基于matlab的移動通信中數字調相技術的研究與仿真畢業設計-wenkub

　

【正文】 ，基帶信號可分為數字基帶信號和模擬基帶信號，相應地，信源也分為數字信源和模擬信源。但是，在通信模型構造上還是非常復雜的，下圖是一個簡單的通信系統模型。消息具有不同的形式，例如：符號、文字、話音、音樂 、數據、圖片、活動圖象等。 本課題要求以數字調制技術為基本理論，分析幾種常用的調相技術，進行初步的設計計算，然后通過 MATLAB 仿真調相信號，進行參數的設置和調整，要求獲得各種調相信號的波形和軟件編程方法，對其進行數據分析，得 出移動通信系統中采用何種調制方式的理論依據。 基于 IS95 的 CdmaOne 技術自 1995 年 10 月商用實踐以來，迅速覆蓋韓國、日本、美國、歐洲和南美洲的一些主要市場，取得了巨大的商業成功，并成為業界公認的過渡到未來 3G 的技術平臺。 CDMA 系統以其頻率規劃簡單、系統容量大、頻率復用系數高、抗多徑能力強、通信質量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發展潛力。目前已用于數字蜂窩無線系統的調制技術可分為兩大類：線性調制技術和恒包絡調制技術。 MATLAB 以及 Simulink科學計算、建模和仿真軟件正是能適應這一要求的優秀仿真平臺軟件，并已成為全世界科技工作者共同的學術交流工具以及系統仿真界事實上的工業標準。 1993 年，MathWorks 公司推出了基于 Windows 平臺的 MATLAB ，在繼承和發展起原有的數值計算和圖形可視能力的同時，推出了 SIMULIKE，一個交互式操作的動態系統建模、仿真、分析集成環境；推出了符號計算工具包，一個一 Maple 為 ―引擎 ‖的 Symbolic Math Toolbox；構作了 Notbook，一個運用 DDE 和 OLE，實現 MATLAB 與 Word 的無縫連接，從而為專業科技工作者創造了融合 科學計算、圖形可視、文字處理為一體的高水準 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 30 頁 環境。 國內外研究及發展情況 MATLAB 名字是由 MATrix和 LABoratory兩詞的前 3 個字母組合而成。如果在真實的網絡環境中進行通信性能研究、網絡規劃、設計和開發 ,不僅耗資大 ,而且在統計數據的收集和分析上也有一定困難。仿真技術在今天的通信領域是一個非常重要的技術手段。移動通信的主要基本技術包括調制技術、移動信道中電波的傳播特性、多址方式、抗干擾技術以及組網技術。 MATLAB 作為一種仿真平臺，提供了強大的功能，設計者可以自己設計函數，同時也可以調用 Toolbox 里的函數調用。同時通信系統已經由單一的硬件系統轉向與軟件的結合。G demodulation ,and analyzes their performance difference. Key words： MATLAB。然后深入分析了 PSK、 QPSK、 OQPSK的調制解調原理，熟悉了原理后，用 MATLAB編程和Simulink對它們進行仿真和研究。隨著數字系統的飛速發展 ,對 數字系統的性能和調制解調技術要求也越來越高。同時，由于計算技術的發展，通信系統的仿真已日益普遍，已逐漸成為今天設計和分析通信系統的主要工具。本設計主要實現 PSK、 QPSK、 OQPSK調制解調過程的仿真，并分析它們的性能差異。 Modulation and demodulation。馬可尼所完成的無線通信試驗之日就產生了，當時的試驗是在固定站與一艘拖船之間進行的，距離為 18海里。隨著通信技術的發展，信號處理方面硬件設計與專業軟件設計結合日趨緊密，已經有一些公司開發出專業數字信號處理軟件。 MATLAB等優秀軟件使仿真技術得到很好的應用。在移動通信中，數字調制解調技術是關鍵技術，其中數字調相信號具有數字通信的諸多優點 ,在數字移動通信中，廣泛使用它來傳送各種控制信息。隨著通信技術的發展 , 通信系統的結構和規模越來越復雜 , 基于通信系統的應用也越來越多樣化 , 單純地依靠經驗進行通信系統的規劃和設計、通信設備的研發 以及通信網絡協議的開發 , 已經不能適應現代通信的發展需要。