64QAM系统性能的分析与.doc

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1、xx工学院课程设计报告书 课程名称： 通信系统的计算机仿真设计 题 目： 64QAM系统性能的分析与 MATLAB仿真 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 10-11-2 专业班级： 姓 名： xxx 学 号： 评语：成绩：签名：日期：1 绪论1.1 研究背景与研究意义随着通信事业的不断发展与进步，以往的数据量已经不够现在通信的需求，单一的语言通信已经不能满足我们了，所以传输方式需要更新与发展，来适应日益增长的生活需求。调制方法多种多样，有DQPSK、QAM、8PSK、GMSK等，期中64QAM是本次我们所需要研究的课题内容，64QAM有着非常高的频谱利用率，在数字通信方面有着很大作用，还有

2、在数字电视应用起了巨大作用。通过对64QAM的研究，让我们更加了解通信技术的每个环节，拓宽我们的视野。1.2 课程设计的目的和任务本次课程设计是根据“通信工程专业培养计划”要求而制定的。通信系统的计算与仿真设计都是我们专业必须要掌握的，这是为我们以后工作打好坚实的基础。课程设计的任务是：（1） 学会通信系统是怎么设计与仿真的，了解其步骤、要求、工作内容及设计方法；还要学会怎么去仿真，。（2） 训练学生设计能力，怎么把仿真框图做的无错误。（3）训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程系统设计能力。（4）提高学生的团结协作得出结果和通过对知识的整理与学习得出结果。1.3 可行性分析从技

3、术上来看，正交幅度调制QAM是两路独立的信号，64QAM是把两电平的信号换成了八电平，在解调过程中是把八电平转换成二电平，再通过QAM调制器对信号进行调制，这就是64QAM的调制解调过程。从经济上来看，MATLAB6.5软件是比较通用的仿真软件，安装应用都很方便，学生容易掌握，但是在除了xp的系统中软件有可能无法正常运行，兼容性还需加强。2 64QAM通信系统2.1 64QAM通信系统基本模型64QAM通信系统基本模型如图2.1所示:图2.1 64QAM通信系统基本模型 信号源：产生随机数字信号。 信号编码：本次设计我应用RS编码。 调制：本次我们使用的是64QAM调制方式，用来调制信号来让信

4、号能在信道里传输。 信道：用来传输信号，同时可加载噪声。 解调：还是使用64QAM的解调方式，把调制信号解调成电脑能识别的信号。 译码：本次设计应用RS译码。 性能分析：对本次设计的每一个环节进行跟踪与检测，对无噪声通信的信道对信号的各种状态进行分析，后加入噪声，看信号的变化弄出误码率，后调信噪比。2.2 64QAM通信系统的性能指标本次研究的64QAM通信系统的性能指标有：传输速率，信号的误码率，对系统的兼容性等，与其他通信系统比较，64QAM的抗噪性满强力的，带宽利用率比较优秀，本次设计我们就从对信息编码调制解调译码等操作，分析信噪比跟误码率，来研究64QAM系统的性能指标。3 64QAM

5、通信系统主要模块3.1 信源信源我选择了随机整数发射源，产生数字信号，然后进行RS编译码。3.2 基带信号处理此次设计我用了RS编码器，RS编码器中产生的信位是k，码长n，纠错公式为(n-k)/2,可以调节n跟k的值来调节差错控制，然后就可以对已处理的信号进行调制。可以通过示波器来显示信号的的变化情况，这也是本次设计中关键的部分。3.3 调制/解调 本次我的设计是64QAM系统设计，所以光把信号用QAM调制或解调的话是不可行的，这里还需要变平，用合适于本次设计的电平。调制解调是本次设计的关键，这里体现了与其他组的不同之处。3.4 信道 信道是信息传输所经过的路径，这路径往往夹杂着噪声的干扰，本

6、次设计我们首先对没有噪声的信道进行研究，然后对高斯加性白噪声信道、二进制对称信道、多径瑞利（Rayleigh）衰落信道、莱斯（Rician）衰落信道等，设置不同的信道信噪比，对系统进行仿真，分析不同信噪比情况下的系统性能。4 MATLAB对64QAM通信系统的仿真4.1 MATLAB主要模块及参数设置 MATLAB中每个模块都非常重要，参数设置更加繁琐，参数改动一点点那误码率的变化非常大。每个模块的数据如下：4.1.1信源本次设计的信源是产生随机数字信号的起始模块，信源仿真模块如图4.1所示：图4.1 信源模块图 其参数设置分别为：M-ary number:64, Initial seed:1

7、0000, Sample time:0.00000156254.1.2基带信号处理 基带信号处理仿真模块如图4.2所示： (a) 输入端RS编码 (b) 输出端RS解码图4.2基带信号处理仿真模块图其中RS编码器参数为：码字长度 n：63 ，信息长度 k：1输出缓存器参数为：输出长度：63 ，缓存交织：0 ，初始条件：04.1.3调制/解调调制/解调是本次设计中的关键所在，它们能吧数字信号翻译成可沿普通电话线传输的脉冲信号，传递另一端由解调器接收到，并译成计算机能读懂的信号。调制/解调仿真模块如图4.3所示:(a)调制(b)解调图4.3 调制/解调仿真模块其中矩形分布基带 QAM 调制参数为：

8、M-ary number：64 ，最小距离：0.5单极性双极性变换器/双极性单极性变换器：M-ary number：64。4.1.4其他模块参数设置 显示仪器的主要参数设置如表4-1所示： 表4-1显示仪器仿真参数设置仪器名示波器眼图仪星座图仪频谱仪各个仪器的参数轴数：2每符号抽样：4每符号抽样：100缓存长度：1024时间范围：0.0001预置：0偏移：0缓存交叠：512每迹符号数：1示点数：500FFT长度：512每次显示的新迹：4000每次显示新迹数：300Y轴最小：-23显示迹数：500X轴最小：-5Y轴最大：10Y轴最小：-5X轴最大：5谱平均数：64Y轴最大：5Y轴最小：-5Y轴最

