基于MATLAB的MQAM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6.286.28查阅资料，确定方案6.296.29设计总体方案6.307.3功能和要求的具体设计7.47.4完成设计报告7.57.5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1 16QAM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 cos c t 相乘，一路与 sin c t 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;for i=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=;for SNR=-20:1:20;%信噪比从-10到10 sum=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 for k=1:m if ReceiveOut(k)=SendIn(k); sum=sum+1; end end Count(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;for i=1:j; if x(i)15; y(n)=1; y(n+1)=1; y(n+2)=1; y(n+3)=1; elseif x(i)0; y(n)=0; y(n+1)=0; y(n+2)=0; y(n+3)=0; else y(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，19942 程佩青数字信号处理教程（第三版）清华大学出版社，200723 张威MATLAB基础与编程入门（第二版）西安电子科技大学出版社，200814