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(文件)

　

【正文】 經過反復的上機調試，得到了如圖 示波形 圖 用 MANLAB 編程得到 這個圖形后，我覺得不是很滿意，因為在 + 1 間跳變的時候有延時。也就是說用 cos 函數乘以 I 支路信號，用 sin 函數乘以 Q 支路信號就可以實現，再用相加器把得到的 I、 Q 支路載波調制后信號合成就可以得到 QPSK 已調信號了。 QPSK 信號和 PSK 信號的功率譜比較 （ 1） 對于 QPSK，有 0( ) ( ) c o s ( )SkkS t g t k T w t ?? ? ?? （ ） 式 中 ， g(t)為基帶波形， ST 為碼元寬度， k? 對應有四種取值。 分析研究完 QPSK 與 PSK 的功率譜組成后，開始考慮怎么用 MATLAB 軟件編程實現他們的功率譜波形，分析比較它們之間的差異以及優缺點。 Ts=1。 x4=x2./(pi.*(ffc).*Ts)。 x8=10*log10(x7)。 y5=10*log10(y4)。 axis([0,20,40,5])。 ylabel(39。qpsk 的功率譜 39。 程序運行后得到的圖形如圖 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 23 頁 共 30 頁 圖 QPSK 與 PSK 的功率譜 剛剛調試成功畫出這個圖形的時候，我懷疑它是不是錯誤的，因為書本上面的功率譜都是從 0dB 開始衰減的，而我的 MATLAB 軟件編程得到的 QPSK 功率譜是從 0dB 開始衰減的，可是 PSK 卻是從 50dB 開始衰減的。在百思不得其解的情況下，我問了身邊會用 MATLAB 軟件的同學，我們一起討論了一下，結果也是找不到問題的所在，只好再去咨詢我的畢業設計指導老師。老師看我迷茫的樣子，把問題的所在緩緩道來：書上面的分析都是歸一化之后的功率譜，所以都是從 0dB 開始衰減的，是一種理想化的功率譜，而你的功率譜波形是沒有歸一化的，所以兩者都是正確的。 從圖 的 QPSK 功率譜比 PSK 功率譜窄一半。功率譜中比峰值低 3dB 的兩個頻率的間隔。以功率譜峰值為高和以等效噪聲帶寬為寬的矩形面積等于總的接收信號功率。 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 24 頁 共 30 頁 QPSK 誤碼率和星座圖 剛開始考慮如何對 QPSK 誤碼率和星座圖進行仿真和研究是，還是決定從 Smulink模塊開始仿真會比較容易實現。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發生極性翻轉，不會發生兩支 路碼元同時翻轉的現象。濾波后的 OQPSK 信號中包絡的最大值與最小值之比約為 2 ，不可能出現比值為無限大的情況，因而 OQPSK 信號在非線性限帶 信號具有 優于 QPSK 的頻譜利用性能。兩者的缺點表現為，功率譜旁瓣占有能量大，要求很寬的帶寬；而且，在 OQPSK 和 QPSK 輸出端必須有復雜的濾波器限帶，否則在移動通信系統應用中很難滿足臨道輻射小于 60dB。而 OQPSK 的功率譜主瓣包含功率的 92． 5％，第一個每點在 (R 為碼元速率 )。相位跳變，信號通過 BPF 后包絡起伏小，性能得到了改善，因此受到廣泛重視。但是在用 MATLAB軟件語言編寫具體程序是卻花了很長時間沒有實現，后來畢業設計指導老師建議我用 Simulink模塊來仿真 OQPSK，我聽從了老師的意見，開始著手思 考怎么用Simulink模塊來仿真 OQPSK。當然了，在信道環境很好的情況下， PSK 的誤碼率性能也是可以接受的，因為 PSK 的調制解調實現起來成本比較低，設備比較簡單，所以在信道環境比較好的情況下還是會被采用。 