正交幅度調制誤碼率仿真及程序效率比較

通信工程論文編號:TX303  論文字數:10368,頁數:32

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 引言 1
 1.1 背景 1
 1.2 研究內容 1
第2章 正交幅度調制(Quadrature Amplitude Modulation) 3
 2.1 什么是QAM 3
 2.2 QAM調制 3
 2.3 QAM的解調與檢測 4
 2.4 QAM的誤碼率性能 5
 2.5 正交幅度調整的優點與缺點 6
第3章 MATLAB下如何對QAM仿真進行效率優化 7
 3.1 對仿真程序進行效率優化的必要性 7
 3.1.1 M文件簡介 7
 3.1.2 循環向量化編程 7
 3.2 如何優化仿真效率及其步驟 10
 3.2.1 分析代碼的運行狀況 10
 3.2.2 循環矩陣化 10
 3.2.3 預先定義變量 11
 3.2.4 內存的管理 12
 3.2.5 其他方法介紹 12
 3.3 難以采用矩陣算法的類型 13
第4章 利用MATLAB進行16QAM誤碼率仿真 14
 4.1 矩形16QAM的誤碼率和誤比特率仿真程序改造 14
 4.2 程序效率比較 16
 4.3 程序效率比較結果 17
 4.4 MATLAB 圖形用戶界面編程 18
第5章 結束語 19
致謝 20
參考文獻 21
附錄 源代碼 22

摘要

 常用數字調制方式有振幅鍵控、相移鍵控、差分相移鍵控、頻移鍵控和正交幅度調制（QAM）。每一種調制技術在特定的工作環境中都有各自的優勢和缺點。 由于QAM的高帶寬效率而被廣泛應用于有線和無線通訊中。當QAM誤碼性能的理論分析特別困難的時候，我們可以對其進行蒙特卡洛仿真。蒙特卡洛仿真需要產生大量的隨機數據和高斯白噪聲，按照一般的編程習慣，例如C或Fortran語言的編程，仿真編程通常都使用循環進行運算。然而，MATLAB是一種基于矩陣運算的編程語言，它的矩陣運算效率要遠高于循環。因此，傳統的編程方式并不能完全的發揮出MATLAB的效率。用矩陣運算替代循環能大大提高仿真效率。
 本文第一章介紹了研究課題的背景和主要內容。第2章介紹了QAM及其誤碼性能的分析。在第3章中，我們研究對MATLAB編程的改善以減少執行時間的一些技巧。在第4章中，我們對16QAM誤碼性能的仿真程序進行修改和完善。由對比表示出，仿真的時間大大減少。我們還利用MATLAB進行便于執行和比較的一個實用的用戶圖形用戶界面（GUI）編程。第5章則為結論。

關鍵詞：誤碼率，仿真效率，16QAM，MATLAB

ABSTRACT
 Commonly digital modulation schemes are amplitude shift keying, phase shift keying, differential phase shift keying, frequency shift keying and quadrature amplitude modulation (QAM). Each modulation technique has its advantages and disadvantages in a certain working environment.  QAM is widely used in wired and wireless communication due to its high bandwidth efficiency. In general, the error performance of QAM is obtained via Monte Carlo simulation, especially when analytical analysis is difficulty. A large number of random data and additive white Gaussian noise (AWGN) samples need to be generated. Iterations are often used as a programming habit of languages like C or Fortran.  MATLAB however, is a matrix based programming language. It is more efficient in matrix computation than iterations. Therefore, the conventional programming using iterations results in long execution time. Simulation efficiency is greatly improved, when iterations are replaced by matrix computation.
 This thesis starts with a general introduction of the research topic in chapter 1. Chapter 2 gives an introduction of QAM and its error performance analysis. In chapter 3, we look into general scenarios where execution time can be reduced by improvement in MATLAB programming. In chapter 4, a conventional 16QAM error performance simulation program is modified and improved. Comparisons show that the simulation time is greatly reduced. We also programmed a user-friendly Graphic User Interface (GUI) in MATLAB for easy execution and comparison. Conclusions are made in chapter 5.
Keywords: BER, Simulation efficiency, 16QAM, MATLAB