通信仿真技術是通過在計算機中構造虛擬的環境來反映現實的通信網絡環境 , 模擬現實中的通信網絡行為 , 從而可以有效提高通信網絡規劃和設計的可靠性和準確性 , 明顯降低通信系統的投資風險 , 減少不必要的投資浪費。 20 世紀 70年代后期，時任美國新墨西哥大學計算機科學系主任 的 Cleve Moler 教授出于減輕學生編程負擔的動機，為學生設計了一組調用 LINPACK 和 EISPACK 庫程序的 ―通俗易用 ‖的接口，此即用 FORTRAN 編寫的萌芽狀態的 MATLAB。其后 MATLAB 經過多個版本的不斷改進， ―面向對象 ‖的特點愈加突出，數據類型愈加豐富，操做界面愈加友善，在很多科技領域得到廣泛應用，對科學技術的發展起到了相當大的推動作用?，F在，我國教育科研部門對 MATLAB 的地位和重要作用也逐漸達成了共識，尤其是在硬件設施有限、科研經費不足的情況下， MATLAB 的廣泛應用必將大大提升我國科教事業的基礎研究水平。 在當代移動通信中，第三代移動通信系統（ 3G）已成為目前通信業的研究熱點。 在第二代通信系統中，使用 QPSK、 OQPSK 做為調制解調技術的 IS95 系統以其高語音質量、穩定的性能及空中接口的大容量在世界各地廣泛配置。目前各國上報給國際電聯審批的所有 3G 提案中，絕大多數方案都是基于與 IS95CDMA 相近的 CDMA 技術。 2 通信系統和調相信號研究及 MATLAB簡介 信息的高度發展給整個社會的經濟、文化、科研、教育帶來了很大的變革，它推動著社會的發展，給人們的工作學習還有生活帶來許多的便利。而傳遞消息的方式可以有多種，根據其發展先后我們可以分為電報、電話、傳真、數據傳輸以及發展到現在的可視電話等。 圖 簡單通信系統一般模型 圖 中，信源（信息源，也稱發終端）的作用是把待傳輸的消息轉換成原始電信號，如電話 系統中電話機可看成是信源。發送設備的基本功能是將信源信源 發送設備 信道 接收設備 信宿 噪聲源 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 30 頁 和信道匹配起來，即將信源產生的原始電信號（基帶信號）變換成適合在信道中傳輸的信號。 在接收端，接收設備的功能與發送設備相反，即進行解調、譯碼、解碼等。 數字通信系統 信道中傳輸數字信號的系統，稱為數字通信系統。這是通過所謂的差錯控制編碼來實現的。另外，為了表述消息內容，基帶信號都是按消息特征進行編組的，于是，在收發之間一組組的編碼的規律也必須一致，否則接收時消息的真正內容將無法恢復。但在一個系統中，如果發端有調制 / 加密 / 編碼，則收端必須有解調 / 解密 / 譯碼。 （ 3） 模擬信號數字化傳輸通信系統 上面論述的數字通信系統中，信源輸出的信號均為數字基帶信號，實際上，在日常生活中大部分信號（如 語音信號）為連續變化的模擬信號。 調制即是按照調制信號（基帶信號）的變化規律去改變載波某 些參數的過程。但是，在一定的噪聲情況下，根據對載波的調制方法和解調方法的不同，誤碼的發生概率也不同。當調制信號為二進制數字信號時，該調制稱 為二進制數字調制。 MATLAB和 Simulink簡要介紹 MATLAB 的由來及其發展在 小節中已經做了介紹，這里不在重述。這使得計算機兼備高級計算機的功能，使用十分方便。同時， MATLAB 支持用戶對其函數進行二次開發，用戶的程序可以作為新的函數添加到相應的工具箱中，擴充函數庫。在程序的運行過程中，可以方便迅速地用圖形、圖象、聲音、動畫等多媒體技術直接表述數值計算結果，可以選擇不同坐標系，可以設置顏色、線型、視角等。并且 提供了圖形動畫處理方法，以使用戶可以較為直觀的觀察到整個仿真過程。 版本提供 了 20 多個仿真模型庫，內容覆蓋了通信仿真，數字信號處理，模糊邏輯，神經網絡。數字 調相技術的研究與仿真 可以分解為各種調制技術（ PSK、 QPSK、 OQPSK 等）的調制解調原理和其理論實現方法，用 MATLAB 軟件實現仿真，通過星座圖、頻譜 利用率、誤碼率分析等全面研究移動通信系統的調相技術。嘗試用不同的方法得到 PSK、 QPSK、 OQPSK 這幾種調制方式的已調信號。 其調制方框圖如圖 圖 PSK 的調制方框圖 對于 PSK 信號的解調，可采用相干解調和差分相干解調，其解調方框圖如圖 所示 (a) （ b） 圖 PSK 的解調框圖 （ a）相干解調；（ b）差分相干解調 從 PSK 的調制解調框圖看，實現的原理并不是很困難，在深入體會它的原理之后，我便開始用 MATLAB 軟件上機調試。 