基于matlab的M-QAM通信系统仿真

课程设计任务书学生班级：通信0802班学生姓名：学号：设计名称：基于matlab的M-QAM通信系统的仿真起止日期：2011.6.21-2011.7.3指导教师：设计要求：1.取M=16，产生随机消息序列；2.调用Matlab函数，根据矩形星座图对消息序列进行QAM调制；3.加噪声；4.解调QAM；5.计算误码率，并与理论误码率比较，作图表示出16QAM的信噪比与误码率的关系曲线。课程设计学生日志时间设计内容6.28—6.28查阅资料，确定方案6.29—6.29设计总体方案6.30—7.3功能和要求的具体设计7.4—7.4完成设计报告7.5—7.5答辩课程设计考勤表周星期一星期二星期三星期四星期五课程设计评语表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日基于matlab的M-QAM通信系统的仿真一、设计目的和意义从信号平面自用率方面看，单独使用幅度或相位携带信息时，不能最充分地利用信号平面。而M-QAM调制则正是解决这一问题的一种调制方式，采用幅度相位相结合的调制方式，可以使同样大的信息平面内有更多的信息点。从抗干扰方面看，在星座图上，采用M-QAM调制的信息的各点的距离要大于采用其它调制的，由星座图上点的特性可知，距离越大，抗干扰能力越强，所以在抗干扰能力方面，QAM调制也优于其它几种调制方式。由上可知，在现代数字通信系统中，幅度与相位相结合的多进制调制有着重要的意义，并且运用也日益广泛。二、设计原理本设计中所采用的16QAM为16进制的幅度相位相结合调制。16QAM是用两路独立的正交4ASK信号叠加而成，4ASK是用多电平信号去键控载波而得到的信号。它是2ASK体制的推广，和2ASK相比，这种体制的优点在于信息传输速率高。其星座图如图1所示。图116QAM矩形星座图进制的正交振幅调制是一种振幅相位联合键控信号。16QAM的产生有2种方法：（1）正交调幅法，它是有2路正交的四电平振幅键控信号叠加而成；（2）复合相移法：它是用2路独立的四相位移相键控信号叠加而成。16QAM信号采取正交相干解调的方法解调，解调器首先对收到的16QAM信号进行正交相干解调，一路与cosωct相乘，一路与sinωct相乘。然后经过低通滤波器，低通滤波器LPF滤除乘法器产生的高频分量，获得有用信号，低通滤波器LPF输出经抽样判决可恢复出电平信号。在本次设计中，16QAM的调制和解调均调用matlab中的QAM专用调制解调函数qammod()和qamdemod()。其中qammod()用于QAM调制，qamdemod()用于QAM解调。再分别用两个子函数完成调制前的串并转换和解调后的并串转换。三、详细设计步骤1)首先进行系统的分析的设计，整个设计分为如下几个部分：随机序列的产生，序列的串并和并串转换，16QAM调制，星座图的绘制，16QAM解调，加入噪声，误码率的测量及绘图。2)第一步是编写程序代码，产生一个“0”“1”随机序列，设定长度N为5000，代码如下：N=5000;SendIn=randint(1,N);%产生5000个随机的01序列3)对产生的二进制随机序列进行串并转换，实现将每连续的4位二进制码组合在一起，由于是调用matlab系统函数调制解调，在此将转换后边的序列进行十进制转换，方便后面的调制，再将转换好的序列通过调用qammod()函数进行16qam调制，具体代码如下：[Send,n]=t2f(SendIn);%二进制换到十进制SendMod=qammod(Send,16);%16QAM调制串并转换子函数代码如下：function[y,n]=t2f(x)n=1;y=[];j=length(x);k=mod(j,4);j=j-k;fori=1:4:j;y(n)=x(i)*8+x(i+1)*4+x(i+2)*2+x(i+3)*1;n=n+1;endn=n-1;4)绘制星座图，此处选择绘制出三幅星座图，第一幅为原始无噪声情况下的星座图，第一幅为信噪比为10dB情况下的星座，第三幅为信噪比为0dB情况下的星座图。其中加入指定信噪比的噪声通过awgn()函数来实现。通过星座图，可以很直观地看出16QAM的特点，通过三幅图的比较，可以观察出噪声对信号的干扰影响。代码如下：%绘星座图scatterplot(SendMod);title('原始信号星座图');SNRTest=awgn(SendMod,10);%加噪声scatterplot(SNRTest);title('10dB信噪比时星座图');SNRTest=awgn(SendMod,0);%加噪声scatterplot(SNRTest);title('0dB信噪比时星座图');5)接收解调受噪声干扰的QAM信号，通过循环接收并统计受到不同信噪比干扰的QAM信号，然后对收到的信号进行并串转换。再计算出不同信噪比情况下的接收端的误码率。并绘制出误码率跟信噪比的关系曲线。代码如下：Count=[];forSNR=-20:1:20;%信噪比从-10到10sum=0;%统计误码数Receive=awgn(SendMod,SNR);%加噪声ReceiveDemod=qamdemod(Receive,16);%16QAM解调[ReceiveOut,m]=f2t(ReceiveDemod);%十进制换到二进制fork=1:mifReceiveOut(k)~=SendIn(k);sum=sum+1;endendCount(SNR+21)=sum/m;endh3=figure;h3=plot(-20:20,Count);xlabel('信噪比(dB)');ylabel('误码率');title('信噪比与误码率的关系');并串转换子函数代码如下：function[y,n]=f2t(x)j=length(x);n=1;fori=1:j;ifx(i)15;y(n)=1;y(n+1)=1;y(n+2)=1;y(n+3)=1;elseifx(i)0;y(n)=0;y(n+1)=0;y(n+2)=0;y(n+3)=0;elsey(n)=fix(x(i)/8);y(n+1)=fix((x(i)-y(n)*8)/4);y(n+2)=fix((x(i)-y(n)*8-y(n+1)*4)/2);y(n+3)=mod(x(i),2);n=n+4;endendn=n-1;四、设计结果及分析在matlab中运编写好的qam函数，观察并分析结果。原始无噪声的信号星座图：图2原始信号星座图信噪比为10dB情况下的星座图：图3信噪比为10dB情况下信号星座图信噪比为0dB情况下的星座图：图4信噪比为10dB情况下信号星座图信噪比与误码率关系曲线图：图5信噪比与误码率关系曲线五、体会完成本设计之后对QAM调制有了很清楚的认识，明白了QAM调制的意义和重要性，了解了QAM的调制过程和基本步骤，对二进制在数字通信中的重要性也有所认识。另一方面，在matlab的使用过程中也学到了很多的关于matlab的使用技巧和方法，同时也存在一些问题。学会了用图表曲线去直观地反映问题，反映事物的动态变化教程，预测变化趋势。对今后的学习和工作都有很大帮助。六、参考文献[1]曹志刚、钱亚生．现代通信原理．清华大学出版社，1994[2]程佩青．数字信号处理教程（第三版）．清华大学出版社，2007．2[3]张威．MATLAB基础与编程入门（第二版）．西安电子科技大学出版社，2008．1[4]