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)(論文)

1、<p>　　本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</p><p>　　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 </p><p>　　院 系　 電信學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)　　 通信工程　 </p><p>　　班 級(jí)　 05通信一班　　　 </p>

2、;<p><b>　　摘要</b></p><p>　　在日常的生活中，通信是人們用來傳遞信息的方式。隨著數(shù)字系統(tǒng)的飛速發(fā)展,對(duì)</p><p>　　數(shù)字系統(tǒng)的性能和調(diào)制解調(diào)技術(shù)要求也越來越高。同時(shí)，由于計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，通信系統(tǒng)的仿真已日益普遍，已逐漸成為今天設(shè)計(jì)和分析通信系統(tǒng)的主要工具。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)將使用MAT

3、LAB軟件設(shè)計(jì)函數(shù)和Smulink建模對(duì)數(shù)字調(diào)相技術(shù)進(jìn)行仿真和研究。</p><p>　　本文首先介紹了通信系統(tǒng)的組成、MATLAB的使用以及Simulink模塊的組建。然后深入分析了PSK、QPSK、OQPSK的調(diào)制解調(diào)原理，熟悉了原理后，用MATLAB編程和Simulink對(duì)它們進(jìn)行仿真和研究。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)PSK、QPSK、OQPSK調(diào)制解調(diào)過程的仿真，并分析它們的性能差異。</p><

4、p>　　關(guān)鍵詞：MATLAB；調(diào)制解調(diào)；PSK；QPSK </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the daily life, communication is very important for us. Along with development of digital system the technical c

5、riterion of modulation and demodulation will be adjusted to meet higher requirement.At the same time, because of the development of the computing technology, the simulation ofthe communication system has been already pop

6、ular day by day, it already is main tool of design and analyses system of communication today.</p><p>　　This design will use the MATLAB software design function and the simulink modelling carries on the simu

7、lation and the research for Phase modulation technology.</p><p>　　This article discusses the composition of Communications system,the use of MATLAB and brief introduction of the module of Simulink.And then t

8、horough analysis the principle modulation & demodulation.Later use MATLAB and Simulink Carry on the simulation and the research. This design mostly achieves the process simulation of the PSK、QPSK、OQPSK modulation &am

9、p; demodulation ,and analyzes their performance difference.</p><p>　　Key words：MATLAB; Modulation and demodulation; PSK；QPSK</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言…………………………

10、…………………………………………………1</p><p>　　1 緒論…………………………………………………………………………2</p><p>　　1.1 課題研究的意義 ……………………………………………………………2</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究及發(fā)展情況 ……………………………………………………2</p><p>　　1.

11、3 本課題主要內(nèi)容 ……………………………………………………………4</p><p>　　2 通信系統(tǒng)和調(diào)相信號(hào)研究及MATLAB簡介……………………………4</p><p>　　2.1通信系統(tǒng)的組成…………………………………………………………4</p><p>　　2.1.1數(shù)字通信系統(tǒng)……………………………………………………………5</p>&l

12、t;p>　　2.2 調(diào)相技術(shù)的初步研究……………………………………………………6</p><p>　　2.3 MATLAB和Simulink簡要介紹………………………………………………7</p><p>　　3 研究和仿真的要求………………………………………………………8</p><p>　　3.1研究和仿真的任務(wù)………………………………………………………

13、…8</p><p>　　3.2研究和仿真的技術(shù)要求………………………………………………………8</p><p>　　3.3 課題的主要工作流程…………………………………………………………8</p><p>　　4 研究和仿真的構(gòu)思和理論………………………………………………8</p><p>　　4.1 PSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)及其原理…………

14、…………………………………9</p><p>　　4.2 PSK信號(hào)的性能…………………………………………………………13</p><p>　　4.2.1 PSK信號(hào)的頻譜………………………………………………………13</p><p>　　4.2.2 PSK信號(hào)的誤碼率和星座圖………………………………………………13</p><p>　　4.

