shù)流源，此屬性的默認值是Global stream。將隨機數(shù)流的源指定為Global stream| mt19937ar的種子。

14、 Seed初始種子的mt19937ar隨機數(shù)流，默認值73 PathGainsOutputPort輸出信道路徑增益，此屬性默認值是FALSE將此屬性設置為true輸出通道路徑增益的衰落過程的基礎。E 瑞利信道生成器：comm.RayleighChannel(. 'SampleRate',1e6, . 'MaximumDopplerShift',30, . 'DopplerSpectrum',doppler('Bell', 8),. 'RandomStream','mt19937ar with seed

15、9;, . '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，為之后的學習提供了形象的解釋。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; %過采樣因子% 創(chuàng)建二進制數(shù)據(jù)流作為列向量rng default %使用缺省隨機數(shù)發(fā)生器dataIn = randi(0 1

16、,n,1); %產(chǎn)生的二進制矢量數(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 = biterr(dataIn,dataOut_Gauss);% fprintf('nThe

17、 binary coding bit error rate = %5.2e, based on %d errorsn',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_Rayleigh = qa

18、m_demod(rxSignal_Rayleigh);% 計算系統(tǒng)的誤碼率（BER） numErrors, ber = biterr(dataIn,dataOut_Rayleigh);% fprintf('nThe binary coding bit error rate = %5.2e, based on %d errorsn',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 rxSign

19、al_Rician = filter(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('nThe binary coding bit error rate = %5.2e, based on %d errorsn',ber,numErrors) plot(snr,ber,'b.') hold onen

20、dxlabel('信噪比SNR'),ylabel('誤碼率BER');legend('高斯','瑞利','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

21、 = 8; %每個符號的采樣% 創(chuàng)建二進制數(shù)據(jù)流作為列向量rng default %使用缺省隨機數(shù)發(fā)生器dataIn = randi(0 1,n,1); %產(chǎn)生的二進制矢量數(shù)據(jù)% 創(chuàng)建GMSK調(diào)制器 gmskMod = comm.GMSKModulator('BitInput',true,'PulseLength',4, 'SamplesPerSymbol',sps); % 創(chuàng)建GMSK解調(diào)器 gmskDeMod = comm.GMSKDemodulator('BitOutput',true,'PulseLength

22、9;,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.AWGNChannel('NoiseMethod','Signal to noise ratio (SNR)','SNR',snr);

23、 % 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), errorStats(2) figure(3) plot(snr,errorStats(1),&#

24、39;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

25、瑞利信道 rxSignal_Rayleigh, PathGains1 = step(RayleighChan,rxSignal_Gauss); %將通過AWGN信道的信號再通過瑞利信道 modSigGMSK% 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 ricianC