16PSK和16QAM仿真_西方星座占星学知识入门.pdf

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1、16QAM 和 16PSK信号的 MATLAB 仿真及性能对比 于丹 李亚儒 一 16QAM 信号 M进制正交幅度调制信号 MPSK 是由两个正交载波的多电平振幅键控信号 叠加而成的 它与MPSK 信号的不同之处在于两个支路的多电平幅度序列是相互 独立的 发送机原理图 接收机原理图 16QAM 信号的仿真过程 1 产生一个随机的二进制的比特流 利用 randint函数产生代表原始信号的二进制比特序列 此处比特流的长度 设为 100000 并画出前 50 个比特的信号图 2 将二进制比特流转换成对应的十六进制信号 MATLAB 中的16QAM 调制器要求输入的信号为 0 15这16个值 因此需要

2、将原始 的二进制比特流每 4个比特转换为相应的 16个值 这一步中用到的函数主要包括 reshape和bi2de 3 用 16QAM 调制器对信号进行调制并画出信号的星座图 利用 modem qammod 函数生成 16QAM 调制器 并对上一步生成的信号进行调 制 4 在 16QAM 信号中加入高斯白噪声 信号通过awgn 信道之后相当于在信号上加入了高斯白噪声 这一步假设 Eb No 15db 5 画出通过信道之后接收信号的星座图 利用 scatterplot函数画出信号的星座图 6 生成信号眼图 利用 eyediagram 函数画出经过信道之后接收信号的眼图 7 16QAM 信号的解调

3、利用 demodulate和 modem qamdemod函数生成解调器 对接收到的信号进 行解调 并将 16 进制信号转化成二进制比特流信息 8 计算误码率 将最终得到的比特流信息和原始发送的比特流信息进行对比 最终计算出误 码率 相应的 MATLAB程序代码如下 M 16 k log2 M n 100000 比特序列长度 samp 1 过采样率 x randint n 1 生成随机二进制比特流 stem x 1 50 filled 画出相应的二进制比特流信号 title 二进制随机比特流 xlabel 比特序列 ylabel 信号幅度 x4 reshape x k length x k 将

4、原始的二进制比特序列每4个 一组分组 并排列成k行length x k列的矩阵 xsym bi2de x4 left msb 将矩阵转化为相应的16 进制信号序列 figure stem xsym 1 50 画出相应的 16 进制信号序列 title 16 进制随机信号 xlabel 信号序列 ylabel 信号幅度 y modulate modem qammod M xsym 用16QAM调制器对信号进行调制 scatterplot y 画出 16QAM信号的星座图 text real y 0 1 imag y dec2bin xsym axis 5 5 5 5 EbNo 15 假设 Eb

5、No 15db snr EbNo 10 log10 k 10 log10 nsamp 信噪比 yn awgn y snr measured 加入高斯白噪声 h scatterplot yn nsamp 0 b 经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图 hold on scatterplot y 1 0 k h 加入不含白噪声的信号星座图 title 接收信号星座图 legend 含噪声接收信号 不含噪声信号 axis 5 5 5 5 hold off eyediagram yn 2 眼图 yd demodulate modem qamdemod M yn 此时解调出来的是16 进制信号 z de

6、2bi yd left msb 转化为对应的二进制比特流 z reshape z numel z 1 number of errors bit error rate biterr x z 计算误码率 程序运行结果如下 number of errors 0 bit error rate 0 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 5 二 16PSK信号 多进制相位键控 MPSK 是利用载波的相位变化来传递信息的调制方式 发送机原理图 16PSK接收机原理图 16PSK信号的仿真 16PSK信号的仿真过程与16QAM 类似 基本流程是相同的 如下所述 1 产生一个随机的二进制的比特流 2 将

7、二进制比特流转换成对应的十六进制信号 3 用 16PSK调制器对信号进行调制并画出信号的星座图 4 在 16PSK信号中加入高斯白噪声 5 画出通过信道之后接收信号的星座图 6 生成信号眼图 7 16PSK信号的解调 8 计算误码率 仿真过程中所使用的为 16PSK调制器和 16PSK解调器 并且为了更好的与 16QAM信号的调制解调进行对比 在用MATLAB 代码实现仿真的时候最好是利用 16QAM仿真过程中生成的二进制比特流 这样 使用相同的信号源进行仿真得出 的结果更具有对比性 相应的 MATLAB程序代码如下 stem x 1 50 filled 随机二进制比特流直接采用16QAM中生

8、成的比特流 title 二进制随机比特流 xlabel 比特序列 ylabel 信号幅度 x4 reshape x k length x k 将原始的二进制比特序列每4个 一组分组 并排列成k行length x k列的矩阵 xsym bi2de x4 left msb 将矩阵转化为相应的16 进制信号序列 figure stem xsym 1 50 画出相应的 16 进制信号序列 title 16 进制随机信号 xlabel 信号序列 ylabel 信号幅度 y modulate modem pskmod M xsym 用16PSK 调制器对信号进行调制 scatterplot y 画出 16

9、PSK 信号的星座图 text real y 0 1 imag y dec2bin xsym axis 5 5 5 5 EbNo 15 假设 Eb No 15db snr EbNo 10 log10 k 10 log10 nsamp 信噪比 yn awgn y snr measured 加入高斯白噪声 h scatterplot yn nsamp 0 b 经过信道后接收到的含白噪声的信号星座图 hold on scatterplot y 1 0 k h 加入不含白噪声的信号星座图 title 接收信号星座图 legend 含噪声接收信号 不含噪声信号 axis 5 5 5 5 hold off

10、 eyediagram yn 2 眼图 yd demodulate modem pskdemod M yn 此时解调出来的是16 进制信号 z de2bi yd left msb 转化为对应的二进制比特流 z reshape z numel z 1 number of errors bit error rate biterr x z 计算误码率 程序运行结果如下 number of errors 121 bit error rate 0 0012 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 三 综合分析 在对相同的二进制信息比特流进行调制解调仿真的过程中 我们设定两种调 制方式下都有 E

11、b No 15db 在这两个前提条件下 我们来比较16QAM和16PSK 调制方式的性能优劣 首先看仿真的误码率结果 16QAM的误码率为 0 而16PSK的误码率为 0 0012 显然16QAM的误码性能优于 16PSK调制信号 而事实上在我们仿真的过 程中当设定 Eb No 13db时16QAM的误码率已经为零了 其次看两种调制方式仿真的星座图 图1 4和图2 4 从图中明显可以看出 16QAM 信号相邻两个信号的距离大于16PSK相邻两信号之间的距离 再次看两种调制方式的眼图 由仿真图 1 5和图2 5明显可以看出 16QAM信号 的眼图优于 16PSK的眼图 在图中可以看出当Eb No

12、 15db时16QAM 信号的眼图 还比较清晰 性能比较好 而16PSK信号的眼图基本闭合 性能不良 带宽利用率方面 在相同的二进制信息比特流的情况下 16QAM 和16PSK 信号 的带宽利用率相同 均为2 log2M 综上所述 16QAM 信号的总体性能明显优于 16PSK 信号 补充 本组成员包括于丹和李亚儒 本实验是我们两个人共同合作完成的结果 我 们两人之前基本没有使用过MATLAB 从学习 MATLAB 到查找通信资料 到查 找以及使用相关的通信工具函数 最终能完成本次实验与我们良好的沟通与合作 是分不开的 MATLAB 代码的编写是两人讨论完成的 其中16QAM部分主要由 于丹编写 16PSK部分主要由李亚儒编写 并且于丹负责完成本次实验报告的初 稿 李亚儒负责最后的修订补充