15、3 QPSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)及其原理………………………………………………14</p><p>　　4.3.1 QPSK調(diào)制和解調(diào)方式……………………………………………………15</p><p>　　4.4 QPSK信號(hào)的性能……………………………………………………………20</p><p>　　4.4.1 QPSK信號(hào)和PSK信號(hào)的功率譜比較…………………………………

16、……20</p><p>　　4.4.2 QPSK誤碼率和星座圖……………………………………………………24</p><p>　　4.5 OQPSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)及其原理……………………………………………24</p><p>　　5 PSK、QPSK、OQPSK三種調(diào)制解調(diào)方式的比較…………………………26</p><p>　　5.1不同性

17、噪比下誤碼率的比較………………………………………………26</p><p>　　5.2不同性噪比下星座圖的比較……………………………………………26</p><p>　　6 總結(jié)及心得體會(huì)…………………………………………………………28</p><p>　　謝辭 …………………………………………………………………………29</p><p>

18、;　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………30</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　在這樣一個(gè)信息化的社會(huì)，通信是很重要的，尤其是移動(dòng)通信在現(xiàn)代化進(jìn)程中起到的巨大作用是不容質(zhì)疑的。移動(dòng)通信可以說從1897 M·G·馬可尼所完成的無線通信試驗(yàn)之日就產(chǎn)生了，當(dāng)時(shí)的試驗(yàn)是在固定站與一艘拖船之間進(jìn)行的，

19、距離為18海里。移動(dòng)通信的發(fā)展走過了一段很漫長的路程。通信信號(hào)處理方式也從模擬向數(shù)字通信轉(zhuǎn)變。同時(shí)通信系統(tǒng)已經(jīng)由單一的硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)向與軟件的結(jié)合。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)處理方面硬件設(shè)計(jì)與專業(yè)軟件設(shè)計(jì)結(jié)合日趨緊密，已經(jīng)有一些公司開發(fā)出專業(yè)數(shù)字信號(hào)處理軟件。比較優(yōu)秀而且得到廣大技術(shù)人員認(rèn)可的有MATLAB。MATLAB 是Matrix Labotratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室)的縮寫，最初由美國Cleve Moler博士在20 世紀(jì)70 年代末講

20、授矩陣?yán)碚摵蛿?shù)據(jù)分析等課程編寫的軟件包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。MATLAB 作為一種仿真平臺(tái)，提供了強(qiáng)大的功能，設(shè)計(jì)者可以自己設(shè)計(jì)函數(shù)，同時(shí)也可以調(diào)用Toolbox 里的函數(shù)調(diào)用。</p><p>　　MATLAB等優(yōu)秀軟件使仿真技術(shù)得到很好的應(yīng)用。通過對(duì)通信過程的仿真，我們就可以在低成本的條件下檢測某一個(gè)方案是否能夠?qū)崿F(xiàn)

21、，是否有更好的方案可以代替原來的方案，這樣對(duì)通信的研究就站在了一個(gè)更高的起點(diǎn)，使通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，近十年來手機(jī)的普及率的迅速提高就從側(cè)面反映移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　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)展起來的。移動(dòng)通信的主要基本技術(shù)包括調(diào)制技術(shù)、移動(dòng)信道中電波的傳播特性、多址方式、抗干擾技術(shù)以及組網(wǎng)技術(shù)。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

22、的諸多優(yōu)點(diǎn),在數(shù)字移動(dòng)通信中，廣泛使用它來傳送各種控制信息。本文就是通過使用MATLAB軟件來仿真研究數(shù)字通信中常用的幾種調(diào)相方式：2PSK、QPSK、OQPSK等，分析各種調(diào)相信號(hào)的產(chǎn)生原理以及抗干擾性能。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)

23、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)。仿真技術(shù)在今天的通信領(lǐng)域是一個(gè)非常重要的技術(shù)手段。隨著通信技術(shù)的發(fā)展, 通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和規(guī)模越來越復(fù)雜, 基于通信系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越多樣化, 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)議的開發(fā), 已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代通信的發(fā)展需要。因而急需一種科學(xué)的手段來反映和預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的性能, 這導(dǎo)致了仿真技術(shù)的應(yīng)運(yùn)而

24、生。</p><p>　　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)是無法完成的。如果在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行通信性能研究、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和開發(fā),不僅耗資大,而且在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的收集和分析上也有一定困難。通信仿真技術(shù)是通過在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造虛擬的環(huán)境來反映現(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

