1、移动通信综合实验16QAM调制解调及信道分析南昌大学实验报告学生姓名： 学 号： 专业班级： 实验类型：口验证综合回设计口创新 实验日期：206/23 实验成绩： 一、实验名称实验八16QAM调制解调与信道分析二、 实验目的(1)堂握QAM及解调原理与特性(2)了解星座图的原理及用途(3)分析高斯、瑞利、莱斯信道三、 实验内容(1)设计16QAM调制解调算法(2)比较OMSK和16QAM在高斯、莱斯和瑞利信道条件下的误码性能(3)撰写实验报告。四、 实验原理正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的 双边带调制,利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现
2、两路并行的数字信息传输。正交振幅调制信号的一般表示式为=X A”g 一 心）COS（卯 + 乞）16QAM是指包含16种符号的QAM调制方式，产生的框图如图1基带信号X串并竦换In 电平跌射彳电平映射己调信号y團丨16QAM调制 相干解调原理如图2.團2 16QAM解调十芳串转冬*恢复佑号X五、实验步骤(1116QAM调制与解调算法先产生所需的二进制基带信号：%产生的随机二进制数据流M二16； %信号的星座尺寸k = log2(M); %每个符号的比特数n = 30000; %处理的比特数目nu mSamplesPerSymbol = 1; % 过采样因子%创鑒二进制数据流作为列向fitmg
3、default %使用缺省随机数发生器dataln = randi(0 l,nj); %产生的二进制矢量数搦%将二进制信号转为暫数值信号datalnMatrix 二 reshape(dataln,le ngth(datoln)/k,k);% 数据整形成二进制 4 元组 dataSymbolsIn = bi2de(datal nMatrix); % 转换为整数使用MATLAB函数qommod()进行QAM的调制%使用16-QAM调制dataMod = qammodfdataSymbolsln,M,bin); %二进制编码、相位偏移=0scatterplot(dataMod)title(未加噪声的
4、星座图)axis (-4 4-4 4)在信号中加入噪声%添加髙斯白噪声EbNo= 10;% 当信道SNR计算的EB/NO二 10dBsnr = EbNo + 10*logl0(k) - 10*logl0(numSamplesPerSymbol);%将信号通过AWGN信道rxSignal 二 awgn(dataMod,snr,measured);显示星座图%使用scatterplot功能展示星座图sPlotFig 二 sea卄erplot(rxSignol ,1,0,g.);hold onsco 卄 erplot(dataMod,l ,0, k*,sPlotFig)title。加了噪声的星座團1
5、使用MATLAB函数qomdemod ()进行QAM的解调% 16-QAM 解调dataSymbolsOut = qamdemod(rxSignal Mbirf);%将整数值信号转为二进制信号dataOutMatrix = de2bi(dataSymbolsOut/k);dataOut = dataOutMatrix(:); % 返回的数据列矢呈计算解调后的误码率%计算系统的谋码率(BER)numErrors,ber = biterr(dat olrudo taOut);fprintf(*nThe binary coding bit error rate 二 5.2e, based on %d
6、 errorsn: berznumErrors)运行效果如图3In-Phase-2-4加了噪声的星座图32-20 2 4 -4In-Phase图3运行效果團(2) QAM在髙斯、莱斯和瑞利信道条件下的误码性能ao.G a aMUJCO衣-兴16QAM F的谋码率-SXF岳旺 *瑞利 K=5d0,10佶呃比SNR图4 16QAM经过各信道的误码率思路：先产生16QAM信号，然后先通过高斯信道引入噪声，再送入莱斯和瑞利信道后输 出，通过给定不同的信噪比，画出误码率曲线。效果结果如图4所示，代码见附录丨。其中用到的各信道模型如下，并可以通过使用Y二FILTER(CHAN, X)来模拟信道 Chano
7、n对信号X的影响。A.髙斯信道：AWGN:在某一信号中加入离斯白嗥声y = awgn(x,SNR)在信号x中加入高斯白噪声。信噪比SNR以dB为单位。x的强度 假定为OdBW。如果x是复数，就加入复噪声。y二owgn(x,SNR,SIGPOWER)如果SIGPOWER是数值，则其代表以dBW为单位的 信号强度；如果SIGPOWER为meosuGd,则函数将在加入噪声之前测定信号强度。y 二 awgn(x,SNR,SIGPOWER,STATE)重責 RANDN 的状态。y 二 dwgn(,POWERTYPE)指定 SNR 和 SIGPOWER 的单位。POWERTYPE 可以是 dB或linea
8、r 如果 POWERTYPE 是,dB,那么 SNR 以 dB 为单位,而 SIGPOWER 以 dBW为单位。如果POWERTYPE是linear,那么SNR作为比值来度量，而SIGPOWER 以瓦特为单位。B瑞利信道：RAYLEIGHCHAN(TS, FD, TAU# PDB)TS为输入信号的采样周期FD就是Doppler频偏，以Hz为单位，与速率的换算关系为vxfc/c, fc是载频 TAU输入的信道参数，一个向量，包含了各径的延时，以S为单位PDB输入的信道参数，一个向量，包含了各径的功率(当然是均值啦，实际产生的能 量都是以此为均值的随机量)，以dB为单位。C.莱道：RICIANCH
