移動(dòng)通信16QAM調(diào)制及解調(diào)仿真程序

1、16QAM調(diào)制及解調(diào)仿真程序一、原理簡(jiǎn)介16QAM信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種是正交調(diào)幅法，即用兩路獨(dú)立的正交4ASK信號(hào)疊加，形成16QAM信號(hào)，如圖1所示。第二種方法是復(fù)合相AM圖1 正交調(diào)幅法移法，它用兩路獨(dú)立的QPSK信號(hào)疊加，形成16QAM信號(hào)，如圖2所示。圖中 AMAM圖2 復(fù)合相移法虛線大圓上的4個(gè)大黑點(diǎn)表示一個(gè)QPSK信號(hào)矢量的位置。在這4個(gè)位置上可以疊加上第二個(gè)QPSK矢量，后者的位置用虛線小圓上的4個(gè)小黑點(diǎn)表示。 由設(shè)計(jì)原理中可知MQAM調(diào)制又稱為星座調(diào)制，故在設(shè)計(jì)16QAM調(diào)制系統(tǒng)時(shí)就可以星座圖來進(jìn)行編程。下面借用如圖3所示的星座圖設(shè)計(jì)一個(gè)16QAM調(diào)制系統(tǒng)。圖 3

2、16QAM星座在圖中共有16個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用4個(gè)比特表示，代表調(diào)制以后的一個(gè)矢量位置（這個(gè)點(diǎn)擁有唯一的振幅與相位）。因此可以把橫軸看作是實(shí)軸，縱軸看作虛軸。由于每個(gè)點(diǎn)與跟它相鄰的四個(gè)點(diǎn)是等距，且設(shè)為2，則每個(gè)點(diǎn)都可用一個(gè)虛數(shù)進(jìn)行表示。例如點(diǎn)0000可用-1-j表示，這個(gè)虛數(shù)的模就是相當(dāng)于16QAM信號(hào)的振幅，相角就相當(dāng)于16QAM信號(hào)的相位。二、正交調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖正交調(diào)制原理框圖相干解調(diào)原理框圖三、MQAM調(diào)制介紹MQAM可以用正交調(diào)制的方法產(chǎn)生，本仿真中取M=16，即幅度和相位相結(jié)合的16個(gè)信號(hào)點(diǎn)的調(diào)制。 目的是觀察信道噪聲對(duì)該調(diào)制方式的影響，在已調(diào)信號(hào)中又加入了不同強(qiáng)度的高斯白噪聲，

3、并統(tǒng)計(jì)其譯碼誤碼率。目的是簡(jiǎn)化程序和得到可靠的誤碼率，在解調(diào)時(shí)并未從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)載波，而是直接產(chǎn)生與調(diào)制時(shí)一模一樣的載波來進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。一、 仿真結(jié)果圖附源程序代碼：main_plot.mclear;clc;echo off;close all;N=10000; %設(shè)定碼元數(shù)量fb=1; %基帶信號(hào)頻率fs=32; %抽樣頻率fc=4; %載波頻率,為便于觀察已調(diào)信號(hào)，我們把載波頻率設(shè)的較低Kbase=2; % Kbase=1,不經(jīng)基帶成形濾波，直接調(diào)制; % Kbase=2,基帶經(jīng)成形濾波器濾波后，再進(jìn)行調(diào)制info=random_binary(N); %產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)序列y,I,Q=qa

4、m(info,Kbase,fs,fb,fc); %對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行16QAM調(diào)制y1=y; y2=y; %備份信號(hào)，供后續(xù)仿真用T=length(info)/fb; m=fs/fb;nn=length(info);dt=1/fs; t=0:dt:T-dt; subplot(211); %便于觀察，這里顯示的已調(diào)信號(hào)及其頻譜均為無噪聲干擾的理想情況%由于測(cè)試信號(hào)碼元數(shù)量為10000個(gè)，在這里我們只顯示其總數(shù)的1/10plot(t(1:1000),y(1:1000),t(1:1000),I(1:1000),t(1:1000),Q(1:1000),0 35,0 0,b:);title(已調(diào)信號(hào)(In:

5、red,Qn:green);%傅里葉變換，求出已調(diào)信號(hào)的頻譜n=length(y); y=fft(y)/n; y=abs(y(1:fix(n/2)*2;q=find(y1e-04); y(q)=1e-04; y=20*log10(y);f1=m/n; f=0:f1:(length(y)-1)*f1;subplot(223);plot(f,y,r);grid on; title(已調(diào)信號(hào)頻譜); xlabel(f/fb); %畫出16QAM調(diào)制方式對(duì)應(yīng)的星座圖subplot(224); constel(y1,fs,fb,fc); title(星座圖);SNR_in_dB=8:2:24; %AWG

