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.com

　 　

【正文】 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。 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。 OQPSK 克 服了 QPSK 的 180176。 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。對于矩形基帶脈沖， OQPSK 和 QPSK 有相同的功率譜形狀。不會出現 180 度的相位跳變。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。主瓣寬度就是 ? =1 時的滾降帶寬。 ③ 等效噪聲帶寬。最常見的帶寬定義有： ① 3dB 帶寬。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。我聽后一頭霧水，兩個圖形明顯不同，怎么會都是對 的呢。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。)。 legend(39。)。)。 y3=y2.^2 y4=A.^2.*Ts.*y3。 x7=(Ts./4)*(x6+x5)。 x3=x1./(pi.*(f+fc).*Ts)。 A=1。對于矩形波基帶數字信號，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。得到的信號波形如圖 示 圖 QPSK 解調過程中各步驟的波形圖 QPSK信號的性能 用 MATLAB 軟件編程實現了 QPSK 的調制解調后，它的性能如何呢？和 PSK 比較起來有那些性能上的差異，又有那些優缺點呢？下面開始對 MATLAB 軟件對 QPSK 的性能進行研究和仿真。我首先考慮的就是如何在 I、 Q 支路載波中實現載波的 90 度相位差，在調試過程中，我 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 30 頁 發現 cos 函數和 sin函數就剛好 有 90 度的相位差。有了確定的想法后，馬上動手去查閱資料，和同學討論，找指導老師答疑都是必要的，最重要的就是過后要把資料和想法匯總，上機調試，用實際的編程實現驗證自己的想法到底行不行得通。在構思 I、 Q 支路載波調制的程序實現的時候，我發現了一個問題，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 QPSK 調制解調經過個步驟的波形變換。 Plot 指令 是用來畫平面線圖的，而 randint(1e3, 1, [0 1])產生的是離散的信息，通過在網上查閱資料、和同學探討，覺得應該用另一種畫圖方法來表示隨機產生的離散信息。由于有了前面的經驗，我冷靜下來，仔細演算了我的程序，覺得它確實是應該能夠實現串并變換的，怎么會得出這么奇怪的波形呢。 由于隨機產生的是 0、 1 基帶信號，而我們希望 QPSK 的基帶信號最好能是雙極性的，所以 data_in=2*bit_in+1 就是實現把隨機產生的 0、 1 基帶信號變換成隨機產生的+ 1 信號。由于隨機產生的是 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。 data_in=2*bit_in+1。 首先面臨的一個問題就是串并變換，經過反復的嘗試，最終找到一種比較簡單易懂的 MATLAB 語句實現了串并變換。這樣的調制方法能夠體現出四進制 00、 0 11 對應載波相位的不同變化，編程仿真后得到的波形如圖 示 圖 QPSK 調制波形圖 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 17 頁 共 30 頁 在圖 ，能夠用不同的波形體現出 0、 3 的不同相位變化，但是沒有體現粗 QPSK 調制解調原理中的串并變換，并且進行 QPSK 調制后，解調也發生了困難，難以編寫解調程序。所以在理解了 QPSK 的調制解調原理之后，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 仿真各部分的構思和實踐，都能對 QPSK 的研究和仿真有借鑒作用。常見的有兩種取值系統： 表 兩種系統的對應相位 /2? 系統 0 /2? ? 3/2? /4? 系統 /4? 3/4? 5/4? 7 /4? 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 30 頁 （ a） /2? 系統 (b) /4? 系統 圖 QPSK 星座圖 QPSK調制和解調方式 QPSK的調制和解調方式有多種，其中以正交調制方式和相干解調方式應用最為普遍，如圖 。由于正弦函數和余弦函數的互補特性，對應于的四種取值，譬如 π / 4 ,3π / 4 ,5π / 4 , 7π / 4 ， 其幅度與只有兩種取值，即 177。