基于matlab的移動通信中數(shù)字調(diào)相技術(shù)的研究與仿真畢業(yè)設計(留存版)

　　

【正文】 ic Math Toolbox；構(gòu)作了 Notbook，一個運用 DDE 和 OLE，實現(xiàn) MATLAB 與 Word 的無縫連接，從而為專業(yè)科技工作者創(chuàng)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(yè)設計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 30 頁 環(huán)境。 基于 IS95 的 CdmaOne 技術(shù)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(yè)成功，并成為業(yè)界公認的過渡到未來 3G 的技術(shù)平臺。根據(jù)原始電信號的特征，基帶信號可分為數(shù)字基帶信號和模擬基帶信號，相應地，信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。第三，由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€接一個按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號，因而接收端必須有一個與發(fā)端相同的節(jié)拍，否則，就會因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。在以脈沖調(diào)制載波時，也有同樣現(xiàn)象產(chǎn)生。在這些工具箱里，除基本函數(shù)外，還有初等矩陣和矩陣變換、數(shù)值線形代數(shù)、多項式運算求根、函數(shù)求極限值、數(shù)據(jù)分析和傅立葉變換，已經(jīng)某些特殊的矩陣函數(shù)和數(shù)學函數(shù)等，這些函數(shù)都可以直接調(diào)用。 3 研究和仿真的要求 從調(diào)相技術(shù)的仿真出發(fā)，分析并比較各種調(diào)相技術(shù)的特性及設計方法，從而得出移動通信中調(diào)相技術(shù)的具體方案。 data_in=2*bit_in+1。 y(n)=zeros(1,8192)。 axis([0,640,])。我從圖書借回了一本厚度達 5 厘米的關于 MATLAB 軟件各種指令和函數(shù)的用法以及其實現(xiàn)功能的書，以后如果是函數(shù)和指令報錯，我便耐心的查閱書中的詳細的介紹，并耐心的研究書上所給出的具體例子。 PSK 信號的頻譜 由于 PSK 信號是隨機、功率型的信號，所以我們在研究頻譜特性時，應該研究它的功率譜密度。所以在理解了 QPSK 的調(diào)制解調(diào)原理之后，再著手用 MATLAB對 QPSK 進行仿真和研 究，就顯得稍微輕松了一點， PSK 仿真各部分的構(gòu)思和實踐，都能對 QPSK 的研究和仿真有借鑒作用。由于隨機產(chǎn)生的是 步長為 1 的離散基帶信號，串并變換就是要把奇次波和偶次波分開。在構(gòu)思 I、 Q 支路載波調(diào)制的程序?qū)崿F(xiàn)的時候，我發(fā)現(xiàn)了一個問題，就是使用圖 的二維桿圖的話并不如使用矩形波那樣能夠體現(xiàn) QPSK 調(diào)制解調(diào)經(jīng)過個步驟的波形變換。對于矩形波基帶數(shù)字信號，設其幅度為 S，碼元寬度為 sT ，則 s in() sS sfTW f AT fT??? （ ） 因而， QPSK 信號單邊功率譜為 22 00s in ( )() () sssf f TW f A T f f T?????? ????? （ ） （ 2） 對于 PSK，它的功率譜密度可以表示為 ? ?1( ) ( ) ( )4E S c S cP f P f f P f f? ? ? ? （ ） 由于 PSK 輸入的基帶信號為雙極性矩形基帶波形信號，故上式可表示為 ? ?222221( ) ( 1 ) 2 ( ) 2 ( )41 ( 1 2 ) ( 0 ) ( ) ( )4E s c cs c cP f f P P G f f G f ff P G f f f f????? ? ? ? ???? ? ? ? ? （ ） 若雙極性基帶波形信號的 ―1‖與 ―0‖出現(xiàn)概率相等（即 P=1/2），則式 變成 221( ) ( ) ( )4E s c cP f f G f f G f f??? ? ? ??? （ ） 又因為 g(t)的頻譜 G（ f）為 s in() ss sfTG f T fT??? （ ） 所以式 還可以寫成 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 22 頁 共 30 頁 22si n ( ) si n ( )()4 ( ) ( )s c s c sE c s c sT f f T f f TPf f f T f f T???????????? （ ） 由以上分析可以看出， PSK 的功率譜密度同樣由離散譜與連續(xù)譜兩部分組成，但當雙極性基帶信號以相等的概率（ P=1/2）出現(xiàn)時，將不存在離散譜 部分。 y3=y2.^2 y4=A.^2.*Ts.*y3。)。最常見的帶寬定義有： ① 3dB 帶寬。不會出現(xiàn) 180 度的相位跳變。 雖然 OQPSK 與 QPSK 信號的解調(diào)原理基本相同，主要是要求調(diào)制時 Q 支路信號在時間上偏移了 Tb/2，在解調(diào)時對 Q 支路信號抽樣判決時間比 I 支路延遲了 Tb/2。 OQPSK 克 服了 QPSK 的 180176。不同點在于它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開了半個碼元 周期。經(jīng)過這個畢業(yè)設計中的小波折，也給了我一個很大的教訓，就是看書一定要仔細，不能夠斷章取義。 legend(39。 x7=(Ts./4)*(x6+x5)。得到的信號波形如圖 示 圖 QPSK 解調(diào)過程中各步驟的波形圖 QPSK信號的性能 用 MATLAB 軟件編程實現(xiàn)了 QPSK 的調(diào)制解調(diào)后，它的性能如何呢？和 PSK 比較起來有那些性能上的差異，又有那些優(yōu)缺點呢？下面開始對 MATLAB 軟件對 QPSK 的性能進行研究和仿真。 Plot 指令 是用來畫平面線圖的，而 randint(1e3, 1, [0 1])產(chǎn)生的是離散的信息，通過在網(wǎng)上查閱資料、和同學探討，覺得應該用另一種畫圖方法來表示隨機產(chǎn)生的離散信息。 data_in=2*bit_in+1。常見的有兩種取值系統(tǒng)： 表 兩種系統(tǒng)的對應相位 /2? 系統(tǒng) 0 /2? ? 3/2? /4? 系統(tǒng) /4? 3/4? 5/4? 7 /4? 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 30 頁 （ a） /2? 系統(tǒng) (b) /4? 系統(tǒng) 圖 QPSK 星座圖 QPSK調(diào)制和解調(diào)方式 QPSK的調(diào)制和解調(diào)方式有多種，其中以正交調(diào)制方式和相干解調(diào)方式應用最為普遍，如圖 。