基于matlab的移動(dòng)通信中數(shù)字調(diào)相技術(shù)的研究與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料

　　

【正文】 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁(yè) 共 30 頁(yè) 圖 PSK 調(diào)制解調(diào)的 Simulink 仿真模塊 在整個(gè)程序的調(diào)試過(guò)程中，遇到了很多困難。通過(guò)查閱資料，發(fā)現(xiàn) Simulink仿真模塊中甚至可以動(dòng)態(tài)的仿真調(diào)制解調(diào)的整個(gè)過(guò)程，對(duì)仿真和研究是非常有意義的，于是我開(kāi)始上機(jī)嘗試調(diào)試 Simulink模塊。grid 運(yùn)行后得到的波形如圖 所示 圖 PSK 波形 調(diào)制完成之后，開(kāi)始考慮解調(diào)。)。title(39。grid subplot(2,1,2)。)。title(39。 figure(1) subplot(2,1,1)。 x1=cos(n.**+pi)。 x2=rm2。 end end end end n=1:8192。 if m==ceil(n/64) y([(64*m63):(64*m)]39。z(m)=zeros(1,128)。x=[x(n)]39。 m=1:128。如下面的程序也能實(shí)現(xiàn)PSK 調(diào)制，但是調(diào)制后的波形不是很理想。 data_in2_rc=conv(data_in2,xrc)/。 f=0::1。 end。%data_in39。 data_in1=repmat(data_in39。 剛剛開(kāi)始上機(jī)調(diào)試遇到一些困難在所難免，經(jīng)過(guò)我反復(fù)的調(diào)試和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)用如下的語(yǔ)句可以解決以上兩個(gè)困難： bit_in = randint(1e3, 1, [0 1])。 開(kāi)關(guān) 載波 ~~ 移相 ? 基帶 信號(hào) 得到 PSK已調(diào)信號(hào) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁(yè) 共 30 頁(yè) MATLAB 編程語(yǔ)言在通信系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用，但是面對(duì)第一個(gè)問(wèn)題隨機(jī)基帶信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)由于經(jīng)驗(yàn)不足，還是遇到了兩個(gè)困難： （ 1） 用 randint函數(shù)產(chǎn)生隨機(jī)的基帶 信號(hào)時(shí)如果用 randint(1e3, 1, [0 1])這句指令的話(huà)產(chǎn)生的是隨機(jī)的 0， 1 信號(hào)，而在 PSK 調(diào)制中，我們希望基帶信號(hào)是雙極性的，也就是說(shuō)希望能夠產(chǎn)生隨機(jī)的 1， +1 信號(hào)。 。 其調(diào)制方框圖如圖 圖 PSK 的調(diào)制方框圖 對(duì)于 PSK 信號(hào)的解調(diào)，可采用相干解調(diào)和差分相干解調(diào)，其解調(diào)方框圖如圖 所示 (a) （ b） 圖 PSK 的解調(diào)框圖 （ a）相干解調(diào)；（ b）差分相干解調(diào) 從 PSK 的調(diào)制解調(diào)框圖看，實(shí)現(xiàn)的原理并不是很困難，在深入體會(huì)它的原理之后，我便開(kāi)始用 MATLAB 軟件上機(jī)調(diào)試。 課題的主要工作流程 4 研究和仿真的構(gòu)思和理論 由于 PSK的原理相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方法也相對(duì)容易，所以本設(shè)計(jì) 先從 PSK入手，深入理解 PSK的調(diào)制解調(diào)原理后，循序漸進(jìn)，仿真 QPSK和 OQPSK的調(diào)制解調(diào)，研究它們的性能差異以及實(shí)際應(yīng)用。嘗試用不同的方法得到 PSK、 QPSK、 OQPSK 這幾種調(diào)制方式的已調(diào)信號(hào)。 研究和仿真的任務(wù) 對(duì) PSK、 QPSK、 OQPSK 的調(diào)制解調(diào)原理深入的分析研究，用 MATLAB 編程對(duì) PSK、QPSK、 OQPSK 的各步驟波形的變化和實(shí)現(xiàn)過(guò)程 具體演示出來(lái)，并對(duì)它們的性能差異進(jìn)行比較。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(shí)現(xiàn)方法，用 MATLAB 軟件實(shí)現(xiàn)仿真，通過(guò)星座圖、頻譜 利用率、誤碼率分析等全面研究移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)相技術(shù)。 SIMULINK 提供的通信系統(tǒng)仿真模塊（ Communication Blocket） ,主要用于在移動(dòng)通信系統(tǒng)的建模和仿真的應(yīng)用。 版本提供 了 20 多個(gè)仿真模型庫(kù)，內(nèi)容覆蓋了通信仿真，數(shù)字信號(hào)處理，模糊邏輯，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。用戶(hù)可以通過(guò)編輯自己的功能程序，然后使用 Simulink 提供的 SFUNCTION 模塊對(duì)其進(jìn)行調(diào)用，從而獲得具有自編程序功能的新的 Simulink 模塊。