基于MATALAB下的16QAM和16PSK的仿真及對(duì)比

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上43 數(shù)字信號(hào)的載波調(diào)制431 正交相移鍵控（QPSK）QPSK的調(diào)制原理是將接收信號(hào)乘以同頻正弦波就可以解調(diào)出相移信息，而其本身是與頻率波無(wú)關(guān)的直流信號(hào)。QPSK的Q表示正交，即載波有同相和正交兩種。這種調(diào)制方式能讓同一個(gè)載波傳輸2bit的信息，讓載波頻帶利用率提高了一倍。QPSK是在M=4時(shí)，它的載波有四種相位，分別為45°，135°，225°，315°。QPSK調(diào)制采用的是正交調(diào)幅方式，即：兩路正交邊帶信號(hào)。如圖13所示。圖13 QPSK信號(hào)產(chǎn)生原理圖QPSK是一種恒包絡(luò)調(diào)制，其信號(hào)的平均功率是不變的，不會(huì)隨著幅度衰減而受

2、到影響。因其抗干擾能力強(qiáng)，所以多被用于衛(wèi)星數(shù)字電視信號(hào)的傳輸。432 正交振幅鍵控（QAM）它是把2ASK和2PSK兩種調(diào)制結(jié)合起來(lái)的調(diào)制技術(shù)，使得帶寬得到雙倍擴(kuò)展。QAM調(diào)制技術(shù)用兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)頻率相同、相位正交的兩個(gè)載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，并將已調(diào)信號(hào)加在一起進(jìn)行傳輸。nQAM代表n個(gè)狀態(tài)的正交調(diào)幅，一般有二進(jìn)制（4QAM）、四進(jìn)制（16QAM）、八進(jìn)制（64QAM）。我們需要得到多進(jìn)制的QAM信號(hào)，需將二進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為m電平的多進(jìn)制信號(hào)，然后進(jìn)行正交調(diào)制，最后相加輸出。如圖14所示。圖14 QAM信號(hào)產(chǎn)生原理圖QAM信號(hào)用正交相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，通過(guò)解調(diào)器將QAM信號(hào)進(jìn)行正交

3、相干解調(diào)后，用低通濾波器LPF濾除乘法器產(chǎn)生的高頻分量，輸出抽樣判決后可恢復(fù)出的兩路獨(dú)立電平信號(hào)，最后將多電平碼元與二進(jìn)制碼元間的關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號(hào)，經(jīng)并/串變換后恢復(fù)出原二進(jìn)制基帶信號(hào)。433 多電平殘留邊帶調(diào)制（VSB）VSB是一種幅度調(diào)制，它在雙邊帶調(diào)制的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)妮敵鰹V波器，使信號(hào)一個(gè)邊帶的頻譜成分原則上保留，另一個(gè)邊帶頻譜成分只保留小部分。VSB的調(diào)制方法既比雙邊帶調(diào)制節(jié)省頻譜，又比單邊帶易于解調(diào)，因此在載波調(diào)制中得到廣泛運(yùn)用。44 16QAM和16PSK的MATALAB仿真和性能對(duì)比 441 MATALAB的簡(jiǎn)介MATLAB（Matrix Labo

4、ratory）是一款數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶(hù)也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶(hù)可以直接進(jìn)行下載就可以用。MATL

5、AB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專(zhuān)用MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類(lèi)型的問(wèn)題。442 16QAM信號(hào)仿真16QAM調(diào)制框圖：圖15 16QAM信號(hào)調(diào)制框圖16QAM最佳接收框圖：圖16 16QAM最佳接收框圖（1）、首先生成一個(gè)隨機(jī)且長(zhǎng)度為10000的二進(jìn)制比特流，并畫(huà)出了前50個(gè)比特的信號(hào)圖（如圖17所示）。（2）、在MATLAB中16QAM調(diào)制器要求輸入的信號(hào)為0-15這16個(gè)值，所以需要用函數(shù)reshape和bi2de將二進(jìn)制的比特流轉(zhuǎn)

6、換為對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制信號(hào)。（3）、利用MATLAB中的modem.qammod函數(shù)生成16QAM調(diào)制器，再通過(guò)其對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并畫(huà)出信號(hào)的星座圖。（4）、通過(guò)awgn 信道在16QAM信號(hào)中加入高斯白噪聲（假設(shè)Eb/No=15db）。（5）、利用MATLAB中的scatterplot函數(shù)畫(huà)出通過(guò)信道后接受到的信號(hào)的星座圖。（6）、利用MATLAB中的eyediagram函數(shù)生成經(jīng)過(guò)信道后的眼圖。（7）、利用MATLAB中的demodulate和modem.qamdemod函數(shù)生成解調(diào)器對(duì)16QAM信號(hào)的解調(diào)，并將十六進(jìn)制信號(hào)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制比特流信息。（8）、用得到比特流信息除以原始發(fā)送的比特流信息

7、來(lái)計(jì)算誤碼率。程序如下：>> M=16;>> k=log2(M);>> n=; %比特序列長(zhǎng)度>> samp=1; %過(guò)采樣率>> x=randint(n,1); %生成隨機(jī)二進(jìn)制比特流>> stem(x(1:50),'filled'); %畫(huà)出相應(yīng)的二進(jìn)制比特流信號(hào)>> title('二進(jìn)制隨機(jī)比特流');>> xlabel('比特序列');ylabel('信號(hào)幅度');>> x4=reshape(x,k,length(x

8、)/k); %將原始的二進(jìn)制比特序列每四個(gè)一組分組，并排列成k行l(wèi)ength(x)/k列的矩陣>> xsym=bi2de(x4.','left-msb'); %將矩陣轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的16進(jìn)制信號(hào)序列>> figure;>> stem(xsym(1:50); %畫(huà)出相應(yīng)的16進(jìn)制信號(hào)序列>> title('16進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)');>> xlabel('信號(hào)序列');ylabel('信號(hào)幅度');>> >> y=modulate(modem.qamm