6、N信道信噪比for j=1:length(SNR_in_dB) y_add_noise=awgn(y2,SNR_in_dB(j); %加入不同強(qiáng)度的高斯白噪聲 y_output=qamdet(y_add_noise,fs,fb,fc); %對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào) numoferr=0; for i=1:N if (y_output(i)=info(i), numoferr=numoferr+1; end; end; Pe(j)=numoferr/N; %統(tǒng)計(jì)誤碼率end;figure;semilogy(SNR_in_dB,Pe,red*-); grid on;xlabel(SNR in dB);

7、ylabel(Pe);title(16QAM調(diào)制在不同信道噪聲強(qiáng)度下的誤碼率);random_binary.m%產(chǎn)生二進(jìn)制信源隨機(jī)序列function info=random_binary(N) if nargin = 0, %如果沒有輸入?yún)?shù)，則指定信息序列為10000個(gè)碼元 N=10000;end;for i=1:N, temp=rand; if (temp0.5), info(i)=0; % 1/2的概率輸出為0 else info(i)=1; % 1/2的概率輸出為1 endend;qam.mfunction y,I,Q=qam(x,Kbase,fs,fb,fc);%T=length(

8、x)/fb; m=fs/fb;nn=length(x);dt=1/fs; t=0:dt:T-dt;%串/并變換分離出I分量、Q分量，然后再分別進(jìn)行電平映射I=x(1:2:nn-1); I,In=two2four(I,4*m);Q=x(2:2:nn); Q,Qn=two2four(Q,4*m); if Kbase=2; %基帶成形濾波 I=bshape(I,fs,fb/4); Q=bshape(Q,fs,fb/4); end; y=I.*cos(2*pi*fc*t)-Q.*sin(2*pi*fc*t); %調(diào)制qamdet.m%QAM信號(hào)解調(diào)function xn,x=qamdet(y,fs,f

9、b,fc);dt=1/fs; t=0:dt:(length(y)-1)*dt;I=y.*cos(2*pi*fc*t); Q=-y.*sin(2*pi*fc*t);b,a=butter(2,2*fb/fs); %設(shè)計(jì)巴特沃斯濾波器I=filtfilt(b,a,I);Q=filtfilt(b,a,Q);m=4*fs/fb;N=length(y)/m; n=(.6:1:N)*m; n=fix(n);In=I(n); Qn=Q(n); xn=four2two(In Qn); %I分量Q分量并/串轉(zhuǎn)換，最終恢復(fù)成碼元序列xnnn=length(xn); xn=xn(1:nn/2);xn(nn/2+1:n

10、n); xn=xn(:); xn=xn;bshape.m%基帶升余弦成形濾波器function y=bshape(x,fs,fb,N,alfa,delay);%設(shè)置默認(rèn)參數(shù)if nargin6; delay=8; end;if nargin5; alfa=0.5; end;if nargin4; N=16; end;b=firrcos(N,fb,2*alfa*fb,fs);y=filter(b,1,x);two2four.m%二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成四進(jìn)制function y,yn=two2four(x,m);T=0 1;3 2; n=length(x); ii=1;for i=1:2:n-1; xi=x

11、(i:i+1)+1; yn(ii)=T(xi(1),xi(2); ii=ii+1;end;yn=yn-1.5; y=yn; for i=1:m-1; y=y;yn;end;y=y(:); %映射電平分別為-1.5；0.5；0.5；1.5four2two.m%四進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制function xn=four2two(yn);y=yn; ymin=min(y); ymax=max(y); ymax=max(ymax abs(ymin);ymin=-abs(ymax); yn=(y-ymin)*3/(ymax-ymin); %設(shè)置門限電平，判決I0=find(yn=0.5 & yn=1.5 & y

12、n=2.5); yn(I3)=ones(size(I3)*3;%一位四進(jìn)制碼元轉(zhuǎn)換為兩位二進(jìn)制碼元T=0 0;0 1;1 1;1 0;n=length(yn); for i=1:n; xn(i,:)=T(yn(i)+1,:);end; xn=xn; xn=xn(:); xn=xn;constel.m%畫出星座圖function c=constel(x,fs,fb,fc);N=length(x); m=2*fs/fb;n=fs/fc; i1=m-n; i=1; ph0=(i1-1)*2*pi/n; while i = N/m; xi=x(i1:i1+n-1); y=2*fft(xi)/n; c(i)=y(2); i=i+1; i1=i1+m;end; %如果無輸出，則作圖if nargout1; cmax=max(abs(c); ph=(0:5:360)*pi/180; plot(1.414*cos(ph),1.414*sin(ph),c)