其實我們很多同學都沒有發(fā)現(xiàn)閱覽室的好處，借此畢業(yè)設計機會，把這個經(jīng)驗和大家分享交流一下。編寫的程序在運行時 MATLAB 軟件報錯是時常有的事情，最常見的報錯是長度不匹配、步長不同步、和對一些指令和函數(shù)不理解導致使用出現(xiàn)錯誤。plot(n,x2)。 n=1:8192。由此可見， Simulink 是一個靈活性、功能性、擴展性較強的仿真平臺。因此，在 MATLAB 環(huán)境下，數(shù)組操作與數(shù)的操作一樣簡單。 圖 模擬信號數(shù)字化傳輸系統(tǒng) 調(diào)相技術(shù)的初步研究 在實際通信中，不少信道都不能直接傳送基帶信號，必須用基帶信號對載波波形的某些參量進行控制，即對基帶信號進行調(diào)制。 數(shù)字通信中存在以下突出問題：第一，數(shù)字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。但是，在通信模型構(gòu)造上還是非常復雜的，下圖是一個簡單的通信系統(tǒng)模型。 CDMA 系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復用系數(shù)高、抗多徑能力強、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α? 國內(nèi)外研究及發(fā)展情況 MATLAB 名字是由 MATrix和 LABoratory兩詞的前 3 個字母組合而成。 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(shù)，同時也可以調(diào)用 Toolbox 里的函數(shù)調(diào)用。然后深入分析了 PSK、 QPSK、 OQPSK的調(diào)制解調(diào)原理，熟悉了原理后，用 MATLAB編程和Simulink對它們進行仿真和研究。 Modulation and demodulation。在移動通信中，數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是關鍵技術(shù)，其中數(shù)字調(diào)相信號具有數(shù)字通信的諸多優(yōu)點 ,在數(shù)字移動通信中，廣泛使用它來傳送各種控制信息。其后 MATLAB 經(jīng)過多個版本的不斷改進， ―面向?qū)ο?‖的特點愈加突出，數(shù)據(jù)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(shù)的發(fā)展起到了相當大的推動作用。目前各國上報給國際電聯(lián)審批的所有 3G 提案中，絕大多數(shù)方案都是基于與 IS95CDMA 相近的 CDMA 技術(shù)。發(fā)送設備的基本功能是將信源信源 發(fā)送設備 信道 接收設備 信宿 噪聲源 桂林電子科技大學畢業(yè)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(chǎn)生的原始電信號（基帶信號）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘枴Ａ硗猓瑸榱吮硎鱿?nèi)容，基帶信號都是按消息特征進行編組的，于是，在收發(fā)之間一組組的編碼的規(guī)律也必須一致，否則接收時消息的真正內(nèi)容將無法恢復。但是，在一定的噪聲情況下，根據(jù)對載波的調(diào)制方法和解調(diào)方法的不同，誤碼的發(fā)生概率也不同。同時， MATLAB 支持用戶對其函數(shù)進行二次開發(fā)，用戶的程序可以作為新的函數(shù)添加到相應的工具箱中，擴充函數(shù)庫。數(shù)字 調(diào)相技術(shù)的研究與仿真 可以分解為各種調(diào)制技術(shù)（ PSK、 QPSK、 OQPSK 等）的調(diào)制解調(diào)原理和其理論實現(xiàn)方法，用 MATLAB 軟件實現(xiàn)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(tǒng)的調(diào)相技術(shù)。 data_in1=repmat(data_in39。z(m)=zeros(1,128)。grid subplot(2,1,2)。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。用 MATLAB 對 PSK 信號功率譜密度進行仿真的結(jié)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。 二進制基帶信號的產(chǎn)生方法在用 MATLAB對 PSK調(diào)制解調(diào)進行研究和仿真時已經(jīng)深有體會了，現(xiàn)在面臨第一個需要解決的問題就串并變換。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(xiàn)串并變換。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(xiàn)呢，這些問題就出現(xiàn)在我的腦海中。 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(xiàn)他們的功率譜波形，分析比較它們之間的差異以及優(yōu)缺點。 y5=10*log10(y4)。 程序運行后得到的圖形如圖 桂林電子科技大學畢業(yè)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(diào)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。功率譜中比峰值低 3dB 的兩個頻率的間隔。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(xiàn)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(yōu)于 QPSK 的頻譜利用性能。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(xiàn)，后來畢業(yè)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。故 OQPSK 性能優(yōu)于 QPSK。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(diào)制。后來我再查閱參考文獻的時候發(fā)現(xiàn)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。)。 x6=abs(x4).^2。從解調(diào)原理圖可以看出，要實現(xiàn) QPSK 解調(diào)，首先要實現(xiàn)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(zhuǎn)換，就可以得到 QPSK 解調(diào)信號。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。 bit_Q = bit_in(2:2:1e3)。 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