基于qam调制的无线衰落信道的性能分析与仿真毕业设计(编辑修改稿)

基于qam调制的无线衰落信道的性能分析与仿真毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

234时间 ( S )幅度2 4 电平转换后上支路信号时域波形图0 2 4 6 8432101234时间 ( S )幅度2 4 转换后下支路信号时域波形图 图 43 24电平转换后上下支路信号时域波形图 这里 4电平信号的码元传输速率已降为 Rb/4 增加载波 在本课题中， 选用的载波 是载波幅度 A=1，载波频率 fc=2Hz,上支路 分量的载波是 h1t=A*cos(2*pi*fc*t),正交分量的载波是 h2t=A*sin(2*pi*fc*t)。 上下支路 14 信号在加载波之前还经过平滑处理，以滤除较高频率的信号，使实验结果更加理想。 上下支路信号加载波后的图形如图 44 所示： 0 2 4 6 8432101234时间 ( S )幅度上支路已调信号时域波形图0 2 4 6 8432101234时间 ( S )幅度下支路已调信号时域波形图 图 44上下支路调制信号时域波形图 调制信号形成 上下支路调制信号形成后，将两个分量相加，既可得到 16QAM 调制信号，如 下 图 45 所示： 15 0 1 2 3 4 5 6 7 842024时间 ( S )幅度已调信号时域波形图 1 0 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 4 0 2 0020频率 ( H z )功率谱密度(dB/Hz)已调信号功率谱图 图 45 已调信号波形图 16QAM 调制信号的噪声叠加 本次仿真采用的噪声是高斯白噪声，这是一种最常见的噪声，白噪声的功率谱密度在所有频率上均为一常数，且仅 在 t=0 时才相关，而在任意两个时刻的随机变量都是不相关的。 对已调制信号可采用 wgn函数添加加性高斯噪声。 y = wgn(m,n,p) 产生一个 m 行 n 列的高斯白噪声的矩阵， p 以 dBW 为单位指定输出噪声的强度。 为使解调效果较好，采用噪声的强度较小，设置 Pn=10dB. 16QAM 解调模块的建立与仿真 系统先前所得的 16QAM 调制信号通过高斯白噪声信道以后便可以解调了。 本文所采用的解调器原理为相干解调法，即已调信号与载波相乘，送入到低通滤波器，其对应原理图中信号输入并与载波相乘后通过 LPF 的部 分，输出送入到判决器判决， 再经 42 电平转换和并串转换即可得到解调信号。 16 滤波器 IIR 滤波器采用的巴特沃斯低通滤波器有现成的模型，我们可以加以利用，因此 在本文涉及的仿真中滤波器均选择巴特沃斯低通滤波器。 巴特沃斯低通滤波器的标准形式为： [b,a]=butter(N,W0)。 y=filter(b,a,x)。 N 表示要选取的低通滤波器的阶数， W0表示滤波器的截止频率， [b,a]为滤波器返回的特性参数。 在第二行程序中， x 表示输入序列， y 表示输出序列。 整个函数表示信号通过滤波 器的过程。 0 2 4 6 8432101234时间 ( S )幅度上支路通过低通滤波器信号时域波形图0 2 4 6 8432101234时间 ( S )幅度下支路通过低通滤波器信号时域波形图 图 46上下支路通过低通滤波器信号时域波形图 抽样判决和 42电平转换 抽样判决是在每个码元中间抽样，并用几个判决语句进行判决，例如当码元幅度大于 1 时，判为 3。 17 42 电平转换是 24 电平转换的逆过程，其映射关系如下图 47 所示 ： 映射前数据 电平 /V 双极性 3 00 1 1 1 01 1 1 1 10 1 1 3 11 1 1 0 2 4 6 842024时间 ( S )幅度上支路抽样判决后信号时域波形图0 2 4 6 842024时间 ( S )幅度下支路抽样判决后信号时域波形图0 2 4 6 842024时间 ( S )幅度上支路 4 2 变换后信号时域波形图0 2 4 6 842024时间 ( S )幅度下支路 4 2 电平变换后信号时域波形图 图 47上下支路抽样判决及 42转换后信号时域波形图 并串转换 经过并串转换即可得到解调信号，采用循环语句实现， for s=1:N/2 ddd(2*s1)=dd111111(s)。 