移動通信綜合實驗16QAM調(diào)制解調(diào)與信道分析報告

/XX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?lt;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SEQ圖\*ARABIC116QAM調(diào)制相干解調(diào)原理如圖2.圖SEQ圖\*ARABIC216QAM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rngdefault%使用缺省隨機數(shù)發(fā)生器dataIn=randi<[01],n,1>;%產(chǎn)生的二進制矢量數(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<[-44-44]>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=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.'>;holdonscatterplot<dataMod,1,0,'k*',sPlotFig>title<'加了噪聲的星座圖'>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<'\nThebinarycodingbiterrorrate=%5.2e,basedon%derrors\n',...ber,numErrors>運行效果如圖3圖SEQ圖\*ARABIC3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(jié)果如圖4所示.代碼見附錄1。圖SEQ圖\*ARABIC416QAM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(guān)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(dāng)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RiceK-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(jié)果如圖5所示.代碼見附錄2。圖SEQ圖\*ARABIC5GMSK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。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。高斯信道生成器：comm.AWGNChannel<'NoiseMethod','SNR'>?NoiseMethod—噪聲的方法'Signaltonoiseratio<Eb/No>'.'Signaltonoiseratio<Es/No>'.'Signaltonoiseratio<SNR>'或者.'Variance'?SNR—信號功率與噪聲功率之比的分貝值萊斯信道生成器：comm.RicianChannel<'SampleRate',1e6,...'KFactor',2.8,...'MaximumDopplerShift',50,...'DopplerSpectrum',doppler<'Bell',8>,...'RandomStream','mt19937arwithseed',...'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Ricek-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(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(rèn)值是Globalstream。將隨機數(shù)流的源指定為Globalstream|mt19937ar的種子。?Seed—初始種子的mt19937ar隨機數(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)。瑞利信道生成器：comm.RayleighChannel<...'SampleRate',1e6,...'MaximumDopplerShift',30,...'DopplerSpectrum',doppler<'Bell',8>,...'RandomStream','mt19937arwithseed',...'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;%過采樣因子%%創(chuàng)建二進制數(shù)據(jù)流作為列向量rngdefault%使用缺省隨機數(shù)發(fā)生器dataIn=randi<[01],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forN=-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<'\nThebinarycodingbiterrorrate=%5.2e,basedon%derrors\n',ber,numErrors>plot<snr,ber,'r^'>holdon%%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=qam_demod<rxSignal_Rayleigh>;%計算系統(tǒng)的誤碼率〔BER[numErrors,ber]=biterr<dataIn,dataOut_Rayleigh>;%fprintf<'\nThebinarycodingbiterrorrate=%5.2e,basedon%derrors\n',ber,numErrors>plot<snr,ber,'g*'>holdon%%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=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<'\nThebinarycodingbiterrorrate=%5.2e,basedon%derrors\n',ber,numErrors>plot<snr,ber,'b.'>holdonendxlabel<'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'>holdoffscatterplot<dataMod>title<'16QAM-調(diào)制信號星座圖--SXF'>axis<[-44-44]>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)建二進制數(shù)據(jù)流作為列向量rngdefault%使用缺省隨機數(shù)發(fā)生器dataIn=randi<[01],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',4,'SamplesPerSymbol',sps>;%數(shù)據(jù)調(diào)制modSigGMSK=step<gmskMod,dataIn>;%誤碼率器hError=comm.ErrorRate<'ReceiveDelay',gmskDeMod.TracebackDepth>;forN=-50:20%%高斯snr=N;%創(chuàng)建高斯信道器hAWGN=comm.AWGNChannel<'NoiseMethod','Signaltonoiseratio<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〔BERerrorStats=step<hError,dataIn,dataOut_Gauss>;fprintf<'Errorrate=%f\nNumberoferrors=%d\n',errorStats<1>,errorStats<2>>figure<3>plot<snr,errorStats<1>,'r^'>holdon%%瑞利RayleighChan=comm.RayleighChannel<...'SampleRate',1e6,...'MaximumDopplerShift',30,...'DopplerSpectrum',doppler<'Bell',8>,...'RandomStream','mt19937arwithseed',...'Seed',73,...'PathGainsOutputPort',true>;%將信號通過瑞利信道[rxSignal_Rayleigh,PathGains1]=step<RayleighChan,rxSignal_Gauss>;%將通過AWGN信道的信號再通過瑞利信道m(xù)odSigGMSK%GMSK解調(diào)dataOut_Rayleigh=step<gmskDeMod,rxSignal_Rayleigh>;%計算系統(tǒng)的誤碼率〔BERerrorStats=step<hError,dataIn,dataOut_Rayleigh>;fprintf<'Errorrate=%f\nNumberoferrors=%d\n',errorStats<1>,errorSt