25、投資浪費(fèi)。</p><p>　　通過仿真軟件來模擬和估算通信系統(tǒng)的性能,通過模擬和仿真來調(diào)整一些通信系統(tǒng)的參數(shù)以期達(dá)到最佳的使用效果具有非常重大的意義。在本課題中，用國際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)仿真軟件MATLAB來仿真移動(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。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究及發(fā)

26、展情況</p><p>　　MATLAB名字是由MATrix和LABoratory兩詞的前3個(gè)字母組合而成。20世紀(jì)70年代后期，時(shí)任美國新墨西哥大學(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庫程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。</p><p>　　經(jīng)過幾年的校際流傳，

27、在Little的推動(dòng)下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市場，從這時(shí)起，MATLAB的內(nèi)核采用C語言編寫，而且除了原有的數(shù)值計(jì)算功能外，還新增加了數(shù)據(jù)視圖功能。</p><p>　　MATLAB以商品形式出現(xiàn)后短短幾年，就以其良好的開放性和運(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

28、建。1993年，MathWorks公司推出了基于Windows平臺(tái)的MATLAB 4.0，在繼承和發(fā)展起原有的數(shù)值計(jì)算和圖形可視能力的同時(shí)，推出了SIMULIKE，一個(gè)交互式操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境；推出了符號(hào)計(jì)算工具包，一個(gè)一Maple為“引擎”的Symbolic Math Toolbox；構(gòu)作了Notbook，一個(gè)運(yùn)用DDE和OLE，實(shí)現(xiàn)MATLAB與Word的無縫連接，從而為專業(yè)科技工作者創(chuàng)造了融合科學(xué)計(jì)算、圖形可視

29、、文字處理為一體的高水準(zhǔn)環(huán)境。其后MATLAB經(jīng)過多個(gè)版本的不斷改進(jìn)，“面向?qū)ο蟆钡奶攸c(diǎn)愈加突出，數(shù)據(jù)類型愈加豐富，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。</p><p>　　在我國，傳統(tǒng)的仿真技術(shù)基于C語言等計(jì)算機(jī)專業(yè)編程工具，編程的工作量極大，仿真程序的可讀性、可重用性、可靠性都很難適應(yīng)復(fù)雜的仿真，尤其是很難適應(yīng)大型復(fù)雜通信系統(tǒng)仿真的需要。通信與電子工程師和科技

30、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)問題、提出和驗(yàn)證創(chuàng)新思想和算法上來。MATLAB以及Simulink科學(xué)計(jì)算、建模和仿真軟件正是能適應(yīng)這一要求的優(yōu)秀仿真平臺(tái)軟件，并已成為全世界科技工作者共同的學(xué)術(shù)交流工具以及系統(tǒng)仿真界事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在，我國教育科研部門對(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科教事業(yè)

31、的基礎(chǔ)研究水平。</p><p>　　在移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制解調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)作為數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中空中接口的重要組成部分，它具有抗干擾能力強(qiáng)、易于加密、話音間隙噪聲小等優(yōu)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，要依賴于許

32、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。目前已用于數(shù)字蜂窩無線系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)可分為兩大類：線性調(diào)制技術(shù)和恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。</p><p>　　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)。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調(diào)制方式，這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。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

33、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。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用系數(shù)高、抗多徑能力強(qiáng)、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　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IS-95系統(tǒng)以其高語音質(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。 IS-9

34、5目前還在不斷完善和發(fā)展的過程中，高通公司（Qualcomm）將致力繼續(xù)發(fā)展IS-95，以便使IS-95保持競爭優(yōu)勢，并過渡到第三代系統(tǒng)。通過研究，在IS-95系統(tǒng)的基礎(chǔ)上不斷推出新標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　基于IS-95的CdmaOne技術(shù)自1995年10月商用實(shí)踐以來，迅速覆蓋韓國、日本、美國、歐洲和南美洲的一些主要市場，取得了巨大的商業(yè)成功，并成為業(yè)界公認(rèn)的過渡到未來3G的技術(shù)平臺(tái)。目前各國上報(bào)給國際電聯(lián)