并且 提供了圖形動(dòng)畫(huà)處理方法，以使用戶(hù)可以較為直觀的觀察到整個(gè)仿真過(guò)程。其采用了模塊組合的方法來(lái)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，可以比較快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的建模仿真。在程序的運(yùn)行過(guò)程中，可以方便迅速地用圖形、圖象、聲音、動(dòng)畫(huà)等多媒體技術(shù)直接表述數(shù)值計(jì)算結(jié)果，可以選擇不同坐標(biāo)系，可以設(shè)置顏色、線(xiàn)型、視角等。函數(shù)可以是數(shù)學(xué)上的函數(shù)，也可以是程序塊或子程序，十分豐富，而且便于調(diào)試。同時(shí)， MATLAB 支持用戶(hù)對(duì)其函數(shù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，用戶(hù)的程序可以作為新的函數(shù)添加到相應(yīng)的工具箱中，擴(kuò)充函數(shù)庫(kù)。 Math Works 公司針對(duì)不同領(lǐng) 域的應(yīng)用，推出了自動(dòng)控制、信號(hào)處理、圖象處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、通信、最優(yōu)化、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、偏微分方程、財(cái)政金融等 30 多個(gè)具有專(zhuān)門(mén)功能 MATLAB 工具箱。這使得計(jì)算機(jī)兼?zhèn)涓呒?jí)計(jì)算機(jī)的功能，使用十分方便。 （ 1）編程簡(jiǎn)潔，效率高 矩陣和向量運(yùn)算是工程數(shù)學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)， MATLAB 是一種以矩陣為基本變量單元的可視化的程序語(yǔ)言，其基本數(shù)據(jù)單元是既不需要指定維數(shù)、也不需要說(shuō)明數(shù)據(jù)類(lèi)型的矩陣，而且數(shù)學(xué)表達(dá)形式和運(yùn)算規(guī)則與通常的習(xí)慣相同。 MATLAB和 Simulink簡(jiǎn)要介紹 MATLAB 的由來(lái)及其發(fā)展在 小節(jié)中已經(jīng)做了介紹，這里不在重述。相移鍵控有很多方式，如 PSK、 DPSK、 QPSK、 OQPSK、 pi/4DQPSK等。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)時(shí)，該調(diào)制稱(chēng) 為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。 數(shù) 字調(diào)制方式有三種：幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。但是，在一定的噪聲情況下，根據(jù)對(duì)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。在傳輸脈沖時(shí)，傳輸系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，如果其幅度為反極性并超過(guò)脈沖的幅度，則產(chǎn)生誤碼。 調(diào)制即是按照調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）的變化規(guī)律去改變載波某 些參數(shù)的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)南到y(tǒng)如圖 所示。 （ 3） 模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng) 上面論述的數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源輸出的信號(hào)均為數(shù)字基帶信號(hào)，實(shí)際上，在日常生活中大部分信號(hào)（如 語(yǔ)音信號(hào)）為連續(xù)變化的模擬信號(hào)。 （ 2） 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng) 與頻帶傳輸系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，我們把沒(méi)有調(diào)制器 / 解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，如圖 所示。但在一個(gè)系統(tǒng)中，如果發(fā)端有調(diào)制 / 加密 / 編碼，則收端必須有解調(diào) / 解密 / 譯碼。 綜上所述，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)模型一般可用圖 表示。另外，為了表述消息內(nèi)容，基帶信號(hào)都是按消息特征進(jìn)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(shí)消息的真正內(nèi)容將無(wú)法恢復(fù)。第二，當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)保密通信時(shí)，可對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行 人為 ―擾亂 ‖（ 加密），此時(shí)在收端就必須進(jìn)行解密。這是通過(guò)所謂的差錯(cuò)控制編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 （ 1） 數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng) 數(shù)字通信的基本特征是，它的消息或信號(hào) 具有 ―離散 ‖或 ―數(shù)字 ‖的 特性，從而使數(shù)字通信具有許多特殊的問(wèn)題。 