基于matlab的移动通信中数字调相技术的研究与仿真毕业设计

基于matlab的移动通信中数字调相技术的研究与仿真毕业设计内容摘要：

＋＋文件或其它的高级语言文件。 用户可以通过编辑自己的功能程序，然后使用 Simulink 提供的 SFUNCTION 模块对其进行调用，从而获得具有自编程序功能的新的 Simulink 模块。 由此可见， Simulink 是一个灵活性、功能性、扩展性较强的仿真平台。 版本提供 了 20 多个仿真模型库，内容覆盖了通信仿真，数字信号处理，模糊逻辑，神经网络。 机械控制和虚拟实现等。 SIMULINK 提供的通信系统仿真模块（ Communication Blocket） ,主要用于在移动通信系统的建模和仿真的应用。 3 研究和仿真的要求 从调相技术的仿真出发，分析并比较各种调相技术的特性及设计方法，从而得出移动通信中调相技术的具体方案。 数字 调相技术的研究与仿真 可以分解为各种调制技术（ PSK、 QPSK、 OQPSK 等）的调制解调原理和其理论实现方法，用 MATLAB 软件实现仿真，通过星座图、频谱 利用率、误码率分析等全面研究移动通信系统的调相技术。 要求以数字调制技术为基本理论，分析几种常用的调相技术，进行初步的设计计算，然后通过 MATLAB 和 Simulink仿真调相信号，进行参数的设置和调整，要求获得各种调相信号的波形和软件编程方法，对其进行数据分析，得出现代移动通信系统中采用何种调制方式的理论依据，分析其选用的调相技术的优越性及不足。 研究和仿真的任务 对 PSK、 QPSK、 OQPSK 的调制解调原理深入的分析研究，用 MATLAB 编程对 PSK、QPSK、 OQPSK 的各步骤波形的变化和实现过程 具体演示出来，并对它们的性能差异进行比较。 用 Simulink 演示 PSK、 QPSK、 OQPSK 的频谱和星座图。 尝试用不同的方法得到 PSK、 QPSK、 OQPSK 这几种调制方式的已调信号。 研究和仿真的技术要求 要求能在对 PSK、 QPSK、 OQPSK 的调制解调的时候考虑不同性噪比的影响，在低性噪比的情况下要求保证误码率的合理性。 课题的主要工作流程 4 研究和仿真的构思和理论 由于 PSK的原理相对简单，实现方法也相对容易，所以本设计 先从 PSK入手，深入理解 PSK的调制解调原理后，循序渐进，仿真 QPSK和 OQPSK的调制解调，研究它们的性能差异以及实际应用。 查阅资料 掌握原理 学习MATLAB MATLAB 仿真研究 Simulink 建 模 理论和实际相比较 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 30 页 PSK信号的调制解调及其原理 PSK方式是受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式， PSK的信号形式一般表示为 0 ( ) [ ( ) ] c o sne t a g t n Ts w t （ ） 其中 na 的统计特性为 +1和 1的概率分别为 P和 1P， 这就是说在其一码元持续时间 ST内观察时， 0()et为 cos cwt 和 cos cwt 的概率分别为 P和 1P。 其调制方框图如图 图 PSK 的调制方框图 对于 PSK 信号的解调，可采用相干解调和差分相干解调，其解调方框图如图 所示 (a) （ b） 图 PSK 的解调框图 （ a）相干解调；（ b）差分相干解调 从 PSK 的调制解调框图看，实现的原理并不是很困难，在深入体会它的原理之后，我便开始用 MATLAB 软件上机调试。 虽然在开始调试之前，我已经初步了解了一些PSK 已调信号 带通滤波 器 迟延 器 bT 低通滤波 器 抽样判决 器 解调后信号 抽样时钟 PSK 已调信号 带通滤波 器 cos cwt 低通滤波 器 抽样判决 器 解调后信号 抽样时钟。 