35、審批的所有3G提案中，絕大多數(shù)方案都是基于與IS-95CDMA相近的CDMA技術(shù)。</p><p>　　1.3 本課題主要內(nèi)容</p><p>　　本課題從調(diào)相技術(shù)的仿真出發(fā)，分析并比較各種調(diào)相技術(shù)的特性及設(shè)計(jì)方法，從而得出各種移動(dòng)通信系統(tǒng)中調(diào)相技術(shù)的具體方案。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

36、件實(shí)現(xiàn)仿真，通過星座圖、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)。</p><p>　　本課題要求以數(shù)字調(diào)制技術(shù)為基本理論，分析幾種常用的調(diào)相技術(shù)，進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)計(jì)算，然后通過MATLAB仿真調(diào)相信號(hào)，進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整，要求獲得各種調(diào)相信號(hào)的波形和軟件編程方法，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用何種調(diào)制方式的理論依據(jù)。</p><p>　　2 通信系統(tǒng)和調(diào)相信號(hào)研究

37、及MATLAB簡介</p><p>　　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)還有生活帶來許多的便利。在理論上，通信是怎樣一種概念，如何建立通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)有哪些分類，MATLAB對(duì)社會(huì)的發(fā)展以及通信的研究又帶來了什么方便，下面將描述性地介紹通信系統(tǒng)的各個(gè)方面以及簡要的介紹一下MATLAB軟件。</p><p>　　2.1

38、通信系統(tǒng)的組成</p><p>　　通信的目的是傳輸消息。消息具有不同的形式，例如：符號(hào)、文字、話音、音樂、數(shù)據(jù)、圖片、活動(dòng)圖象等。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、傳真、數(shù)據(jù)傳輸以及發(fā)展到現(xiàn)在的可視電話等。而從廣義的角度看，廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、遙測等也可以列入通信的范疇。</p><p>　　從表面上看來，通信就是將信息從發(fā)送端發(fā)送出去，從接收端獲取信

39、息。但是，在通信模型構(gòu)造上還是非常復(fù)雜的，下圖是一個(gè)簡單的通信系統(tǒng)模型。</p><p>　　圖1.1 簡單通信系統(tǒng)一般模型</p><p>　　圖1.1中，信源（信息源，也稱發(fā)終端）的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源。信源輸出的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。所謂基帶信號(hào)是指沒有經(jīng)過調(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)頻譜從零頻附近開始，具有低通形式

40、，。根據(jù)原始電信號(hào)的特征，基帶信號(hào)可分為數(shù)字基帶信號(hào)和模擬基帶信號(hào)，相應(yīng)地，信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，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)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式；對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)來說，發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。</p><p>　　信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃梢允怯芯€的，也可以是無線的

41、，甚至還可以包含某些設(shè)備。圖中的噪聲源，是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集合。</p><p>　　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。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)來。</p><p>　　信宿（也稱受信者或收終端）是將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，如電話機(jī)將對(duì)方傳來的電信號(hào)還原成了聲音。 </p>

42、<p>　　圖 1.1 給出的是通信系統(tǒng)的一般模型，按照信道中所傳信號(hào)的形式不同，可進(jìn)一步具體化為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.1 數(shù)字通信系統(tǒng)</p><p>　　信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)可進(jìn)一步細(xì)分為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)、模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)。</p><p>

43、　?。?） 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題。</p><p>　　數(shù)字通信中存在以下突出問題：第一，數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)，信道噪聲或干擾所造成的差錯(cuò)，原則上是可以控制的。這是通過所謂的差錯(cuò)控制編碼來實(shí)現(xiàn)的。于是，就需要在發(fā)送端增加一個(gè)編碼器，而在接收端相應(yīng)需要一個(gè)解碼器。第

44、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。第三，由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€(gè)接一個(gè)按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號(hào)，因而接收端必須有一個(gè)與發(fā)端相同的節(jié)拍，否則，就會(huì)因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。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)容將無法恢復(fù)。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

45、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(gè) 重要問題。</p><p>　　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 1.2 表示。</p><p>　　圖1.2 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的模型</p><p>　　圖1.3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(shè)計(jì)條件和要求

46、。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。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)。</p><p>　?。?） 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)</p><p>　　與頻帶傳輸系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，我們把沒有調(diào)制器 / 解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，如圖 1.3 所示。 </p><p>