數(shù)字通信系統(tǒng) 信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，稱(chēng)為數(shù)字通信系統(tǒng)。 信宿（也稱(chēng)受信者或收終端）是將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，如電話(huà)機(jī)將對(duì)方傳來(lái)的電信號(hào)還原成了聲音。 在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。 信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃梢允怯芯€(xiàn)的，也可以是無(wú)線(xiàn)的，甚至還可以包含某些設(shè)備。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源信源 發(fā)送設(shè)備 信道 接收設(shè)備 信宿 噪聲源 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁(yè) 共 30 頁(yè) 和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。所謂基帶信號(hào)是指沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制（進(jìn)行頻譜搬移和變換）的原始電信號(hào)，其特點(diǎn)是信號(hào)頻譜從零頻附近開(kāi)始，具有低通形式。 圖 簡(jiǎn)單通信系統(tǒng)一般模型 圖 中，信源（信息源，也稱(chēng)發(fā)終端）的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如電話(huà) 系統(tǒng)中電話(huà)機(jī)可看成是信源。 從表面上看來(lái)，通信就是將信息從發(fā)送端發(fā)送出去，從接收端獲取信息。而傳遞消息的方式可以有多種，根據(jù)其發(fā)展先后我們可以分為電報(bào)、電話(huà)、傳真、數(shù)據(jù)傳輸以及發(fā)展到現(xiàn)在的可視電話(huà)等。 通信系統(tǒng)的組成 通信的目的是傳輸消息。 2 通信系統(tǒng)和調(diào)相信號(hào)研究及 MATLAB簡(jiǎn)介 信息的高度發(fā)展給整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、文化、科研、教育帶來(lái)了很大的變革，它推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展，給人們的工作學(xué)習(xí)還有生活帶來(lái)許多的便利。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)（ 2PSK、 QPSK、 OQPSK 等）的調(diào)制解調(diào)原理和其理論實(shí)現(xiàn)方法，用MATLAB 軟件實(shí)現(xiàn)仿真，通過(guò)星座圖、頻譜利用率、誤碼率分析等全面研究移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)相技術(shù)。目前各國(guó)上報(bào)給國(guó)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)。通過(guò)研究，在 IS95 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上不斷推出新標(biāo)準(zhǔn)。 在第二代通信系統(tǒng)中，使用 QPSK、 OQPSK 做為調(diào)制解調(diào)技術(shù)的 IS95 系統(tǒng)以其高語(yǔ)音質(zhì)量、穩(wěn)定的性能及空中接口的大容量在世界各地廣泛配置。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用時(shí)分多址 (TDMA)的數(shù)字調(diào)制方式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨(dú)立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大為改善，但 TDMA的系統(tǒng)容量仍然有限，越區(qū)切換性能仍不完善。 在當(dāng)代移動(dòng)通信中，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（ 3G）已成為目前通信業(yè)的研究熱點(diǎn)。目前正在研究的數(shù)字調(diào)制方式有緩變調(diào)頻 (TFM)、相干移相鍵控 (CPSK)、 四相移相鍵控 (QPSK)、高斯最小移頻健控 (GMSK)及網(wǎng)格編 (TCM)調(diào)制方案等，選擇適用于具體的移動(dòng)和個(gè)人通信系統(tǒng)的調(diào)制方案，要依賴(lài)于許多因素，如譜效率特性與同波道干擾的關(guān)系、多載波比特率的支持、接收機(jī)靈敏度等。現(xiàn)在，我國(guó)教育科研部門(mén)對(duì) MATLAB 的地位和重要作用也逐漸達(dá)成了共識(shí)，尤其是在硬件設(shè)施有限、科研經(jīng)費(fèi)不足的情況下， MATLAB 的廣泛應(yīng)用必將大大提升我國(guó)科教事業(yè)的基礎(chǔ)研究水平。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(shí)間集中到解決科學(xué)問(wèn)題、提出和驗(yàn)證創(chuàng)新思 想和算法上來(lái)。