ddd(2*s)=dd222222(s)。 end 18 将两路并联信号经过转换成为一路信号，下图为基带信号和解调信号的对比及它们的频率谱密度图 如图 48 所示 ： 0 2 4 6 842024时间 ( S )幅度基带信号时域波形图 1 0 5 0 5 10 4 0 2 0020频率 ( H z )功率谱密度(dB/Hz)基带信号功率谱图0 2 4 6 842024时间 ( S )幅度解调信号时域波形图 P n = 1 0 d B 1 0 5 0 5 10 4 0 2 0020频率 ( H z )功率谱密度(dB/Hz)解调信号功率谱图 P n = 1 0 d B 图 48基带与解调信号 可以看出，并没有错码，可见本次仿真是成功的。 无线衰落信道 性能分析 16QAM 抗噪声性能仿真 对于 QAM，可以看成是由两个相互正交且独立的多电平 ASK 信号叠加而成。 因此，利用多电平误码率的分析方法，可得到 M 进制 QAM 的误码率为： ])(1l o g3[)11(022 nEL Le r f cLP be  (411) 式中， ML ， Eb 为每码元能量， n0为噪声单边功率谱密度。 通过调整 高斯白噪声信道的信噪比 snr（ Eb/No），可以得到如图 49 所示的误码率图： 19 1 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5103102101100Q A M 信号误码率分析信噪比误码率 图 49 QAM信号误码率分析 可见 16QAM 信号的误码率随着信噪比的增大而逐渐减小，这与理论分析是完全一致的。 20 总结 通信综合训练是培养学生综合运用所学的理论知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。 本次课题是基于 QAM 调制的无线衰落信道的性能分析与仿真，首先 介绍了QAM 调制解调原理以及无线衰落信道特征，其次利用 Matble 分析工具分 析16QAM 已调信号的频谱图，最后分析衰落信道下的系统的误码率，并与高斯信道下的性能进行对比。 在设计过程中困难有 很多，其主要表现在不熟练软件编程。 总之，通过此次设计，我的收获有以下几点： 首先，通过此次课程设计我掌握了无线衰落信道的传输特征，并且在实际操作中掌握了 QAM的调制解调原理； 其次，通过此次仿真训练我清楚地了解了 16QAM 已调信号的频谱特征； 最后， 我觉得 细节决定成败。 不做系统，许多细小的环节是注意不到的，而这诸多环节往往影响你整个系统的正常运转。 这可真应验了 “ 细节决定一切 ”这句话。 这一切告诉我 做任何事情必须从全局出发，并且要注意其中的任何一个细节。 21 参考文献 [1]樊昌信，曹丽娜编 著． 通信原理． 北京：国防工业出版社， 2020 [2]樊昌信 ． 通信原理 ． 北京：国防工业出版社， 2020 [3]曹志刚等著 ． 现代通信原理 ． 北京：清华大学出版社， 2020 [4]吴伟陵等著 ． 移动通信原 理 ． 北京：电子工业出版社， 2020 [5].李建新 ． 现代通信系统分析与仿真 MATLAB 通信工具箱 ． 西安：西安电子科技大学出版社， 2020 [6]潘子宇 ． Matlab 通信仿真设计指导书 ． 南京工程学院， 2020 [7]刘敏 ． MATLAB 通信仿真与应用 ． 北京：国防工业出版社 22 附录 将输入的序列扩展成间隔为 N1 个 0 的序列 function [out]=sigexpand(d,M) N=length(d)。 out=zeros(M,N)。 out(1,:)=d。 out=reshape(out,1,M*N)。 计算信号的傅里叶变化 function[f,sf]=T2F(t,st)。 dt=t(2)t(1)。 T=t(end)。 df=1/T。 N=length(st)。 f=N/2*df:df:N/2*dfdf。 sf=fft(st)。 sf=T/N*fftshift(sf)。 主函数代码 fc=2。 % 载波频率 N_sample=8。 % 基带码元抽样点数 N=8。 % 码元数 Ts=1。 % 码元宽度 dt=Ts/fc/N_sample。 % 抽样时间间隔 T=N*Ts。 % 信号持续时间长度 t=0:dt:Tdt。 % 时间向量 Lt=length(t)。