47、;　　圖1.3 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型</p><p>　　圖1.3中基帶信號(hào)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。</p><p>　?。?） 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)（如語音信號(hào)）為連續(xù)變化的模擬信號(hào)。

48、那么要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)在數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸，則必須在發(fā)端將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即 D/A 轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)南到y(tǒng)如圖 1.4 所示。</p><p>　　圖1.4 模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)</p><p>　　2.2 調(diào)相技術(shù)的初步研究</p><p>　　在實(shí)際通信中，不少信道都不能直接傳送基帶信號(hào)，必須用基帶信號(hào)對(duì)

49、載波波形的某些參量進(jìn)行控制，即對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。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)的過程。調(diào)制不僅可以對(duì)被調(diào)制信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移和擴(kuò)頻，而且對(duì)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(gè)通信系統(tǒng)的性能。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脈沖的幅度，則產(chǎn)生誤碼。在以脈沖調(diào)制載波時(shí)，也有同樣現(xiàn)象產(chǎn)生。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

50、的發(fā)生概率也不同。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(shè)備實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性等因素綜合考慮的結(jié)果，必須根據(jù)具體使用條件進(jìn)行比較才能做出判斷。</p><p>　　數(shù)字調(diào)制方式有三種：幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。它們分別對(duì)應(yīng)于用正弦波</p><p>　　的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號(hào)。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</p>&l

51、t;p>　　為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。而當(dāng)調(diào)制信號(hào)為多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)時(shí)，則稱為多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。相移鍵控有很多方式，如PSK、DPSK、QPSK、OQPSK、pi/4-DQPSK等。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)PSK、DPSK、QPSK三種方式進(jìn)行研究和仿真。 </p><p>　　2.3 MATLAB和Simulink簡要介紹</p><p>　　MATLAB的由來及其發(fā)展在1.2小節(jié)中已經(jīng)做了介紹，這里不在

52、重述。下面簡要介紹一下MATLAB的幾個(gè)重要特點(diǎn)。</p><p>　?。?）編程簡潔，效率高</p><p>　　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)、也不需要說明數(shù)據(jù)類型的矩陣，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。因此，在MATLAB 環(huán)境下，數(shù)組操作與數(shù)的操作一樣簡單。這使得計(jì)算機(jī)兼?zhèn)?/p>

53、高級(jí)計(jì)算機(jī)的功能，使用十分方便。</p><p><b>　?。?）擴(kuò)展功能強(qiáng)大</b></p><p>　　MATLAB 語言不但提供了科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)分析與可視化，系統(tǒng)仿真等強(qiáng)大功能，而且還具有擴(kuò)展的特征。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

54、 多個(gè)具有專門功能MATLAB 工具箱。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(xiàng)式運(yùn)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(xué)函數(shù)等，這些函數(shù)都可以直接調(diào)用。同時(shí)，MATLAB 支持用戶對(duì)其函數(shù)進(jìn)行二次開發(fā)，用戶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。</p><p><b>　?。?）語言簡單</b></p

55、><p>　　MATLAB 語言中最基本、最重要的成分是函數(shù)。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。</p><p><b>　?。?）繪圖功能強(qiáng)大</b></p><p>　　MATLAB 具有強(qiáng)大的二維、三維繪圖功能。在程序的運(yùn)行過程中，可以方便迅速地用圖形、圖象、聲音、動(dòng)畫等多媒體技術(shù)直接表述數(shù)值計(jì)算結(jié)果，可

56、以選擇不同坐標(biāo)系，可以設(shè)置顏色、線型、視角等。</p><p>　　Simulink 是MATLAB 的附加組件，為用戶提供了一個(gè)建模與仿真平臺(tái)。其采用了模塊組合的方法來創(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。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(shí)適用于混合系統(tǒng)。并且 提供了圖形動(dòng)畫處理方法，以使用戶可以較為直觀的觀察到整個(gè)仿真過程。Simulink

57、 還提供了一種供用戶進(jìn)行功能擴(kuò)展的函數(shù)規(guī)則—S 函數(shù)，S 函數(shù)可以是一個(gè)C 文件、M 文件、C＋＋文件或其它的高級(jí)語言文件。用戶可以通過編輯自己的功能程序，然后使用Simulink 提供的S-FUNCTION 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。由此可見，Simulink 是一個(gè)靈活性、功能性、擴(kuò)展性較強(qiáng)的仿真平臺(tái)。SIMULINK6.5 版本提供了20 多個(gè)仿真模型庫，內(nèi)容覆蓋了通信仿真，數(shù)字信號(hào)處

