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(存儲版)

　　

【正文】 科各專業進行科學探索、系統可行性研究和工程設計不可缺少的重要環節。在本課題中，用國際控制界公認的標準仿真軟件 MATLAB 來仿真移動通信系統各種數字 調制解調技術中，具有數字通信的諸多優點 ,廣泛使用它來傳送各種控制信息的數字調相信號，比較不同調相計術之間的性能差異。通信與電子工程師和科技工作者迫切需要一種仿真工具，以擺脫繁雜的編程工作，將精力和時間集中到解決科學問題、提出和驗證創新思 想和算法上來。第二代移動通信系統主要采用時分多址 (TDMA)的數字調制方式，提高了系統容量，并采用獨立信道傳送信令，使系統性能大為改善，但 TDMA的系統容量仍然有限，越區切換性能仍不完善。數字 調相技術的研究與仿真 可以分解為各種調制技術（ 2PSK、 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。 從表面上看來，通信就是將信息從發送端發送出去，從接收端獲取信息。 信道是指信號傳輸的通道，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設備。 （ 1） 數字頻帶傳輸通信系統 數字通信的基本特征是，它的消息或信號 具有 ―離散 ‖或 ―數字 ‖的 特性，從而使數字通信具有許多特殊的問題。 綜上所述，點對點的數字通信系統模型一般可用圖 表示。實現模擬信號數字化傳輸的系統如圖 所示。 數 字調制方式有三種：幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。 （ 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。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。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。 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。 。%data_in39。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。 if m==ceil(n/64) y([(64*m63):(64*m)]39。 figure(1) subplot(2,1,1)。title(39。 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。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 ‖。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。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。 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。 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。 bit_Q = bit_in(2:2:1e3)。通過這三句語句就可以實現串并變換了。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。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。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。 fc=10。 x6=abs(x4).^2。r39。)。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。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。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。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。 OQPSK 和 QPSK 有相同的誤比特性能。故 OQPSK 性能優于 QPSK。 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。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。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 )。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。 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。功率譜中比峰值低 3dB 的兩個頻率的間隔。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。 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。 ylabel(39。 y5=10*log10(y4)。 x4=x2./(pi.*(ffc).*Ts)。 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。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。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。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。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。串并變化實現語句如下： bit_in = randint(1e3, 1, [0 1])。 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。 2 /2。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。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。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。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。grid subplot(2,1,2)。 x1=cos(n.**+pi)。z(m)=zeros(1,128)。 data_in2_rc=conv(data_in2,xrc)/。 data_in1=repmat(data_in39。 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。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。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。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。 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。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。 （ 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。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。 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。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。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。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。 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。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。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