其后 MATLAB 經(jīng)過(guò)多個(gè)版本的不斷改進(jìn)， ―面向?qū)ο?‖的特點(diǎn)愈加突出，數(shù)據(jù)類(lèi)型愈加豐富，操做界面愈加友善，在很多科技領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到了相當(dāng)大的推動(dòng)作用。 MATLAB 以商品形式出現(xiàn)后短短幾年，就以其良好的 開(kāi)放性和運(yùn)行的可靠性，使原先在控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包紛紛淘汰，而改在 MATLAB 平臺(tái)上重建。 20 世紀(jì) 70年代后期，時(shí)任美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任 的 Cleve Moler 教授出于減輕學(xué)生編程負(fù)擔(dān)的動(dòng)機(jī)，為學(xué)生設(shè)計(jì)了一組調(diào)用 LINPACK 和 EISPACK 庫(kù)程序的 ―通俗易用 ‖的接口，此即用 FORTRAN 編寫(xiě)的萌芽狀態(tài)的 MATLAB。在本課題中，用國(guó)際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)仿真軟件 MATLAB 來(lái)仿真移動(dòng)通信系統(tǒng)各種數(shù)字 調(diào)制解調(diào)技術(shù)中，具有數(shù)字通信的諸多優(yōu)點(diǎn) ,廣泛使用它來(lái)傳送各種控制信息的數(shù)字調(diào)相信號(hào)，比較不同調(diào)相計(jì)術(shù)之間的性能差異。通信仿真技術(shù)是通過(guò)在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造虛擬的環(huán)境來(lái)反映現(xiàn)實(shí)的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 , 模擬現(xiàn)實(shí)中的通信網(wǎng)絡(luò)行為 , 從而可以有效提高通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的可靠性和準(zhǔn)確性 , 明顯降低通信系統(tǒng)的投資風(fēng)險(xiǎn) , 減少不必要的投資浪費(fèi)。 要規(guī)劃和設(shè)計(jì)一個(gè)性能完善的通信系統(tǒng) ,光靠理論計(jì)算或憑個(gè)人的組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)是無(wú)法完成的。隨著通信技術(shù)的發(fā)展 , 通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和規(guī)模越來(lái)越復(fù)雜 , 基于通信系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越多樣化 , 單純地依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行通信系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)、通信設(shè)備的研發(fā) 以及通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開(kāi)發(fā) , 已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代通信的發(fā)展需要。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁(yè) 共 30 頁(yè) 1 緒論 課題研究的意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)已經(jīng)日益成為現(xiàn)代各領(lǐng)域，特別是理工科各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行科學(xué)探索、系統(tǒng)可行性研究和工程設(shè)計(jì)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。在移動(dòng)通信中，數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，其中數(shù)字調(diào)相信號(hào)具有數(shù)字通信的諸多優(yōu)點(diǎn) ,在數(shù)字移動(dòng)通信中，廣泛使用它來(lái)傳送各種控制信息。 現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展是以多種先進(jìn)的通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。 MATLAB等優(yōu)秀軟件使仿真技術(shù)得到很好的應(yīng)用。 MATLAB 是 Matrix Labotratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室 )的縮寫(xiě)，最初由美國(guó) Cleve Moler博士在 20 世紀(jì) 70 年代末講授矩陣?yán)碚摵蛿?shù)據(jù)分析等課程編寫(xiě)的軟件包 Linkpack 與 Eispack 組成，旨在使使應(yīng)用人員免去大量經(jīng)常重復(fù)的矩陣運(yùn)算和基本數(shù)學(xué)運(yùn)算等煩瑣的編程工作。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)處理方面硬件設(shè)計(jì)與專(zhuān)業(yè)軟件設(shè)計(jì)結(jié)合日趨緊密，已經(jīng)有一些公司開(kāi)發(fā)