不同性噪比下誤碼率的比較 （ 1） 在 SNR==5dB 時，三種調相方式的誤碼率分別如圖 、 、 所示 圖 PSK 誤碼率 圖 QPSK 誤碼率 圖 OQPSK 誤碼率 （ 2） 在 SNR==0dB 時，三種調相方式的誤碼率分別如 圖 、 、 所示 圖 PSK 誤碼率 圖 QPSK 誤碼率 圖 OQPSK 誤碼率 （ 3）在 SNR==6dB 時，三種調相方式的誤碼率分別如圖 、 、 所示 圖 PSK 誤碼率 圖 QPSK 誤碼率 圖 OQPSK誤碼率 以上各圖中，第三行顯示的是在仿真中發 送的碼元數，第二行顯示的是接收端收到的錯誤碼元數，第一行顯示的就是誤碼率。的相位跳變，因而高頻滾降慢，使得頻帶較寬。故 OQPSK 性能優于 QPSK。在差分檢測中， OQPSK 比 QPSK 性能差，原因是 OQPSK在 差分檢測時引入了碼間干擾。 OQPSK 和 QPSK 有相同的誤比特性能。土 90176。它與 QPSK 有同樣的相位關系，也是把輸入碼流分成兩路， 然后進行正交調制。實際上是一種 百分比能量帶寬，或是以給定滾降系數 ? 的限帶濾波器的帶寬。通常以 0f 為中心，稱由 sf 到 + sf 范圍的功率譜為功率譜主瓣，以功率譜主瓣為寬度也稱零 —零帶寬。 帶寬的定義不是唯一的，可以根據使用要求認為的確定。后來我再查閱參考文獻的時候發現書上都有提及為了便于分析比較，便于理解書上很多圖形都是作了歸一化后作出來的。他說我的仿真結果是對的，書上的功率譜圖形也是對的。我再次認真的看了參考文獻上面關于功率譜的分析，再仔細對照了我編寫的程序，覺得應該是沒有錯誤的。psk 的功率譜 39。)。fc39。r39。 y2=y1./(2*pi.*(ffc).*Ts)。 x6=abs(x4).^2。 x2=sin(pi.*(ffc).*Ts)。 fc=10。根據式 ， k? 等概率取值時，可以計算得到 QPSK 信號的功率譜為 ? ?22001( ) ( ) ( )2 sW f f G f f G f f? ? ? ? （ ） 式中， sT =1/ f =2 bT ， G（ f）為基帶波形 g(t)的傅立葉 變換。從解調原理圖可以看出，要實現 QPSK 解調，首先要實現載波恢復，載波恢復后要進行積分，然后進行抽樣判決，再進行并串轉換，就可以得到 QPSK 解調信號。后來經過不斷嘗試、調試，得到如圖 示波形 圖 QPSK 基帶源信號和串并變換后 I、 Q 支路的矩形波顯示 得到這個波形之后，可以接著思考 I、 Q 支路載波調制的 MATLBA 軟件程序實現。于是我就決定先把載波調制放一放，先思考如何才能用 MATLAB 編程語言把二維桿圖轉換成矩形波來顯示。攻克了串并邊換這 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 30 頁 個問題后，我信心更加充足了，馬上進入 I、 Q 支路載波調制的思考。通過認真查閱資料和自己認真的思考，我知道編程的錯誤出在哪里了。怎么會是這種圖形呢，不是應該 是矩形波的嗎？我心理產生了一個大大的疑問，我甚至懷疑是不是方法除了問題。通過這三句語句就可以實現串并變換了。 上述程序首先是用 randint(1e3, 1, [0 1])隨機產生 1000 個離散的 0、 1 基帶信號，即輸入比特 bit_in，然后對 bit_in 進行串并變換。 bit_Q = bit_in(2:2:1e3)。于是，我再次認真看了幾遍QPSK 調制解調的基本原理，在加深了對 QPSK 調制解調的基本原理理解之后，我開始嘗試按照它的基本調制解調原理編寫程序。 剛開始我考慮在編寫程序時，用十進制的 0、 3 分別對應四進制的 00、 0 11，當基帶信號為不同的值時， 用 while 和 if語句使其分別與相差 /2? 相位的載波相乘，進行調制。 圖 QPSK 調制框圖 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 16 頁 共 30 頁 圖 QPSK 解調框圖 在已經用 MATLAB 對 PSK 調制解調進行仿真和研究之后，我掌握了查閱資料的方法也積累了一些心得。 QPSK可以表示為： ( ) c os( 2 )ckS t f t???? () 表 雙比特碼元和載波相位的關系 雙比特碼元 載波相位 a b A 方式 B 方式 0 0 0 /4? 