9、AN(TS,FD,K)TS是输入信号的采样时间，以秒为单位。FD是最大的多普勒频移，赫兹。K是线性尺度上的Rice K因子。(3) GMSK在高斯、莱斯和瑞利信道条件下的误码性能思路：先产生GMSK信号，然后先通过高斯信道引入噪声，再送入莱斯和瑞利信道后输 出，通过给定不同的信噪比，画出误码率曲线。效果结果如图5所示，代码见附录2。隔利* K=5dB图5 GMSK经过各信道的误码率本次程序设计的各信道模型用到了 MATLAB自带的模型类。A. GMSK生成器：comm.GMSKModulator(BitlnputPulseLe ngth, SamplesPerSymbol)Bitinput指定
10、是否将输入比特或整数。默认是folse。当为false,step方法要求输入带符号的整数或双精度型数据值的-1或】的列向量。当为true, step方法要求输入带符号的整数或双精度型数据值的0或1的列向量 t PulseLength脉冲长度，默认的是4。指定的长度的高斯脉冲形状在符号间隔作为实的正整数，GMSK为4.t SamplesPerSymbol每个输出符号的样本数目，默认的是8。指定上采样系数输出为实数、正数，标量整数值。上采样系数的数目是的step方 法用于产生每个输入样本的输出采样。B.高斯信道生成器：comm.AWGNChannel(NoiseMethod7SNRjt Noise
11、Method一噪声的方法Signal to noise ratio (Eb/No), Signal to noise ratio (Es/No), Signal to noise ratio (SNR)或者，Variancea SNR-信号功率与噪声功率之比的分贝值C.莱斯信道生成器：comm.Ricia nCho nnel (SampleRate,/le6,.KFactor2. &.MaximumDopplerShift,50,.DopplerSpectrumdopplerCBeir, 8),.RandomStreamVmtl 9937ar with seed,.Seed73,.pathGa
12、insOutputPorttrue);a SampleRate入信号取样速率(Hz),此属性的默认值是】Hz。o KFactor-RicianK因子(标量或矢量线性尺度)，该位的默认值3如果KFactor是一个标量，那么第一离散路径是具有Kras系数的Rice k-因子的莱 斯衰落过程。剩下的离散路径是独立的瑞利衰落过程。如果KFactor是行向量，则对应 于K因子向量的正元素的离散路径是具有由该元素指定的瑞斯K因子的莱斯衰落过程。 与K因子向量的零值元素相对应的离散路径是瑞利衰落过程a MaximumDopplerShift最大多普勒频移(赫兹)，属性的默认值是0.001赫兹。多普勒频移适用
13、于信道的所有路径。当将最大值DoppReSHIFT设萱为0时，通道 对整个输入保持静态。可以使用RESET方法生成新的通道实现。DopplerSpectrum一多普勒频谱指定所述多普勒频谱的形状(路径)的信道。Randomstream随机数流源，此属性的默认值是Global streamo将随机数流的源指定为Global stream | mtl9937ar的种子。a Seed初始种子的mtl9937ar随机数流，默认值73PathGainsOutputPort出信道路径增益，此属性默认值是FALSE将此属性设萱为true输出通道路径增益的衰落过程的基础。E.瑞利信道生成器：comm.Rayl
14、eighCha nn el(.SampleRateJ e6#.MQximumDopplerShift,30,.DopplerSpectrum,dopplerfBell, 8),.RandomStreamVmtl 9937ar with seed：Seed,73,.PathGainsOutputPorf.true);A属性与莱斯信道相同六、思考及体会通过本次实验，对各信道的模型有了一定的了解，通过误码率曲线图直观的看到了不同信 道对信号的影响，为之后的学习提供了形象的解释。附录1% QAM %M二16； %信号的星座尺寸k = log2(M); %每个符号的比特数n = 30000; %处理的比
15、特数目numSamplesPerSymbol = 1; % 过采样因子%创建二进制数据流作为列向矗rng default %使用缺省随机数发生器dataln二rondi(0 l,n,l); %产生的二进制矢童数据dataMod = qam_mod(dataln); % 数据调制for N = -50:20%高斯%添加高斯白噪奔snr = N;%将信号通过AWGN信道rxSignaLGauss = awgn(dataMod/snr/measured,)； %(言噪比以dB为单位% 16-QAM 解调dataOuLGauss = qam_demod(rxSignaLGauss);%计算系统的误码率
16、(BER)numErrors, ber = biterr(dataln,dataOuLGauss);% fprintf(、nThe binary coding bit error rate = %5.2ef based on %d errorsXnbecnumErrors)plot(s nr,bei7rA) hold on%瑞利%获得瑞利信道函数Rayleigh_chon 二 rayleighchan( 1/10000,100); %采样频率 1/10000,最大多晋勒频移 100%将信号通过Rayleigh信道rxSignal_Rayleigh = filter(Rayleigh_chan,
17、 rxSignol_Gouss);% 16-QAM 解调dataOuLRayleigh = qam_demod(rxSignal_Rayleigh);%计算系统的误码率(BER)numErrors, ber = biterr(datalnzdataOut_Rayleigh);% fprintf(、nThe binary coding bit error rate = %5.2ef based on %d errorsXnbecnumErrors)plot(s nr,ber,g hold on%莱斯%获得菜斯信道函数Rician.chon 二 ricianchan(l/10000z100J);%
