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(shè)計-閱讀頁

　　

【正文】 和建議后，我認為老師的意見和建議非常有道理，也非常合理。 首先面臨的一個問題就是串并變換，經(jīng)過反復(fù)的嘗試，最終找到一種比較簡單易懂的 MATLAB 語句實現(xiàn)了串并變換。 bit_I = bit_in(1:2:1e3)。 data_in=2*bit_in+1。 data_Q = 2*bit_Q+1。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。 bit_I 從 1 開始，步長為 2，到 1000 結(jié)束，剛好能把基帶信號的所有奇次比特全部表示出來，而 bit_Q 從 2 開始，步長為 2，到 1000 結(jié)束，也剛好能把基帶信號的所有偶次比特全部表示出來。 由于隨機產(chǎn)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(xiàn)把隨機產(chǎn)生的 0、 1 基帶信號變換成隨機產(chǎn)生的+ 1 信號。 由于用 randint 產(chǎn)生的是離散信源，如果用 plot 畫出來的波形，即 plot(t,data_in)、plot(t,data_I)、 plot(t,data_Q)；得到的波形如圖 所示 桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 30 頁 圖 剛開始得到這個圖形時，把我嚇了一跳。由于有了前面的經(jīng)驗，我冷靜下來，仔細演算了我的程序，覺得它確實是應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)串并變換的，怎么會得出這么奇怪的波形呢。有了這個判斷之后，我開始查閱和 MATLAB 仿真研究相關(guān)的書籍，仔細閱讀研究有關(guān) plot 的作用、用法及使用規(guī)則。 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(yīng)該用另一種畫圖方法來表示隨機產(chǎn)生的離散信息。確定用二維桿圖來畫出它們的圖形后，我上機調(diào)試，把 plot(t,data_in)、plot(t,data_I)、 plot(t,data_Q)改成 stem(t,data_in)、 stem (t,data_I)、 stem (t,data_Q),運行后得到的 波形如圖 示 圖 QPSK 基帶源信號和串并變換后 I、 Q 支路信號 從圖 到波形可以看出，該程序已經(jīng)很好的實現(xiàn)的串并變換。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。我覺得為了便于 QPSK 調(diào)制解調(diào)經(jīng)過個步驟的波形變化，為了更通俗易懂的體現(xiàn) QPSK 調(diào)制解調(diào)的整個過程，我覺的有必要把二維桿圖轉(zhuǎn)換成矩形波來顯示。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(diào)試，用實際的編程實現(xiàn)驗證自己的想法到底行不行得通。我把我編寫的 MANLAB 程序拿到畢業(yè)設(shè)計指導老師處，把這個波形畫給老師看了之后，老師也建議我想辦法改善這個波形，并且給了一些很好的意見和建議。我首先考慮的就是如何在 I、 Q 支路載波中實現(xiàn)載波的 90 度相位差，在調(diào)試過程中，我 桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 30 頁 發(fā)現(xiàn) cos 函數(shù)和 sin函數(shù)就剛好 有 90 度的相位差。得到的波形如圖 示 圖 I、 Q 支路載波調(diào)制后信號及 QPSK 已調(diào)信號 用 MATLAB 軟件編程實現(xiàn) QPSK 調(diào)制之后，開始著手 QPSK 的解調(diào)程序?qū)崿F(xiàn)。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。 S（ t）還可以寫成 桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 30 頁 0000( ) ( ) c os c os ( ) sin sin[ c os sin ]s k s kkkkS t g t k T w t g t k T w ta w t b w t??? ? ? ?????? （ ） 式 中 c os ( )si n ( )2k k sk k ssba g t kTb g t kTTT????? S（ t）信號含有四種不同的 k? 值，與四進制數(shù)字信號對應(yīng)。對于矩形波基帶數(shù)字信號，設(shè)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(shè)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。 QPSK 與 PSK 的功率譜 MATLAB 軟件比較程序如下 f=[0::150]。 A=1。 %PSK 功率譜密度 x1=sin(pi.*(f+fc).*Ts)。 x3=x1./(pi.*(f+fc).*Ts)。 x5=abs(x3).^2。 x7=(Ts./4)*(x6+x5)。 %QPSK 功率譜密度 y1=sin(2*pi.*(ffc).*Ts)。 y3=y2.^2 y4=A.^2.*Ts.*y3。 plot(f,y5,f,x8,39。)。 xlabel(39。)。功率譜密度 (dB)39。 legend(39。,39。)。是 不是我的 MATLAB 仿真程序編寫錯了呢。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(yīng)該也不太可能。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。我聽后一頭霧水，兩個圖形明顯不同，怎么會都是對 的呢。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。經(jīng)過這個畢業(yè)設(shè)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。串并變換使 QPSK 的碼元 寬度為PSK 的兩倍。最常見的帶寬定義有： ① 3dB 帶寬。 ② 主瓣帶寬。 ③ 等效噪聲帶寬。 ④ 滾降帶寬。主瓣寬度就是 ? =1 時的滾降帶寬。 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(jié)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(diào)制解調(diào)及其原理 OQPSK 是在 QPSK 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)，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。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。因此， OQPSK 信號相位只能跳變 0176。不會出現(xiàn) 180 度的相位跳變。 OQPSK 比 QPSK 的另一個優(yōu)點是接收端容易恢復(fù)比特同步，因為它有頻繁的相位 桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 25 頁 共 30 頁 變化。對于矩形基帶脈沖， OQPSK 和 QPSK 有相同的功率譜形狀。在多逕衰落信道下，相干載波恢復(fù)困難，相干檢測往往導致比非相干檢測性能更差。 OQPSK 與 QPSK 信號的解調(diào)原理基本相同，且具有相同的功率譜，但兩種調(diào)制解調(diào)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(diào)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(yīng)偏移了 Tb/2，以保證對兩支路交錯抽樣。頻帶受限的 OQPSK 信號，包絡(luò)起伏比頻帶受限的 QPSK 信號小，經(jīng)限幅放大后頻譜展寬也少。 OQPSK 克 服了 QPSK 的 180176。但是當碼元轉(zhuǎn)換時，相位變化不連續(xù)，存在 90176。 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。 經(jīng)過一段時間的調(diào)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(jié)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(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 26 頁 共 30 頁 圖 圖 5 PSK、 QPSK、 OQPSK三種調(diào)制解調(diào)方式的比較 完成三種調(diào)制解調(diào)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。從中我們可以看出，在信道環(huán)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(huán)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(yīng)該選擇那種調(diào)制解調(diào)方式就要看對其他性能的要求了。 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(yè)設(shè)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==20d