9、od(M),xsym); %用16QAM調(diào)制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制>> scatterplot(y); %畫(huà)出16QAM信號(hào)的星座圖>> text(real(y)+0.1,imag(y),dec2bin(xsym);>> axis(-5 5 -5 5);>> >> EbNo=15;>> snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(samp); %信噪比>> yn=awgn(y,snr,'measured'); %加入高斯白噪聲>> h=scatterplot(yn,samp

10、,0,'b.'); %經(jīng)過(guò)信道后接收到的含白噪聲的信號(hào)星座圖>> hold on;>> >> scatterplot(y,1,0,'k+',h); %加入不含白噪聲的信號(hào)星座圖>> title('接收信號(hào)星座圖');>> legend('含噪聲接收信號(hào)','不含噪聲信號(hào)');>> axis(-5 5 -5 5);>> hold on;>> >> eyediagram(yn,2); %眼圖>> &g

11、t;> yd=demodulate(modem.qamdemod(M),yn); %此時(shí)解調(diào)出來(lái)的是16進(jìn)制信號(hào)>> z=de2bi(yd,'left-msb'); %轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制比特流>> z=reshape(z.',numel(z),1');>> >> number_of_errors,bit_error_rate=biterr(x,z)運(yùn)行結(jié)果：number_of_errors = 0bit_error_rate = 0相關(guān)截圖：圖17 二進(jìn)制隨機(jī)比特流圖18 16QAM信號(hào)序列圖19 16QAM

12、信號(hào)的星座圖圖20 含白噪聲的信號(hào)星座圖圖21 不含白噪聲的信號(hào)星座圖圖22 眼圖443 16PSK信號(hào)仿真16PSK調(diào)制框圖：圖23 16PSK調(diào)制框圖16PSK最佳接收框圖：圖24 16PSK最佳接收框圖 （1）、生成一個(gè)隨機(jī)的二進(jìn)制比特流。（2）、將二進(jìn)制比特流轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制信號(hào)。（3）、用16PSK調(diào)制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制并畫(huà)出信號(hào)的星座圖。（4）、在16PSK信號(hào)中加入高斯白噪聲。（5）、畫(huà)出通過(guò)信道之后接收信號(hào)的星座圖。（6）、生成信號(hào)眼圖。（7）、16PSK信號(hào)的解調(diào)。（8）、計(jì)算誤碼率。程序如下：>> M=16;>> k=log2(M);>>

13、; n=; %比特序列長(zhǎng)度>> samp=1; %過(guò)采樣率>> x=randint(n,1); %生成隨機(jī)二進(jìn)制比特流>> stem(x(1:50),'filled'); %畫(huà)出相應(yīng)的二進(jìn)制比特流信號(hào)>> title('二進(jìn)制隨機(jī)比特流');>> xlabel('比特序列');ylabel('信號(hào)幅度');>> >> x4=reshape(x,k,length(x)/k); %將原始的二進(jìn)制比特序列每四個(gè)一組分組，并排列成k行l(wèi)ength(x)/k

14、列的矩陣>> xsym=bi2de(x4.','left-msb'); %將矩陣轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的16進(jìn)制信號(hào)序列>> figure;>> stem(xsym(1:50); %畫(huà)出相應(yīng)的16進(jìn)制信號(hào)序列>> xlabel('信號(hào)序列');ylabel('信號(hào)幅度');>> y=modulate(modem.pskmod(M),xsym); %用16PSK調(diào)制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制>> scatterplot(y); %畫(huà)出16PSK信號(hào)的星座圖>> text(real

15、(y)+0.1,imag(y),dec2bin(xsym);>> axis(-5 5 -5 5);>>>> EbNo=15; %假設(shè)Eb/No=15db>> snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(samp); %信噪比>> yn=awgn(y,snr,'measured'); % 加入高斯白噪聲>> h=scatterplot(yn,samp,0,'b.'); %經(jīng)過(guò)信道后接收到的含白噪聲的信號(hào)星座圖>> hold on;>> scatterpl

16、ot(y,1,0,'k+',h); %加入不含高斯白噪聲的信號(hào)星座圖>> title('接收信號(hào)星座圖');>> legend('含噪聲接收信號(hào)','不含噪聲接收信號(hào)');>> axis(-5 5 -5 5);>> hold off;>> >> eyediagram(yn,2); %眼圖 >> yd=demodulate(modem.pskdemod(M),yn);%此時(shí)解調(diào)出來(lái)的是16進(jìn)制信號(hào)>> z=de2bi(yd,'le

17、ft-msb'); %轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制比特流>> z=reshape(z.',numel(z),1');>> number_of_errors,bit_error_rate=biterr(x,z) %計(jì)算誤碼率運(yùn)行結(jié)果：number_of_errors =94bit_error_rate = 9.4000e-004相關(guān)截圖：圖25 二進(jìn)制隨機(jī)比特流圖26 16PSK的信號(hào)序列圖27 16PSK信號(hào)的星座圖圖28 含高斯白噪聲的信號(hào)星座圖圖29 不含高斯白噪聲的信號(hào)星座圖圖30 眼圖444 仿真結(jié)果分析在相同的比特流和相同的Eb/No=15db條件下，對(duì)比結(jié)果如下：（1）、誤碼率是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)傳輸精確性的指標(biāo)。誤碼率=傳輸中的誤碼/傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。16QAM誤碼率為0，而16PSK誤碼率為94。證明了16QAM誤碼性能高于16PSK。（2）、通常，把信號(hào)矢量端點(diǎn)的分布圖稱(chēng)