0 1 /2? 3/4? 1 1 ? 5/4? 1 0 3/2? 7 /4? 隨著輸入數字序列的變化， Φk 有四種不同的取值。四相調制信號的表達式 用式 ()表示時，相位的在 (0,2π )內等間隔地取四種可能相位。由于每一種載波相位代表兩個比特信息，故每個四進 制碼元又稱為雙比特碼元。 PSK信號的性能 調制解調完成之后，開始研究 PSK 信號的性能。閱覽室的書是不外借的，所以我們不用擔心自己想看的書找不到，遇到很適合自己使用的書本和資料，雖然不能外借，但是可以復印后把復印件拿回來慢慢學習研究。我覺得不晚，人要是想改變自己什么時候都不晚，合理的利用圖書館不僅幫助我順利的完成本次畢業設計，也使我養成了積極查閱資料的習慣，這必將會使我終生受益的。我采用的方法是到圖書館去查閱相關資料，如果導師有時間就積極和導師交流，會 MATLAB 軟件的同學或和自己一樣畢業設計做的是用 MATLAB 軟件進行各種仿真研究的同學都會成為我的 ―導師 ‖。老師中肯的指導和批評使我茅塞頓開，我不再心浮氣噪，而是耐心的思考 MATLAB 軟件報錯的地方，為什么會報錯。 PSK 的 Simulink 同步顯示模塊如圖 所示 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 30 頁 圖 PSK 調制解調的 Simulink 仿真模塊 在整個程序的調試過程中，遇到了很多困難。grid 運行后得到的波形如圖 所示 圖 PSK 波形 調制完成之后，開始考慮解調。title(39。)。 figure(1) subplot(2,1,1)。 x2=rm2。 if m==ceil(n/64) y([(64*m63):(64*m)]39。x=[x(n)]39。如下面的程序也能實現PSK 調制，但是調制后的波形不是很理想。 f=0::1。%data_in39。 剛剛開始上機調試遇到一些困難在所難免，經過我反復的調試和指導老師的指導，發現用如下的語句可以解決以上兩個困難： bit_in = randint(1e3, 1, [0 1])。 。 課題的主要工作流程 4 研究和仿真的構思和理論 由于 PSK的原理相對簡單，實現方法也相對容易，所以本設計 先從 PSK入手，深入理解 PSK的調制解調原理后，循序漸進，仿真 QPSK和 OQPSK的調制解調，研究它們的性能差異以及實際應用。 研究和仿真的任務 對 PSK、 QPSK、 OQPSK 的調制解調原理深入的分析研究，用 MATLAB 編程對 PSK、QPSK、 OQPSK 的各步驟波形的變化和實現過程 具體演示出來，并對它們的性能差異進行比較。 SIMULINK 提供的通信系統仿真模塊（ Communication Blocket） ,主要用于在移動通信系統的建模和仿真的應用。用戶可以通過編輯自己的功能程序，然后使用 Simulink 提供的 SFUNCTION 模塊對其進行調用，從而獲得具有自編程序功能的新的 Simulink 模塊。其采用了模塊組合的方法來創建動態系統的計算機模型，可以比較快速、準確的實現對系統的建模仿真。函數可以是數學上的函數，也可以是程序塊或子程序，十分豐富，而且便于調試。 Math Works 公司針對不同領 域的應用，推出了自動控制、信號處理、圖象處理、模糊邏輯、神經網絡、小波分析、通信、最優化、數理統計、偏微分方程、財政金融等 30 多個具有專門功能 MATLAB 工具箱。 （ 1）編程簡潔，效率高 矩陣和向量運算是工程數學計算的基礎， MATLAB 是一種以矩陣為基本變量單元的可視化的程序語言，其基本數據單元是既不需要指定維數、也不需要說明數據類型的矩陣，而且數學表達形式和運算規則與通常的習慣相同。相移鍵控有很多方式，如 PSK、 DPSK、 QPSK、 OQPSK、 pi/4DQPSK等。 數 字調制方式有三種：幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。在傳輸脈沖時，傳輸系統會產生噪聲，如果其幅度為反極性并超過脈沖的幅度，則產生誤碼。實現模擬信號數字化傳輸的系統如圖 所示。 （ 2） 數字基帶