9、大：5 信道和噪声的参数设置如表4-2所示： 表4-2信道和噪声的参数名称信道高斯白噪声莱斯瑞利参数种子数：50平均值：0K-factor：2Sigma：1SNR:18方差：1Sigma：0.1种子数：50输入信号的功率：0.11种子数：41种子数：56采样时间：1采样时间：1采样时间：1 误码率计算器和显示器的参数如表4-3所示： 表4-3 误码率计算器和显示器的参数显示器误码计算器数型：short接收延迟：63抽取率：1计算延迟：63采样时间：-1输出数据：Port信噪比-误码曲线实现程序如下:无噪声时： x=0:0.5:7; y=x; BitRate=10000;y(1)=0.4429;

10、y(2)=0.4059;y(3)=0.3684;y(4)=0.3308;y(5)=0.2934;y(6)=0.2578;y(7)=0.2212;y(8)=0.1869;y(9)=0.1557;y(10)=0.1270;y(11)=0.1011;y(12)=0.07815;y(13)=0.05907;y(14)=0.04287;y(15)=0.02991;markerchoice=*;plotsym=markerchoice -;semilogy(x,y(:),plotsym);title(64QAM误码率);xlabel(SNR);ylabel(Error Rate);加入噪声后：x=0:0.

11、5:7; y=x; BitRate=10000;y(1)=0.4794;y(2)=0.4466;y(3)=0.4147;y(4)=0.3822;y(5)=0.3498;y(6)=0.3188;y(7)=0.2883;y(8)=0.2594;y(9)=0.2306;y(10)=0.2028;y(11)=0.1787;y(12)=0.1546;y(13)=0.1342;y(14)=0.115;y(15)=0.09638;markerchoice=*;plotsym=markerchoice -;semilogy(x,y(:),plotsym);title(64QAM误码率);xlabel(SNR)

12、;ylabel(Error Rate);4.2 64QAM通信系统的仿真图和结果分析 无噪声时系统的仿真框图如图4-4所示： 图4.4 无噪声的系统仿真图 无噪声干扰下的星座图如图4.5所示，眼图如图4.6所示，系统频谱图如图4.7所示，信噪比-功率谱曲线如图4.8所示： 图4.5 无噪声星座图 图4.6 无噪声眼图 图4.7 无噪声系统频谱图 图4.8 无噪声信噪比-功率谱曲线 无噪声时调制解调前后的波形图如图4.9所示：图4.9 无噪声时信号调制解调波形图 注：上波形图为调制前的波形图，下波形图为解调后的波形图4.3 加入噪声及干扰时系统性能指标的变化分析4.3.1加入噪声及干扰时系统的仿

13、真 加入噪声及干扰时系统的仿真框图如图4.10所示：图 4.10 加噪声后的系统仿真框图把莱斯，瑞利，高斯噪声，加入系统后的星座图如图4.11所示，眼图如图4.12所示，系统频谱图如图4.13所示，信噪比-功率谱曲线如图4.14所示： 图4.11加入早后的星座图 图4.12 加入噪声后的眼图 图4.13 加入噪声后的系统频谱图 图4.14 加入噪声后信噪比-功率谱曲线加入噪声后调制解调前后的波形图如图4.15所示： 图4.15 加入噪声后调制解调前后的波形图 注：上波形图为调制前的波形图，下波形图为解调后的波形图4.3.2结果分析没有加入噪声的信道，其仿真图都无失真，完美显现，加入噪声后，失真

14、现象明显，其信道加入噪声后的分析如表4-4所示： 表4-4 同时加入高斯、干扰、瑞利三种噪声后不同SNR的误码率SNR (bit/dB)51015原系统误码率0.10110.001590加入高斯白噪声后系统误码率0.11290.0029060加入高斯白噪声及莱斯后系统误码率0.11290.0029060加入高斯白噪声、莱斯及瑞利噪声后系统误码率0.17870.028070.0003974 从上表4-4可以看出加了噪声后，系统的误码率明显增加了，SNR增加后误码率就普遍降低，所以我们要适当控制这些参数来减少系统的误码率，来使系统满足需求的条件。 从不加噪声跟加了噪声后的眼图，星座图，频谱图，我们

15、可以明显看出噪声对系统通信的干扰有多大，通过表4-4可得到无论是什么噪声，只要把SNR增加到一定值，系统误码率会无限趋近于0，这样就满足了我们通信的需求。5 结论这次设计我们组研究的是64QAM系统性能的分析与MATLAB仿真，通过对其的研究与学习，我们把课堂上没有学会的知识全部学了变，顺便也把以前忽略的知识给补了一边，通过对64QAM系统的设计与仿真，我起初用的模拟信号源，用pcm编码，后发现很难得出结论，后来跟老师与同学之间的讨论，我把模拟信号改成了数字信号后，发现设计有所眉目，之后我又把无噪声的系统各个参数弄出来后了，得到了眼图，星座图，频谱图。之后我一个个加入噪声调节误码率，后得到的眼图，星座图，频谱图，跟没加噪声以前图明显能看出失真，我认识通信系统中噪声对信号的干扰有多大，噪声会使系统的误码率增加，使信号失真，从而使通信变的复杂，不过我们可以增加信噪比来把噪声带来的信号失真等情况减少。这次设计让我对通信系统又有了进一步的认识与理解，我相信以后的设计会比现在弄得更好。