基于matlab的移動通信中數(shù)字調(diào)相技術的研究與仿真畢業(yè)設計-在線瀏覽

　　

【正文】 信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)、模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)。 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。于是，就需要在發(fā)送 端增加一個編碼器，而在接收端相應需要一個解碼器。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。在數(shù)字通信中，稱節(jié)拍一致 為 ―位同步 ‖或 ―碼元同步 ‖，而稱編組一致為 ―群同步 ‖或 ―幀同步 ‖，故數(shù)字通信中還必須有 ―同步 ‖這個 重要問題。 圖 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的模型 信 源 加密器 編碼器 調(diào)制器 信道 解調(diào)器 譯碼器 解密器 信 宿 噪聲源 同步 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 30 頁 圖 中調(diào)制器 / 解調(diào)器、加密器 / 解密器、編碼器 / 譯碼器等環(huán)節(jié)，在具體通信系統(tǒng)中是否全部采用，這要取決于具體設計條件和要求。通常把有調(diào)制器 / 解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字頻帶傳輸通信 系統(tǒng)。 圖 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)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。那么要實現(xiàn)模擬信號在數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸，則必須在發(fā)端將模擬信號數(shù)字化，即進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在接收端需進行相反的轉(zhuǎn)換，即 D/A 轉(zhuǎn)換。 圖 模擬信號數(shù)字化傳輸系統(tǒng) 調(diào)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(diào)制。調(diào)制不僅可以對被調(diào)制信號進行頻譜搬移和擴頻，而且對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有很大影響，因此，調(diào)制方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。在以脈沖調(diào)制載波時，也有同樣現(xiàn)象產(chǎn)生。一般，數(shù)字調(diào)制方式的選擇往往是頻帶利用率、誤比特率、 Eb/n0（或 S/N）和設備實現(xiàn)復雜性等模 擬 信息源 由抽樣、量化、編碼組成的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù) /模轉(zhuǎn)換 器 受信者 信源 基帶 信號 形成 器 信道 接收 濾波 器 抽樣 判決 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 7 頁 共 30 頁 因素綜合考慮的結果，必須根據(jù)具體使用條件進行比較才能做出判斷。它們分別對應于用正弦波 的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號。而當調(diào)制信號為多進制數(shù)字信號時，則稱為多進制數(shù)字調(diào)制。本設計重點對 PSK、DPSK、 QPSK三種方式進行研究和仿真。下面簡要介紹一下 MATLAB 的幾個重要特點。因此，在 MATLAB 環(huán)境下，數(shù)組操作與數(shù)的操作一樣簡單。 （ 2）擴展功能強大 MATLAB 語言不但提供了科學計算，數(shù)據(jù)分析與可視化，系統(tǒng)仿真等強大功能，而且還具有擴展的特征。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）語言簡單 MATLAB 語言中最基本、最重要的成 分是函數(shù)。 （ 4）繪圖功能強大 MATLAB 具有強大的二維、三維繪圖功能。 Simulink 是 MATLAB 的附加組件，為用戶提供了一個建模與仿真平臺。 Simulink 可以用于模擬線性、非線性系統(tǒng)，連續(xù) 系統(tǒng)、非連續(xù)系統(tǒng)，同時適用于混合系統(tǒng)。 Simulink 還提供了一種供用戶進行功能擴展的函數(shù)規(guī)則 —S 函數(shù)， S 函數(shù)可以 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 30 頁 是一個 C 文件、 M 文件、 C＋＋文件或其它的高級語言文件。由此可見， Simulink 是一個靈活性、功能性、擴展性較強的仿真平臺。機械控制和虛擬實現(xiàn)等。 3 研究和仿真的要求 從調(diào)相技術的仿真出發(fā)，分析并比較各種調(diào)相技術的特性及設計方法，從而得出移動通信中調(diào)相技術的具體方案。 要求以數(shù)字調(diào)制技術為基本理論，分析幾種常用的調(diào)相技術，進行初步的設計計算，然后通過 MATLAB 和 Simulink仿真調(diào)相信號，進行參數(shù)的設置和調(diào)整，要求獲得各種調(diào)相信號的波形和軟件編程方法，對其進行數(shù)據(jù)分析，得出現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)中采用何種調(diào)制方式的理論依據(jù)，分析其選用的調(diào)相技術的優(yōu)越性及不足。用 Simulink 演示 PSK、 QPSK、 OQPSK 的頻譜和星座圖。 研究和仿真的技術要求 要求能在對 PSK、 QPSK、 OQPSK 的調(diào)制解調(diào)的時候考慮不同性噪比的影響，在低性噪比的情況下要求保證誤碼率的合理性。 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(yè)設計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 30 頁 PSK信號的調(diào)制解調(diào)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(shù)字調(diào)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(tǒng)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(xù)時間 ST內(nèi)觀察時， 0()et為 cos cwt 和 cos cwt? 