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利用matlab實現(xiàn)16QAM調制

 快樂一籮筐 2010-05-21

一,、隨機信號的調制

第一個示例描述以下問題: 下表描述了解決此問題的關鍵任務和相應的通信工具箱函數(shù),,其中選擇基帶16QAM作為調制制式以及加性高斯白噪聲(AWGN)作為信道模型。

問題解決方案:

1.產(chǎn)生隨機二進制數(shù)據(jù)序列,。

        MATLAB中表示信號的常規(guī)格式是向量或者矩陣,。本示例中利用randint 函數(shù)來產(chǎn)生一個表示二進制數(shù)據(jù)序列連續(xù)值的列向量,。其中二進制數(shù)據(jù)序列的長度(即為列向量中的行數(shù))設置為30,000

        下面的代碼同時還繪制了數(shù)據(jù)序列的桿圖(stem plot),,用來顯示數(shù)據(jù)的0,、1值。你所產(chǎn)生的圖可能與次示例中的圖有一點不一樣,,這是因為本示例中應用了隨機數(shù),。

%% Setup

% Define parameters.

M = 16; % Size of signal constellation

k = log2(M); % Number of bits per symbol

n = 3e4; % Number of bits to process

nsamp = 1; % Oversampling rate

%% Signal Source

% Create a binary data stream as a column vector.

x = randint(n,1); % Random binary data stream

% Plot first 40 bits in a stem plot.

stem(x(1:40),'filled');

title('Random Bits');

xlabel('Bit Index'); ylabel('Binary Value');

2、準備調制

        modem.qammod對象實現(xiàn)M-QAM調制器,,本示例中M16,。其輸入?yún)?shù)是從015的整數(shù)而不是4bits二進制數(shù)據(jù)。因此,,在利用此對象的modulate方法之前需要對二進制數(shù)據(jù)序列x進行預處理,。特別地, 先采用MATLAB中的reshape函數(shù)將x沿著矩陣的行方向重新整理成每行4bit數(shù)據(jù),然后應用bi2de函數(shù)將4bit數(shù)據(jù)轉換成相應的整數(shù),。

%% Bit-to-Symbol Mapping

% Convert the bits in x into k-bit symbols.

xsym = bi2de(reshape(x,k,length(x)/k).','left-msb');

%% Stem Plot of Symbols

% Plot first 10 symbols in a stem plot.

figure; % Create new figure window.

stem(xsym(1:10));

title('Random Symbols');

xlabel('Symbol Index'); ylabel('Integer Value');

 

問題 利用一個由基帶調制器,、信道和解調器組成的通信系統(tǒng)處理二進制數(shù)據(jù)流。計算系統(tǒng)的誤碼率(BER)并顯示發(fā)射和接收信號的散點圖(Scatter Plot),。

 

任務

函數(shù)或方法

產(chǎn)生隨機二進制數(shù)據(jù)序列

randint

16QAM調制

modem.qammod 對象中的modulate方法

AWGN信道

awgn

繪制散點圖

scatterplot

16QAM解調

modem.qamdemod 對象中的demodulate方法(原文檔有誤)

計算系統(tǒng)誤碼率

biterr

3,、16-QAM調制.

    對于已定義的包含從015的整數(shù)的列向量xsym,就可以利用modem.qammod對象的modulate方法來調制它,。其中M值為16,,亦即為碼字表的大小。  

%% Modulation

y = modulate(modem.qammod(M),xsym); % Modulate using 16-QAM.

    調制的結果是復數(shù)列向量,,其取值為16QAM信號星座圖,。本示例中的隨后步驟中將會展示星座圖是什么樣子的。想要了解更多關于調制函數(shù)的信息,,可參見第8章“調制”,。另外,注意到modem.qammod對象的modulate方法沒有進行任何的脈沖成形處理,。

4,、加性高斯白噪聲.

    對已調制信號可采用awgn函數(shù)添加加性高斯噪聲。其中比特能量與噪聲功率譜密度的比值,,Eb/N0,,設置為10dB

    將上述Eb/N0值轉換為相應的信噪比(SNR),,需要考慮每一符號包含的比特數(shù)k16-QAM中為4)以及過采樣率因子nsamp(本示例中為1),。其中因子k是用來將Eb/N0轉換為等價的Es/N0(符號能量與噪聲功率譜密度的比值)。因子nsamp是用來將符號速率帶寬內的Es/N0轉換為采樣帶寬內的SNR,。

說明 ytxyrx的定義以及snr定義中nsamp項到目前為止在本示例中顯現(xiàn)得并不是很重要, 但是這將使得其更容易擴展到之后的成形濾波示例,。

 

 

%% Transmitted Signal

ytx = y;

%% Channel

% Send signal over an AWGN channel.

EbNo = 10; % In dB

snr = EbNo + 10*log10(k) - 10*log10(nsamp);

ynoisy = awgn(ytx,snr,'measured');

%% Received Signal

yrx = ynoisy;

5,、繪制散點圖。

    對發(fā)射和接收信號利用scatterplot函數(shù)可顯示信號星座圖的樣子及噪聲對信號造成的失真程度,。在該圖中,,橫軸代表了信號的同相分量而縱軸代表了正交分量。下面的代碼還利用了MATLAB中的title,、legend以及axis函數(shù)來繪制特定的圖像,。

%% Scatter Plot

% Create scatter plot of noisy signal and transmitted

% signal on the same axes.

h = scatterplot(yrx(1:nsamp*5e3),nsamp,0,'g.');

hold on;

scatterplot(ytx(1:5e3),1,0,'k*',h);

title('Received Signal');

legend('Received Signal','Signal Constellation');

axis([-5 5 -5 5]); % Set axis ranges.

hold off;

6、16-QAM解調,。

對接收信號利用modem.deqammod對象的demodulate方法進行解調,。解調結果為包含015之間整數(shù)的列向量。

%% Demodulation

% Demodulate signal using 16-QAM.

zsym = demodulate(modem.qamdemod(M),yrx);

7,、整數(shù)信號轉換至二進制比特信號.

%% Symbol-to-Bit Mapping

% Undo the bit-to-symbol mapping performed earlier.

z = de2bi(zsym,'left-msb'); % Convert integers to bits.

% Convert z from a matrix to a vector.

z = reshape(z.',prod(size(z)),1);

8,、計算系統(tǒng)誤碼率.

對原始二進制向量和上述步驟解調得到二進制向量利用biterr函數(shù)即可得到誤比特數(shù)和誤碼率。

%% BER Computation

% Compare x and z to obtain the number of errors and

% the bit error rate.

[number_of_errors,bit_error_rate] = biterr(x,z)

>>

number_of_errors =

71

bit_error_rate =

0.0024  

 

上一步產(chǎn)生的信號為一整數(shù)列向量zsym,。要得到相應的二進制比特信號,只需要利用de2bi函數(shù)將每一個整數(shù)轉化為相應的4位二進制信號,。然后利用reshape函數(shù)將一個4列的矩陣整理為一個單獨列向量

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