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-資料下載頁

【導讀】在日常的生活中，通信是人們用來傳遞信息的方式。隨著數字系統的飛速發展,對。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。本文首先介紹了通信系統的組成、MATLAB的使用以及Simulink模塊的組建。本設計主要實現PSK、QPSK、OQPSK調制解調過程。的巨大作用是不容質疑的。移動通信可以說從1897M·G·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。信的發展走過了一段很漫長的路程。通信信號處理方式也從模擬向數字通信轉變。通信系統已經由單一的硬件系統轉向與軟件的結合。比較優秀而且得到廣大技術人員認可的有MATLAB。Labotratory的縮寫，最初由美國CleveMoler博士在20世紀70年代末講授。免去大量經常重復的矩陣運算和基本數學運算等煩瑣的編程工作。

　　

【正文】 f 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）出現時，將不存在離散譜 部分。 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。 QPSK 與 PSK 的功率譜 MATLAB 軟件比較程序如下 f=[0::150]。 fc=10。 A=1。 Ts=1。 %PSK 功率譜密度 x1=sin(pi.*(f+fc).*Ts)。 x2=sin(pi.*(ffc).*Ts)。 x3=x1./(pi.*(f+fc).*Ts)。 x4=x2./(pi.*(ffc).*Ts)。 x5=abs(x3).^2。 x6=abs(x4).^2。 x7=(Ts./4)*(x6+x5)。 x8=10*log10(x7)。 %QPSK 功率譜密度 y1=sin(2*pi.*(ffc).*Ts)。 y2=y1./(2*pi.*(ffc).*Ts)。 y3=y2.^2 y4=A.^2.*Ts.*y3。 y5=10*log10(y4)。 plot(f,y5,f,x8,39。r39。)。 axis([0,20,40,5])。 xlabel(39。fc39。)。 ylabel(39。功率譜密度 (dB)39。)。 legend(39。qpsk 的功率譜 39。,39。psk 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。是 不是我的 MATLAB 仿真程序編寫錯了呢。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。那問題出在那里呢？是不是參考文獻上面的圖畫錯了呢，這應該也不太可能。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。老師聽我說明情況，并看了我用 MATLAB 軟件遍寫的程序，看完后，他笑了。他說我的仿真結果是對的，書上的功率譜圖形也是對的。我聽后一頭霧水，兩個圖形明顯不同，怎么會都是對 的呢。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。聽完老師的敘述，令我茅塞頓開，原來是我自己看書不夠仔細。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。經過這個畢業設計中的小波折，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。 從圖 的 QPSK 功率譜比 PSK 功率譜窄一半。串并變換使 QPSK 的碼元 寬度為PSK 的兩倍。 帶寬的定義不是唯一的，可以根據使用要求認為的確定。最常見的帶寬定義有： ① 3dB 帶寬。功率譜中比峰值低 3dB 的兩個頻率的間隔。 ② 主瓣帶寬。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。 ③ 等效噪聲帶寬。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。 ④ 滾降帶寬。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。主瓣寬度就是 ? =1 時的滾降帶寬。 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。 QPSK 的 Simulink仿真模型如圖 示 圖 QPSK 的 Simulink 仿真模型 該仿真模型為運行后的仿真結果，從模型中的 Display1 我們可以讀出 QPSK 的誤碼率為 %，該誤碼率是在性噪比 SNR=5dB 是計算出來的，模型中功率譜如圖 所示，星座圖如圖 所示 圖 圖 OQPSK信號的調制解調及其原理 OQPSK 是在 QPSK 基礎上發展起來的一種恒包絡數字調制技術，是 QPSK 的改進型， 也稱為偏移四相相移鍵控 (offsetQPSK)，有時又稱為參差四相相移鍵控 (SQPSK)或雙二 相相移鍵控 (DoubleQPSK)等。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。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。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。因此， OQPSK 信號相位只能跳變 0176。，土 90176。，不會出現 180 度的相位跳變。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。 OQPSK 比 QPSK 的另一個優點是接收端容易恢復比特同步，因為它有頻繁的相位 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 25 頁 共 30 頁 變化。 OQPSK 和 QPSK 有相同的誤比特性能。對于矩形基帶脈沖， OQPSK 和 QPSK 有相同的功率譜形狀。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。在多逕衰落信道下，相干載波恢復困難，相干檢測往往導致比非相干檢測性能更差。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 與 QPSK 信號的解調原理基本相同，且具有相同的功率譜，但兩種調制解調的差別在于對 Q 支路信號抽樣判決時間比 I 支路延遲了 Tb/2，這是因為在調制時 Q 支路信號在時間上偏移了 Tb/2，所以抽樣判決時刻也應偏移了 Tb/2，以保證對兩支路交錯抽樣。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 )。頻帶受限的 OQPSK 信號，包絡起伏比頻帶受限的 QPSK 信號小，經限幅放大后頻譜展寬也少。故 OQPSK 性能優于 QPSK。 OQPSK 克 服了 QPSK 的 180176。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。但是當碼元轉換時，相位變化不連續，存在 90176。的相位跳變，因而高頻滾降慢，使得頻帶較寬。 雖然 OQPSK 與 QPSK 信號的解調原理基本相同，主要是要求調制時 Q 支路信號在時間上偏移了 Tb/2，在解調時對 Q 支路信號抽樣判決時間比 I 支路延遲了 Tb/2。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。 經過一段時間的調試測試，得到 OQPSK 的 Simulink模塊如圖 所示 圖 QPSK 的 Simulink 仿真模型 該仿真模型為運行后的仿真結果，從模型中的 Display 我們可以讀出 OQPSK 的誤碼率為 %，該誤碼率是在性噪比 SNR=5dB 是計算出來的，模型中功率譜如圖 所示，星座圖如圖 所示 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 26 頁 共 30 頁 圖 圖 5 PSK、 QPSK、 OQPSK三種調制解調方式的比較 完成三種調制解調的仿真和研究后，下面開始著手對它們在相同情況下的性能差異。 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。從中我們可以看出，在信道環境很差的情況下誤碼率性能最好的是 OQPSK，其次是 QPSK，最差的是 PSK；在信道環境一般的餓情況下 QPSK 和 OQPSK 的誤碼率性能是差不多的，在這種情況下應該選擇那種調制解調方式就要看對其他性能的要求了。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。 不同性噪比下星座圖的比較 （ 1） PSK 分別在 SNR==0dB、 SNR==10dB、 SNR==20dB 的星座圖如圖 、 、 所示 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 27 頁 共 30 頁 圖 SNR==0dB 的星座圖 圖 SNR==10dB 的星座圖 圖 SNR==20dB 的星座圖 （ 2） QPSK 分別在 SNR==0dB、 SNR==10dB、 SNR==20dB 的星座圖如圖 、 所示 圖 SNR==0dB的星座圖 圖 SNR==10dB 的星座圖 圖 SNR==20dB的星