基于matlab的M-QAM通信系统仿真

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的推广，和2ASK相比，这种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cosωc t相乘，一路与sinωc 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;

end

n=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;

end

h3=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;

end

end

n=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]http://baike.baidu.com/view/2015412.htm