我們把組成雙比特碼元的前一信息比特用 a代表，后一個信息比特用 b代表。 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。其實我們很多同學都沒有發現閱覽室的好處，借此畢業設計機會，把這個經驗和大家分享交流一下。其實在我剛開始到圖書館時，遇到了很多同學都會遇到的問題，就是很多自己想要的書都已經被借出了。我發現這樣是很有效率的，因為我發現和別人討論時除了可以借鑒別人好的想法，還會使得自己的頭腦也特別活躍，這樣在討論中也許一籌莫展的難題也許自己就能想到解決的辦法。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的用法以及其實現功能的書，以后如果是函數和指令報錯，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。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不理解導致使用出現錯誤。在對比各 種參考資料之后，按照解調框圖，開始編寫程序并調試，把整個調制解調過程連接起來，得到的波形如圖 所示 圖 PSK 調制解調波形圖 完成了用 MATLAB 軟件編程實現 PSK 的調制解調之后，我開始思考能不能用Simulink仿真模塊來顯示真個調制解調的過程。PSK 已調信號 39。 axis([0,640,])。plot(n,x2)。 x0=cos(n.**)。)=z(m)。 y(n)=zeros(1,8192)。 n=1:8192。 xrc=+*cos(pi*f)。為 data_in的共軛轉置 for i=1:1e4 data_in2(i)=data_in1(i)。 data_in=2*bit_in+1。 查閱資料 掌握原理 學習MATLAB MATLAB 仿真研究 Simulink 建 模 理論和實際相比較 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 30 頁 PSK信號的調制解調及其原理 PSK方式是受鍵控的載波相位按基帶脈沖而改變的一種數字調制方式， PSK的信號形式一般表示為 0 ( ) [ ( ) ] c o sne t a g t n Ts w t??? （ ） 其中 na 的統計特性為 +1和 1的概率分別為 P和 1P， 這就是說在其一碼元持續時間 ST內觀察時， 0()et為 cos cwt 和 cos cwt? 的概率分別為 P和 1P。用 Simulink 演示 PSK、 QPSK、 OQPSK 的頻譜和星座圖。 3 研究和仿真的要求 從調相技術的仿真出發，分析并比較各種調相技術的特性及設計方法，從而得出移動通信中調相技術的具體方案。由此可見， Simulink 是一個靈活性、功能性、擴展性較強的仿真平臺。 Simulink 可以用于模擬線性、非線性系統，連續 系統、非連續系統，同時適用于混合系統。 （ 4）繪圖功能強大 MATLAB 具有強大的二維、三維繪圖功能。在這些工具箱里，除基本函數外，還有初等矩陣和矩陣變換、數值線形代數、多項式運算求根、函數求極限值、數據分析和傅立葉變換，已經某些特殊的矩陣函數和數學函數等，這些函數都可以直接調用。因此，在 MATLAB 環境下，數組操作與數的操作一樣簡單。本設計重點對 PSK、DPSK、 QPSK三種方式進行研究和仿真。它們分別對應于用正弦波 的幅度、頻率和相位來傳遞數字基帶信號。在以脈沖調制載波時，也有同樣現象產生。 圖 模擬信號數字化傳輸系統 調相技術的初步研究 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制。 圖 數字基帶傳輸系統模型 圖 中基帶信號形成器可能包括編碼器、加密器以及波形變換等，接收濾波器亦可能包括譯碼器、解密器等。 圖 數字頻帶通信系統的模型 信 源 加密器 編碼器 調制器 信道 解調器 譯碼器 解密器 信 宿 噪聲源 同步 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 30 頁 圖 中調制器 / 解調器、加密器 / 解密器、編碼器 / 譯碼器等環節，在具體通信系統中是否全部采用，這要取決于具體設計條件和要求。第三，由于數字通信傳輸的是一個接一個按一定節拍傳送的數字信號，因而接收端必須有一個與發端相同的節拍，否則，就會因收發步調不一致而造成混亂。 數字通信中存在以下突出問題：第一，數字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。 圖 給出的是通信系統的一般模型，按照信道中所傳信號的形式不同，可進一步具體化為模 擬通信系統和數字通信系統。圖中的噪聲源，是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統中其它各處噪聲的集合。根據原始電信號的特征