开关 载波 ~~ 移相  基带 信号 得到 PSK已调信号 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 30 页 MATLAB 编程语言在通信系统仿真中的应用，但是面对第一个问题随机基带信号的产生时由于经验不足，还是遇到了两个困难： （ 1） 用 randint函数产生随机的基带 信号时如果用 randint(1e3, 1, [0 1])这句指令的话产生的是随机的 0， 1 信号，而在 PSK 调制中，我们希望基带信号是双极性的，也就是说希望能够产生随机的 1， +1 信号。 （ 2） 产生的是离散的信号，如何把它以矩形波的形式画出来以便在调制解调中个步骤做更好的波形对比变化。 刚刚开始上机调试遇到一些困难在所难免，经过我反复的调试和指导老师的指导，发现用如下的语句可以解决以上两个困难： bit_in = randint(1e3, 1, [0 1])。 data_in=2*bit_in+1。 data_in1=repmat(data_in39。 ,20,1)。 %data_in39。 为 data_in的共轭转置 for i=1:1e4 data_in2(i)=data_in1(i)。 end。 t=0::。 f=0::1。 xrc=+*cos(pi*f)。 data_in2_rc=conv(data_in2,xrc)/。 在调制的过程中，我尝试用多种方法去实现 PSK 的调制。 如下面的程序也能实现PSK 调制，但是调制后的波形不是很理想。 n=1:8192。 m=1:128。 x(n)=randint(1,8192,2)。 x=[x(n)]39。 y(n)=zeros(1,8192)。 z(m)=zeros(1,128)。 for n=1:8192 for m=1:128 if n==64*m63 z(m)=x(n)。 if m==ceil(n/64) y([(64*m63):(64*m)]39。 )=z(m)。 end end end end n=1:8192。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 30 页 rm2=y(n)。 x2=rm2。 x0=cos(n.**)。 x1=cos(n.**+pi)。 x=x1.*x2+x0.*~x2。 figure(1) subplot(2,1,1)。 plot(n,x2)。 title(39。 基带信号 39。 )。 axis([0,640,])。 grid subplot(2,1,2)。 plot(n,x)。 title(39。 PSK 已调信号 39。 )。 axis([0,640,])。 grid 运行后得到的波形如图 所示 图 PSK 波形 调制完成之后，开始考虑解调。 在对比各 种参考资料之后，按照解调框图，开始编写程序并调试，把整个调制解调过程连接起来，得到的波形如图 所示 图 PSK 调制解调波形图 完成了用 MATLAB 软件编程实现 PSK 的调制解调之后，我开始思考能不能用Simulink仿真模块来显示真个调制解调的过程。 通过查阅资料，发现 Simulink仿真模块中甚至可以动态的仿真调制解调的整个过程，对仿真和研究是非常有意义的，于是我开始上机尝试调试 Simulink模块。 和 MATLAB 软件编程一样，在 Simulink仿真模块中同步也是非常重要的。 PSK 的 Simulink 同步显示模块如图 所示 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 30 页 图 PSK 调制解调的 Simulink 仿真模块 在整个程序的调试过程中，遇到了很多困难。 编写的程序在运行时 MATLAB 软件报错是时常有的事情，最常见的报错是长度不匹配、步长不同步、和对一些指令和函数不理解导致使用出现错误。 刚开始面队出现的各种错误，自己有点心浮气噪，不耐心的去查阅资料，思考改正错误的方法，而是怀疑自己的编程思路是否正确，急于去寻找其他的编程方法，导致自己走了不少的弯路。 幸好在我最迷茫的时候，我的毕设指导老师指出了我的错误做法，让我按照调制解调的原理和 实现框图，一步一步的实现，在调试过程中，多画出一些图形，尝试改变参数或者改变语句对波形产生的影响。 老师中肯的指导和批评使我茅塞顿开，我不再心浮气噪，而是耐心的思考 MATLAB 软件报错的地方，为什么会报错。 