18、将信号通过Ricion信道rxSignaLRician = filter(Ricion_chorL rxSignol_Gauss);% 16-QAM 解调 dataOuLRician = qam_demod(rxSignaLRician);%计算系统的误码率(BER)numErrors, ber = biterr(dataln,dataOuLRicion);% fprintf (、nThe binary coding bit error rate = %5.2ef based on %d errorsXnber,numErrors)plot(s nr,ber7b) hold onendxlab
19、elf 信噪比 SNRylabel(误码率 BER);legend高斯T瑞利丁莱斯，K=5dB7Location7NorthEastOutside,)titlefl6QAM 下的误码率 SXF)hold offsco 卄 erplot(dataMod)title(16QAM-调制信号星座图 一SXF)axis(-4 4 -4 4)附录2% GMSK %n = 300; %处理的比特数目sps二8; %每个符号的采样%创建二进制数擔流作为列向量rng default %使用缺省随机数发生器dataln = randi(0 %产生的二进制矢童数据%创建GMSK调制器gmskMod = comm.G
20、MSKModulatorfitlnpufJrue/PulseLength,SamplesPerSymborzSps);%创建GMSK解调器gmskDeMod = comm.GMSKDemodulatorCBitOutpufztrue/PulseLengthSamplesPerSymborzsps);%数据调制modSigGMSK = step(gmskModz dataln);%误码率器hError = comm.ErrorRatefeceiveDelayz gmskDeMod.TracebackDepth);for N =-50:20%高斯snr = N;%创建高斯信道器hAWGN = co
21、mm.AWGNChannel(NoiseMethod*JSignal to noise ratio (SNR)7SNRsnr);%将信号通过awgn信道rxSignaLGauss = stepfhAWGN, modSigGMSK);% GMSK解调dataOuLGauss = stepfgmskDeMod, rxSignol_Gouss);%计算系统的误码率(BER)errorStats = step(hErrorz dataln, dataOuLGauss);fprintf(Error rate = %fnNumber of errors = %dn/errorStats(l), error
22、Stats(2)figure(3)plot(snrzerrorStats(l )；rA)hold on%瑞利RayleighChan = comm.RayleighChan nel(,SampleRatele6/.MoximumDopplerShif 化 30,DopplerSpectrum.dopplerCBell, 8),RondomStream/mtl 9937ar with seed .Seed：73 Path GainsOutputPorfJrue);%将信号通过瑞利信道rxSignol_Royleigh, PathGainsl = step(RayleighChon,rxSigno
23、l_Gauss); %将通过AWGN信道 的信号再通过瑞利信道modSigGMSK% gmsk解调dataOuLRayleigh = step(gmskDeModz rxSignaLRayleigh);%计算系统的误码率(BER)errorStats = step(hErrorz dataln, dataOuLRayleigh);fprintffError rate = %fnNumber of errors = %dn errorStats(l), errorStats(2)plotJsnr.errorStats (l)/b.*)hold on%莱斯ricion Chan = comm.Ri
24、ci on Channel(.,SampleRateJe6/.KFoctor：28MciximumDopplerShift：50 .DopplerSpectrumdopplerCBell, 8).andomStream/mtl 9937ar with seed .Path GainsOutputPort true);%将信号通过菜斯信道rxSignol_Ricion, RicianPathGainsl = step(ricianChanzrxSignol_Gouss); %将通过AWGN信 道的信号再通过莱斯信道modSigGMSK% GMSK解调dataOuLGauss = steptgms
25、kDeMod, rxSignol_Ricion);%计算系统的误码率(BER)errorStats = step(hErrorz dataln, dataOuLGauss);fprintffError rate = %fnNumber of errors = %dn errorStats(l), errorStats(2)plot(s nr,errors tots (1 ),g*)hold onendxlabelf 信噪比 SNRylabel(误码率 BER);legend高斯T瑞利丁莱斯，K=5dB7Location7NorthEastOutside,)titleCGMSK下的误码率 SXF)
