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基于MATLAB的16QAM通信系統的仿真.doc

'基于MATLAB的16QAM通信系統的仿真.doc'
?【摘要】隨著現代通信技術的發展,特別是移動通信技術高速發展,頻帶利用率問題越來越被人們關注。在頻譜資源非常有限的今天,傳統通信系統的容量已經不能滿足當前用戶的要求。正交幅度調制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高頻譜利用率、高功率譜密度等優勢,成為寬帶無線接入和無線視頻通信的重要技術方案。本文首先介紹了QAM調制解調原理,提出了一種基于MATLAB的16QAM系統調制解調方案,對16QAM的星座圖和調制解調進行了仿真,并對系統性能進行了分析,進而證明16QAM調制技術的優越性?!娟P鍵詞】正交振幅調制;MATLAB;調制解調;仿真 一 調制簡介調制在通信系統中的作用至關重要。所謂調制,就是把信號轉換成適合在信道中傳輸的形式的一種過程。廣義的調制分為基帶調制和帶通調制(也稱載波調制)。載波調制,就是用調制信號去控制載波的參數的過程,即使載波的某一個或某幾個參數暗中啊調制信號的規律而變化。調制信號是指來自信源的消息信號(基帶信號),這些信號可以是模擬的,也可以是數字的。未受調制的周期性震蕩信號稱為載波,它可以是正弦波,也可以使非正弦波(如周期性脈沖序列)。載波調制后稱為已調信號,它含有調制信號的全部特征?;鶐盘枌d波的調制是為了實現下列一個或多個目標:第一,在無線傳輸中,信號是以電磁波的形式通過天線輻射到空間的。為了獲得較高的輻射效率,天線的尺寸必須與發射信號波長相比擬,而基帶信號包含的較低頻率分量的波長較長,只是天線過長而難以實現。但若通過調制,把基帶信號的頻譜搬至較高的載波頻率上,是已調信號的頻譜與信道的帶通特性相匹配,這樣就可以提高傳輸性能,以較小的發送功率與較短的天線來輻射電磁波。第二,把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處,以實現信道的多路復用,提高信道利用率。第三,擴展信號帶寬,提高系統抗干擾、抗衰落能力,還可實現傳輸帶寬與信噪比之間的互換。因此,調制對通信系統的有效性和可靠性有著很大的影響和作用。解調(也稱檢波)則是調制的逆過程,其作用是將已調信號中的調制信號恢復出來。解調的方法可分為兩類:相干解調和非相干解調(包絡檢波)。相干解調時,為了無失真地恢復原基帶信號,接收端必須提供一個與接收的已調載波嚴格同步(同頻同相)的本地載波。本課題采用的是相干解調二 正交振幅調制系統2.1 QAM簡介正交振幅調制(QAM)是一種矢量調制,它是將輸入比特先映射(一般采用格雷碼)到一個復平面(星座)上,形成復數調制符號。正交調幅信號有兩個相同頻率的載波,但是相位相差90度(四分之一周期,來自積分術語)。一個信號叫I信號,另一個信號叫Q信號。從數學角度將一個信號可以表示成正弦,另一個表示成余弦。兩種被調制的載波在發射時已被混和。到達目的地后,載波被分離,數據被分別提取然后和原始調制信息相混和。 這樣與之作幅度調制(AM)相比,其頻譜利用率高出一倍?! AM是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調幅,利用這種已調信號的頻譜在同一帶寬的正交性,實現兩路并行的數字信息的傳輸。該調制方式通常有二進制QAM(4QAM)、四進制QAM(l6QAM)、八進制QAM(64QAM)、…,對應的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖,分別有4、16、64、…個矢量端點。目前QAM最高已達到1024QAM。樣點數目越多,其傳輸效率越高。但并不是樣點數目越多越好,隨著樣點數目的增加,QAM系統的誤碼率會逐漸增大,所以在對可靠性要求較高的環境,不能使用較多樣點數目的QAM。對于4QAM,當兩路信號幅度相等時,其產生、解調、性能及相位矢量均與4PSK相同。 