【正文】 TLAB實(shí)現(xiàn)16QAM通信系統(tǒng)的仿真，并得到相應(yīng)的調(diào)制與解調(diào)波形以及星座圖。并掌握了相對(duì)其它軟件，MATLAB的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)研究的課題是基于MATLAB的16QAM通信系統(tǒng)仿真，這是在MATLAB的平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)16QAM調(diào)制解調(diào)的仿真。通過(guò)這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，一方面提高了自己的能力，另一方面是對(duì)四年來(lái)所學(xué)理論知識(shí)的總結(jié)與實(shí)踐，利用實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)理論，深化理論，以及充實(shí)理論。 5 總結(jié)與展望 總結(jié) 為期一個(gè)多學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入了收尾階段。而16QAM信號(hào)，在相等概率出現(xiàn)的條件之下， dB；所以，在平均功率相等的條件之下， dB[9]。 （a）16QAM （b）16PSK圖15 信號(hào)矢量圖 根據(jù)公式（12）和（13）。假設(shè)其中最大的振幅是，那么16QAM信號(hào)的相毗鄰矢量端點(diǎn)之間的歐氏距離等于[9] （12）16PSK信號(hào)的相鄰兩端點(diǎn)的歐氏距離為 （13）矢量圖中相鄰兩點(diǎn)的歐氏距離的大小意味著噪聲容限的大小。圖14 16QAM載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的性能 根據(jù)圖14可以看出，實(shí)際中的值與理論值大致上保持一致。 %每種信噪比下的發(fā)送符號(hào)數(shù)M=16。 由此推廣，MQAM信號(hào)的帶寬 (10)頻帶利用率 （11） 16QAM信號(hào)在AWGN信道下的性能16QAM載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的性能代碼如下。正交調(diào)制以后，Xkcosω0t和Yksinω0t這兩個(gè)信號(hào)的譜零點(diǎn)帶寬都等于基帶信號(hào)的碼速率的2倍，即為Rb/2。 16QAM頻帶利用率根據(jù)16QAM信號(hào)如圖5所示的調(diào)制原理框圖，可知若輸入的二進(jìn)制代碼的信息速率為Rb，則經(jīng)過(guò)串/并轉(zhuǎn)換后每條路的信號(hào)碼速率都成為Rb/2，但仍是二電平信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)整高斯白噪聲信道的信噪比（/），能夠獲得圖13所表示的MQAM誤碼率曲線(xiàn)圖。因而16QAM信號(hào)，也可以看做為兩路相互獨(dú)立的四進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)疊加成的。其規(guī)律是，隨著信噪比（SNR）的增大，它的噪聲減小，因此誤碼率（Pe）也隨之減小。 仿真結(jié)果圖9 已調(diào)信號(hào)波形 經(jīng)過(guò)調(diào)制以后的波形圖如圖9所示，其中實(shí)線(xiàn)表示的波形是In分量信號(hào)，虛線(xiàn)表示的波形代表的是Qn分量信號(hào)。 xn=xn(:)。 xn=[xn(1:nn/2)。In=I(n)。16QAM信號(hào)定義qamdet函數(shù)表示解調(diào)，程序代碼如下。 解調(diào)為了使程序簡(jiǎn)化以及獲得可靠的誤碼率（BER），在解調(diào)過(guò)程中是通過(guò)直接產(chǎn)生與調(diào)制時(shí)相同頻率以及相同相位的載波來(lái)進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，而不是從已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)載波。 