的概率分別為 P和 1P。雖然在開始調(diào)試之前，我已經(jīng)初步了解了一些PSK 已調(diào)信號 帶通濾波 器 遲延 器 bT 低通濾波 器 抽樣判決 器 解調(diào)后信號 抽樣時鐘 PSK 已調(diào)信號 帶通濾波 器 cos cwt 低通濾波 器 抽樣判決 器 解調(diào)后信號 抽樣時鐘 。 （ 2） 產(chǎn)生的是離散的信號，如何把它以矩形波的形式畫出來以便在調(diào)制解調(diào)中個步驟做更好的波形對比變化。 data_in=2*bit_in+1。,20,1)。為 data_in的共軛轉(zhuǎn)置 for i=1:1e4 data_in2(i)=data_in1(i)。 t=0::。 xrc=+*cos(pi*f)。 在調(diào)制的過程中，我嘗試用多種方法去實現(xiàn) PSK 的調(diào)制。 n=1:8192。x(n)=randint(1,8192,2)。 y(n)=zeros(1,8192)。 for n=1:8192 for m=1:128 if n==64*m63 z(m)=x(n)。)=z(m)。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 30 頁 rm2=y(n)。 x0=cos(n.**)。 x=x1.*x2+x0.*~x2。plot(n,x2)?；鶐盘?39。 axis([0,640,])。plot(n,x)。PSK 已調(diào)信號 39。 axis([0,640,])。在對比各 種參考資料之后，按照解調(diào)框圖，開始編寫程序并調(diào)試，把整個調(diào)制解調(diào)過程連接起來，得到的波形如圖 所示 圖 PSK 調(diào)制解調(diào)波形圖 完成了用 MATLAB 軟件編程實現(xiàn) PSK 的調(diào)制解調(diào)之后，我開始思考能不能用Simulink仿真模塊來顯示真?zhèn)€調(diào)制解調(diào)的過程。和 MATLAB 軟件編程一樣，在 Simulink仿真模塊中同步也是非常重要的。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。幸好在我最迷茫的時候，我的畢設指導老師指出了我的錯誤做法，讓我按照調(diào)制解調(diào)的原理和 實現(xiàn)框圖，一步一步的實現(xiàn)，在調(diào)試過程中，多畫出一些圖形，嘗試改變參數(shù)或者改變語句對波形產(chǎn)生的影響。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。 當然，如果一個問題解決不了，也絕不能老卡在一個問題出不去，這樣不但浪費了寶貴的時間，而且自己的情緒也會受到影響。我發(fā)現(xiàn)這樣是很有效率的，因為我發(fā)現(xiàn)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。也許有的同學會問，大學四年最后要畢業(yè)了才真正發(fā)現(xiàn)圖書館的博大精深，會不會有點晚呢。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(jīng)被借出了。這種 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 13 頁 共 30 頁 做法是錯誤的，其實解決問題的方法很簡單，就是到圖書館的閱覽室，那里可是藏有各種書籍的種本的寶庫 哦。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。圖書館在我這次的畢業(yè)設計中起到的作用是很大的。 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。 PSK仿真模型圖如圖 所示 圖 PSK 仿真模型 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 14 頁 共 30 頁 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 PSK 的誤碼率為 %，該誤碼率是在性噪比 SNR=6dB 是計算出來的，模型中功率譜如圖 所示，星座圖如圖 所示 圖 Simulink 中的 PSK 仿真功率譜 圖 Simulink 中的 PSK 仿真星座圖 QPSK信號的調(diào)制解調(diào)及其原理 QPSK四相絕對移相調(diào)制利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息。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。圖 (a)表示 π / 2 方式時 QPSK信號的矢量圖 ,圖 (b)表示 π / 4 方式的 QPSK信號的矢量圖。由于正弦函數(shù)和余弦函數(shù)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。 此時，式 ()恰好表示兩個正交的二相調(diào)制信號的合成 。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 。 在大多數(shù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，各種載波鍵控信號幾乎都毫無例外的采用正交相干解調(diào)的方法，即用 cosωct（同相參考載波）和 sinωct（正交參考載波）分別和接收到的載波鍵控信號相乘（即進行相干），得到同相和正交兩路基帶信號。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 仿真各部分的構思和實踐，都能對 QPSK 的研究和仿真有借鑒作用。雖然經(jīng)過對 PSK 調(diào)制解調(diào)的仿真和研究，對 MATLAB 編程在通信系統(tǒng)中的仿真和應用也有了一定的熟悉，但在串并變換的 MATLAB 程序?qū)崿F(xiàn)的過程中，我還是很費了一些周折。這樣的調(diào)制方法能夠體現(xiàn)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(diào)制波形圖 桂林電子科技大學畢業(yè)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(xiàn)出 0、 3 的不同相位變化，但是沒有體現(xiàn)粗 QPSK 調(diào)制解調(diào)原理中的串并變換，并且進行 QPSK 調(diào)制后，解調(diào)也發(fā)生了困難，難以編寫解調(diào)程序。聽取了畢業(yè)設計指導老師的意見