a 4QAM星座圖 b 16QAM星座圖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比特只有一位不同,由于因相位誤差造成錯判至相鄰相位上的概率最大,故這樣編碼使之僅造成一個比特誤碼的概率最大。下圖以16QAM為例,顯示了編碼: 16QAM編碼2.2 6QAM調制解調原理16QAM是兩路4ASK信號的疊加,其演變方式可以有以下兩種:(1)正交調幅法,由兩路獨立的正交4ASK信號疊加而成; 圖3-3 正交調幅(2)復合相移法,由兩路獨立的QPSK信號疊加而成。圖中虛線大圓上的4個大黑點表示第一個QPSK信號矢量的位置,在這4個位置上可以疊加上第二個QPSK矢量,后者的位置用虛線小圓上的4個小黑點表示。復合相移法在QAM體制中,信號的振幅和相位作為兩個獨立的參量同時受到調制。這種信號的一個碼元可以表示為Sk(t)=Akcos(ω0t+θk) kT<t≤(k+1)T 式3-1式中,k取整數;Ak和qk分別可以取多個離散值。上式可以展開為Sk(t)=Akcosθkcosω0t—Aksinθksinω0t 式3-2令Xk=Akcosθk Yk=-Aksinθk則信號表示式變為Sk(t)= Xkcosω0t+Yk sinω0t 式3-3Xk和Yk也是可以取多個離散值的變量。從上式看出,k(t)可以看作是兩個正交的振幅鍵控信號之和。本課題采用了正交調幅法。在發送端調制器中串/并變換使得信息速率為Rb的輸入二進制信號分成兩個速率為Rb/2的二進制信號,2/4電平轉換將每個速率為Rb/2的二進制信號變為速率為Rb/8的電平信號,然后分別與兩個正交載波相乘,再相加后即得16QAM信號。正交調制原理框圖解調是調制的逆過程,在接收端解調器中可以采用正交的相干解調方法。接受到的信號分兩路進入兩個正交的載波的相干解調器,再分別進入判決器形成L進制信號并輸出二進制信號,最后經并/串變換后得到基帶信號。下圖為16QAM解調框圖:相干解調原理框圖2.3 MQAM調制介紹及本仿真程序的幾點說明MQAM可以用正交調制的方法產生,本仿真中取M=16,即幅度和相位相結合的16個信號點的調制。 為了觀察信道噪聲對該調制方式的影響,我們在已調信號中又加入了不同強度的高斯白噪聲,并統計其譯碼誤碼率。為了簡化程序和得到可靠的誤碼率,我們在解調時并未從已調信號中恢復載波,而是直接產生與調制時一模一樣的載波來進行信號解調。2.4仿真結果圖2.5 QAM性能分析16QAM抗噪聲性能仿真: 對于QAM,可以看成是由兩個相互正交且獨立的多電平ASK信號疊加而成。因此,利用多電平誤碼率的分析方法,可得到M進制QAM的誤碼率為[1]: (4.1) 式中,,Eb為每碼元能量,n0為噪聲單邊功率譜密度。通過調整高斯白噪聲信道的信噪比snr(Eb/No),可以得到如圖5-2所示的誤碼率圖: 圖4-9 QAM信號誤碼率分析可見16QA。省略部分。 a=abs(c(i))/cmax*1.414; plot(a*cos(ph),a*sin(ph),'r*'); end; plot([-1.5 1.5],[0 0],'k:',[0 0],[-1.5 1.5],'k:'); hold off; axis equal; axis([-1.5 1.5 -1.5 1.5]);end;通信原理課程設計——16QAM傳輸系統設計學 院: 電子與信息工程 專 業: 通信工程 姓 名: 胡 博 學 號: 1120119119 指導老師: 羅 恒 2014年6月16日袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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matlab 16qam 16 通信系統 qam 仿真 基于
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本文標題:基于MATLAB的16QAM通信系統的仿真.doc
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