并/串變換 兩路二進(jìn)制信號(hào)通過(guò)并行/串行變換而轉(zhuǎn)換成一路二進(jìn)制信號(hào)，即恢復(fù)出原始的基帶信號(hào)。 xn=xn(:)。 end。 for i=1:n。1 0]。0 1。表2 42電平轉(zhuǎn)換表轉(zhuǎn)換前數(shù)據(jù)雙極性碼元電平/V31 10011 +1011+1 1103+1 +111根據(jù)42電平轉(zhuǎn)換原理，得到四進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的代碼如下。經(jīng)過(guò)42電平變換之后，原來(lái)的二進(jìn)制信號(hào)的信息速率由Rb/8變成了Rb/2。而設(shè)計(jì)一個(gè)巴特沃斯低通濾波器需要采用以下語(yǔ)句：[b,a]=butter(n,wc)；式中的b、a分別表示的是所設(shè)計(jì)出來(lái)的濾波器的分子與分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量；n代表濾波器的階數(shù)；wc為濾波器的截止頻率[15]。 %高斯白噪聲信道的信噪比 for j=1:length(SNR_in_dB) y_add_noise=awgn(y2,SNR_in_dB(j))。在已調(diào)信號(hào)中加入高斯白噪聲，可采用awgn函數(shù)，具體的程序代碼如下。 %進(jìn)行16QAM信號(hào)調(diào)制 畫(huà)星座圖 畫(huà)出16QAM信號(hào)的星座圖的程序代碼如下。根據(jù)要求編寫(xiě)的程序代碼如下。于是，得到余弦滾降系統(tǒng)的最高的頻帶利用率為 （8） 因此實(shí)際過(guò)程中采用升余弦成形濾波器來(lái)減少碼間干擾以及提高頻譜利用率。 （a） 傳輸特性 （b） 沖激響應(yīng)圖8 余弦滾降特性示例由圖8可見(jiàn)，滾降系數(shù)越大，說(shuō)明的拖尾衰減就越快，對(duì)位定時(shí)精度要求就越低。對(duì)應(yīng)于不同的有著不一樣的滾降特性。它的傳輸函數(shù)可表示為 （5）其相應(yīng)的為 （6）其中：稱(chēng)為碼元周期；稱(chēng)為滾降系數(shù)，用來(lái)描述滾降的程度[13]，它可以定義成 （7）其中：稱(chēng)為奈奎斯特帶寬；表示的是超過(guò)的奈奎斯特帶寬的擴(kuò)展量。又因?yàn)槔硐氲奶匦詻_激響應(yīng)的波形的“尾巴”—衰減振蕩幅度比較大；如果采樣時(shí)刻稍有偏差，就會(huì)有嚴(yán)重的碼間串?dāng)_情況出現(xiàn)[12]。由奈奎斯特第一準(zhǔn)則可知：如果信號(hào)通過(guò)傳輸之后整個(gè)波形都產(chǎn)生了變化，但是只要在特定時(shí)刻的抽樣值不變化，那么使用再次抽樣的辦法，依舊能夠準(zhǔn)確的將原始信碼恢復(fù)出來(lái)。根據(jù)24電平轉(zhuǎn)換規(guī)律得到的二四進(jìn)制轉(zhuǎn)換代碼如下。此處選擇的對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換映射關(guān)系如表1所示。同時(shí)，串行/并行轉(zhuǎn)換之后，將輸進(jìn)去的二進(jìn)制序列信號(hào)源的信息速率Rb平分為了兩個(gè)都是信息速率為Rb/2的信號(hào)。 串/并變換 所謂的串/并變換，是將一個(gè)連續(xù)的信號(hào)序列轉(zhuǎn)換成表示相同的信息的一組相應(yīng)的并行信號(hào)元的過(guò)程（其中所有的信號(hào)碼元的出現(xiàn)都是同一時(shí)刻的）。 %輸出為0else info(i)=1。for i=1:N, temp=rand。function [info]=randomBinary(N)if nargin == 0, N=10000。 調(diào)制仿真模塊 信號(hào)源本畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用隨機(jī)二進(jìn)制序列信源。圖7 程序流程框圖 由圖7可知，將基于MATLAB的16QAM通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)，主要包括調(diào)制模塊系統(tǒng)、添加高斯白噪聲以及解調(diào)系統(tǒng)。