多種正交幅度調制QAM誤碼率仿真及星座圖的優化

通信工程論文編號:TX364  論文字數:10967,頁數:43

目錄

摘要 I
ABSTRACT II
第1章 引言 1
 1.1 背景 1
 1.2 研究內容 2
第2章 正交幅度調制QAM 3
 2.1 QAM的定義 3
 2.2 QAM的調制 4
 2.3 QAM的解調與檢測 5
 2.4 AWGN信道中的QAM差錯概率 7
 2.5 QAM的優缺點 9
 2.6 AWGN信道 9
第3章 最佳16QAM星座圖 10
 3.1 漸近表達式的錯誤率 10
 3.2 最佳信號星座的菱形變換 11
 3.3 16QAM最佳星座圖 12
 3.4 16QAM最佳星座圖的誤比特率的編碼優化 14
第4章 16QAM的MATLAB誤碼率仿真 16
 4.1 矩形16QAM的誤碼率和誤比特率仿真 16
 4.2 不同星座圖的16QAM誤碼率比較 19
 4.3 最佳16QAM星座圖誤比特率的編碼比較 20
 4.4 圖形用戶界面(GUI)設計 22
致謝 24
參考文獻 25
附錄 源代碼 26

摘要

 在通信技術日益發達的今天，各種各樣的信息傳輸技術也相繼出現，如脈沖幅度調制（PAM）、脈沖編碼調制（PCM）、相移鍵控（PSK）、差分相移鍵控（DPSK）、頻移鍵控（FSK）、幅移鍵控（ASK）、正交幅度調制（QAM）等調制解調技術。各種技術都有它的優缺點和適合它的工作環境。由于每種技術都并不完美，總有改進的空間，所以對一些技術進行適當的改善，增加傳輸準確率，抑或提高傳輸效率，又或者降低傳輸成本等等，都是值得我們去研究和討論的。
 QAM依靠其高效的帶寬效率成為一種被廣泛使用的調制解調技術。另一方面，它的誤差性能比二相相移鍵控（BPSK）和四相相移鍵控（QPSK）更糟。QAM的每個星座有一種最佳的星座圖分布和最低的誤符號率。常用的QAM，如QPSK、矩形16QAM，并不是最佳星座圖，但易于硬件的實現。
 本文介紹了QAM的概念、產生、優點和缺點，以及在高斯白噪聲中的誤符號率性能。我們通過MATLAB仿真獲得不同的16QAM誤符號率性能，并且找到最佳的16QAM星座圖。常規的格雷編碼不適合最佳星座圖，因此，我們可以再一次用MATLAB仿真獲得和比較不同映射的誤比特率性能。
 本文的另一個貢獻是，一個標準化的仿真程序可以輸入任意的16QAM星座圖來對誤符號率進行仿真。同時，我們也建立了一個友好的MATLAB圖形用戶界面（GUI），從而使之容易輸入星座圖測試坐標，并且方便地比較不同星座圖的仿真結果。

關鍵詞：16QAM，MATLAB，誤符號率，誤比特率，最佳星座圖

ABSTRACT

 In today's increasingly advancing communication technologies, a variety of modulation techniques have been used, such as Pulse Amplitude Modulation(PAM), Pulse Code Modulation(PCM), Phase-Shift Keying(PSK), Differential Phase-Shift Keying(DPSK), Frequency-Shift Keying(FSK), Amplitude-Shift Keying(ASK), Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Each modulation technique has its advantages and disadvantages and its designed working environment. As each technique is not perfect, there is always room to improve for every technology, for example, to improve error performance, or increase bandwidth efficiency, or reduce the transmission cost.
 QAM is a widely used modulation and demodulation technique due to its high bandwidth efficiency. On the other hand, its error performance is worse than binary PSK (BPSK) and quadrature PSK (QPSK). Each constellation size has an optimal constellation design with the lowest symbol error rate (SER).  QAM constellations often used in practice, e.g. QPSK, 16 square QAM, are usually not optimal, due to implementation complications. 
 This thesis introduces the concept of QAM, system diagram, its advantages and disadvantages, and SER performance analysis over additive white Gaussian channels (AWGN). We obtain SER performance of various 16QAM constellations via MATLAB simulation and find the optimal one. Conventional Gray coding is not possible for the optimal constellation. Therefore, we again used MATLAB simulation to obtain and compare bit error rate (BER) of various mappings.
 Another contribution of this thesis is that we standardized the simulation program such that an arbitrary constellation of 16QAM can be inputted for SER/BER performance simulation. We also constructed a user-friendly MATLAB graphics user interface (GUI) that allows for easy input of trial constellation coordinates, and convenient comparison of simulation results.
Keywords: 16QAM，MATLAB，SER，BER，Optimal constellation.