我从图书借回了一本厚度达 5 厘米的关于 MATLAB 软件各种指令和函数的用法以及其实现功能的书，以后如果是函数和指令报错，我便耐心的查阅书中的详细的介绍，并耐心的研究书上所给出的具体例子。 虽然有的时候解决一个错误甚至要花上一天以上的时间，但是在解决错误的时候自己的喜悦和成就感都是很强烈的，并且会对自己所做的工作 充满了信心。 当然，如果一个问题解决不了，也绝不能老卡在一个问题出不去，这样不但浪费了宝贵的时间，而且自己的情绪也会受到影响。 我采用的方法是到图书馆去查阅相关资料，如果导师有时间就积极和导师交流，会 MATLAB 软件的同学或和自己一样毕业设计做的是用 MATLAB 软件进行各种仿真研究的同学都会成为我的 ―导师 ‖。 我发现这样是很有效率的，因为我发现和别人讨论时除了可以借鉴别人好的想法，还会使得自己的头脑也特别活跃，这样在讨论中也许一筹莫展的难题也许自己就能想到解决的办法。 如果不是毕业设计，我也许真的不会发现原来图书 馆的资源是那么的丰富并且实用。 也许有的同学会问，大学四年最后要毕业了才真正发现图书馆的博大精深，会不会有点晚呢。 我觉得不晚，人要是想改变自己什么时候都不晚，合理的利用图书馆不仅帮助我顺利的完成本次毕业设计，也使我养成了积极查阅资料的习惯，这必将会使我终生受益的。 其实在我刚开始到图书馆时，遇到了很多同学都会遇到的问题，就是很多自己想要的书都已经被借出了。 遇到这个问题后怎么解决呢。 很多同学也许就算了，没有就不借了。 这种 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 30 页 做法是错误的，其实解决问题的方法很简单，就是到图书馆的阅览室，那里可是藏有各种书籍的种本的宝库 哦。 阅览室的书是不外借的，所以我们不用担心自己想看的书找不到，遇到很适合自己使用的书本和资料，虽然不能外借，但是可以复印后把复印件拿回来慢慢学习研究。 其实我们很多同学都没有发现阅览室的好处，借此毕业设计机会，把这个经验和大家分享交流一下。 在这次毕业设计中，我在用 MATLAB 软件对 PSK 调制解调进行仿真和研究时，第一次的编程方法得到的信号波形并不是很理想，后来我就到图书馆的阅览室去查阅资料，通过几天的努力，终于在阅览室丰富的图书资源中学习到了一种更好的方法，后来就用学到的方法得到的如图 所示的比较理想的 PSK 调制解调波形。 图书馆在我这次的毕业设计中起到的作用是很大的。 PSK信号的性能 调制解调完成之后，开始研究 PSK 信号的性能。 PSK 信号的频谱 由于 PSK 信号是随机、功率型的信号，所以我们在研究频谱特性时，应该研究它的功率谱密度。 用 MATLAB 对 PSK 信号功率谱密度进行仿真的结果如图 所示 图 PSK 信号功率谱和基带信号功率谱 PSK 信号的误码率和星座图 在本设计中，用 Simulink模块对 PSK 的误码率进行计算，并演示它的星座图。 PSK仿真模型图如图 所示 图 PSK 仿真模型 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 30 页 该仿真模型为运行后的仿真结果，从模型中的 Display 我们可以读出 PSK 的误码率为 %，该误码率是在性噪比 SNR=6dB 是计算出来的，模型中功率谱如图 所示，星座图如图 所示 图 Simulink 中的 PSK 仿真功率谱 图 Simulink 中的 PSK 仿真星座图 QPSK信号的调制解调及其原理 QPSK四相绝对移相调制利用载波的四种不同相位来表征数字信息。 由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进 制码元又称为双比特码元。 我们把组成双比特码元的前一信息比特用 a代表，后一个信息比特用 b代表。 双比特码元中两个信息比特 ab通常是格雷码 (即反射码 )排列的 ,它与载波相位的关系如表。 图 (a)表示 π / 2 方式时 QPSK信号的矢量图 ,图 (b)表示 π / 4 方式的 QPSK信号的矢量图。 四相调制信号的表达。