開關 載波 ~~ 移相 ? 基帶 信號 得到 PSK已調信號 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 30 頁 MATLAB 編程語言在通信系統仿真中的應用，但是面對第一個問題隨機基帶信號的產生時由于經驗不足，還是遇到了兩個困難： （ 1） 用 randint函數產生隨機的基帶 信號時如果用 randint(1e3, 1, [0 1])這句指令的話產生的是隨機的 0， 1 信號，而在 PSK 調制中，我們希望基帶信號是雙極性的，也就是說希望能夠產生隨機的 1， +1 信號。 data_in1=repmat(data_in39。 end。 data_in2_rc=conv(data_in2,xrc)/。 m=1:128。z(m)=zeros(1,128)。 end end end end n=1:8192。 x1=cos(n.**+pi)。title(39。grid subplot(2,1,2)。)。通過查閱資料，發現 Simulink仿真模塊中甚至可以動態的仿真調制解調的整個過程，對仿真和研究是非常有意義的，于是我開始上機嘗試調試 Simulink模塊。 剛開始面隊出現的各種錯誤，自己有點心浮氣噪，不耐心的去查閱資料，思考改正錯誤的方法，而是懷疑自己的編程思路是否正確，急于去尋找其他的編程方法，導致自己走了不少的彎路。雖然有的時候解決一個錯誤甚至要花上一天以上的時間，但是在解決錯誤的時候自己的喜悅和成就感都是很強烈的，并且會對自己所做的工作 充滿了信心。如果不是畢業設計，我也許真的不會發現原來圖書 館的資源是那么的豐富并且實用。遇到這個問題后怎么解決呢？很多同學也許就算了，沒有就不借了。 在這次畢業設計中，我在用 MATLAB 軟件對 PSK 調制解調進行仿真和研究時，第一次的編程方法得到的信號波形并不是很理想，后來我就到圖書館的閱覽室去查閱資料，通過幾天的努力，終于在閱覽室豐富的圖書資源中學習到了一種更好的方法，后來就用學到的方法得到的如圖 所示的比較理想的 PSK 調制解調波形。用 MATLAB 對 PSK 信號功率譜密度進行仿真的結果如圖 所示 圖 PSK 信號功率譜和基帶信號功率譜 PSK 信號的誤碼率和星座圖 在本設計中，用 Simulink模塊對 PSK 的誤碼率進行計算，并演示它的星座圖。雙比特碼元中兩個信息比特 ab通常是格雷碼 (即反射碼 )排列的 ,它與載波相位的關系如表 。 2 /2。 QPSK正交調制器可以看成由兩個 BPSK調制器構成，輸入的串行二進制信息序列經串并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發生器分別產生雙極性二電平信號 I(t)和 Q(t)，然后對 cosωct和 sinωct進行調制，相加后即得 QPSK信號。 二進制基帶信號的產生方法在用 MATLAB對 PSK調制解調進行研究和仿真時已經深有體會了，現在面臨第一個需要解決的問題就串并變換。 后來我拿著源程序去向我的畢業畢業設計指導老師梁老師咨詢，梁老師認真的聽取了我的想法并解讀了我編寫的源程序后認為，這樣雖然能夠體現 0、 3 對應的不同波形變化，但是和基本原理不符合，建議我另外選取編寫調制程序的方法，要求最好能嚴格按照 QPSK 的調制解調原理編寫源程序。串并變化實現語句如下： bit_in = randint(1e3, 1, [0 1])。 data_I = 2*bit_I+1。所以可以用奇次波 bit_I = bit_in(1:2:1e3)，偶次波 bit_Q = bit_in(2:2:1e3)來實現串并變換。同樣， data_I = 2*bit_I+1 和 data_Q = 2*bit_Q+1 也是實現分別把 I 和 Q支路的 0、 1 信號變換成 + 1 信號。應該是什么問題呢？我反復的看程序，同時反復的問自己，最后我確定我的仿真程序前面部分肯定是沒有問題的，問題只可能是出在畫圖指令plot 上面。通過查閱 MATLAB 軟件指令介紹的書籍，我了解到應該用二維桿圖即 stem 指令來畫出它們的圖形。那能不能把二維桿圖變成矩形波來顯示呢，又如何用 MATLBA 變成語言來實現呢，這些問題就出現在我的腦海中。收集了足夠的信息后，我開始嘗試上機調試，