除了內(nèi)部函數(shù)之外，MATLAB中其他的關(guān)鍵文件和工具箱文件都是能夠讀能夠改的源程序文件，使用者能夠通過(guò)對(duì)源程序文件進(jìn)行修改，也可以添加自己的程序文件進(jìn)去從而變成一個(gè)新的工具箱，這種開(kāi)放性，使MATLAB深受廣大用戶(hù)喜愛(ài)。這是因?yàn)镸ATLAB中的程序可以不經(jīng)過(guò)預(yù)處理，也可以不用生成可執(zhí)行的文件，因此程序?yàn)榻忉屵\(yùn)行，因而速率比較慢。并且它還擁有比較強(qiáng)大的圖形界面編輯的能力。（6） MATLAB具有強(qiáng)大的圖形功能。例如在MATLAB中，用戶(hù)不需要對(duì)矩陣進(jìn)行預(yù)定義就可以使用。（3） MATLAB擁有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（例如for語(yǔ)句，while循環(huán)語(yǔ)句，break語(yǔ)句與if語(yǔ)句等）的同時(shí)，也具有面向目標(biāo)編程的特點(diǎn)。因?yàn)镸ATLAB函數(shù)是利用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，所以MATLAB提供了與C語(yǔ)言同樣多的運(yùn)算符。因?yàn)閹?kù)函數(shù)都是經(jīng)由這個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家所編寫(xiě)的，所以用戶(hù)沒(méi)必要擔(dān)憂(yōu)函數(shù)可靠性這一問(wèn)題。（1） 語(yǔ)言簡(jiǎn)練緊湊，使用起來(lái)方便，容易變通，而且?guī)旌瘮?shù)十分豐富。MATLAB語(yǔ)言不同于了其他語(yǔ)言的繁雜，而是使用更加直接的，以及更加適合人們思維習(xí)慣的代碼。MATLAB一直發(fā)展到現(xiàn)在，通過(guò)MathWorks公司的持續(xù)改進(jìn)，它已成為了適用于多學(xué)科，多工作平臺(tái)的功能十分強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。MATLAB的應(yīng)用十分的廣泛，它涉及了信號(hào)與圖像處理、測(cè)試與測(cè)量、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模和分析等各種領(lǐng)域。學(xué)科性的工具包是一種專(zhuān)業(yè)性能非常強(qiáng)大的工具包,其中包含了信號(hào)處理與通信等學(xué)科方面。 如今盛行的MATLAB庫(kù)中包含數(shù)百個(gè)的內(nèi)部函數(shù)包以及三十多種工具包。3 基于MATLAB的16QAM通信系統(tǒng)仿真 MATLAB簡(jiǎn)介 MATLAB介紹MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MATrix LABoratory）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一款由The MathWorks公司推出的，并由基本部分和專(zhuān)業(yè)擴(kuò)展兩大部分組成的數(shù)學(xué)計(jì)算與系統(tǒng)仿真軟件[10]。4電平抽判是對(duì)4電平的基帶信號(hào)進(jìn)行判決和檢測(cè)，再通過(guò)42電平變換，即把四進(jìn)制的信號(hào)轉(zhuǎn)變成為二進(jìn)制的信號(hào)。其基本原理的框圖如圖6所示。（3）16QAM解調(diào)原理。兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)升余弦成形濾波器之后再與互相正交的兩路載波信號(hào)相乘，產(chǎn)生兩路互為正交的4ASK信號(hào)Xkcosω0t和Yksinω0t。本課題設(shè)計(jì)采用了正交調(diào)幅的調(diào)制方法，其調(diào)制原理的基本框圖如圖5所示。在這4個(gè)位置上能夠?qū)⒌诙€(gè)QPSK矢量疊加上，并且用虛線(xiàn)小圓上的4個(gè)小黑點(diǎn)來(lái)表示第二個(gè)信號(hào)矢量的位置[9]。即由兩路相互獨(dú)立的四相位移相鍵控