58、理，模糊邏輯，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。機(jī)械控制和虛擬實(shí)現(xiàn)等。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。</p><p>　　3 研究和仿真的要求</p><p>　　從調(diào)相技術(shù)的仿真出發(fā)，分析并比較各種調(diào)相技術(shù)的特性及設(shè)計(jì)方法，從而得出移動(dòng)通信中調(diào)相技術(shù)的具體方案。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)（PS

59、K、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)。</p><p>　　要求以數(shù)字調(diào)制技術(shù)為基本理論，分析幾種常用的調(diào)相技術(shù)，進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)計(jì)算，然后通過MATLAB和Simulink仿真調(diào)相信號(hào)，進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整，要求獲得各種調(diào)相信號(hào)的波形和軟件編程方法，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用何種

60、調(diào)制方式的理論依據(jù)，分析其選用的調(diào)相技術(shù)的優(yōu)越性及不足。</p><p>　　3.1 研究和仿真的任務(wù)</p><p>　　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)過程具體演示出來，并對(duì)它們的性能差異進(jìn)行比較。用Simulink演示PSK、QPSK、OQPSK的頻譜和星座圖。嘗試用不同的方法得到PS

61、K、QPSK、OQPSK這幾種調(diào)制方式的已調(diào)信號(hào)。</p><p>　　3.2 研究和仿真的技術(shù)要求</p><p>　　要求能在對(duì)PSK、QPSK、OQPSK的調(diào)制解調(diào)的時(shí)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。</p><p>　　3.3 課題的主要工作流程</p><p>　　4 研究和仿真的構(gòu)思和理論<

62、/p><p>　　由于PSK的原理相對(duì)簡單，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。</p><p>　　4.1 PSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)及其原理</p><p>　　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(hào)形式一般表示為&

63、lt;/p><p><b>　　（4.1.1）</b></p><p>　　其中的統(tǒng)計(jì)特性為+1和-1的概率分別為P和1-P，這就是說在其一碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)觀察時(shí)，為和的概率分別為P和1-P。</p><p>　　其調(diào)制方框圖如圖4.1所示</p><p>　　圖4.1 PSK的調(diào)制方框圖</p><p&g

64、t;　　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4.2所示</p><p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　（b）</b></p><p>　　圖4.2 PSK的解調(diào)框圖</p><p>　?。╝）相干解調(diào)；（b）差分相干解調(diào)</p>

65、<p>　　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，我便開始用MATLAB軟件上機(jī)調(diào)試。雖然在開始調(diào)試之前，我已經(jīng)初步了解了一些MATLAB編程語言在通信系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用，但是面對(duì)第一個(gè)問題隨機(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：</p><p>　　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])這句指令的話產(chǎn)

66、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，也就是說希望能夠產(chǎn)生隨機(jī)的-1，+1信號(hào)。</p><p>　　產(chǎn)生的是離散的信號(hào)，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(gè)步驟做更好的波形對(duì)比變化。</p><p>　　剛剛開始上機(jī)調(diào)試遇到一些困難在所難免，經(jīng)過我反復(fù)的調(diào)試和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)用如下的語句可以解決以上兩個(gè)困難：</p><p

67、>　　bit_in = randint(1e3, 1, [0 1]);</p><p>　　data_in=-2*bit_in+1;</p><p>　　data_in1=repmat(data_in',20,1);%data_in'為data_in的共軛轉(zhuǎn)置</p><p>　　for i=1:1e4</p><p>

68、　　data_in2(i)=data_in1(i);</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　t=0:0.1:1e3-0.1;</p><p>　　f=0:0.1:1;</p><p>　　xrc=0.5+0.5*cos(pi*f);</p><p>　　data_in2

69、_rc=conv(data_in2,xrc)/5.5;</p><p>　　在調(diào)制的過程中，我嘗試用多種方法去實(shí)現(xiàn)PSK的調(diào)制。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。</p><p><b>　　n=1:8192;</b></p><p>　　m=1:128;x(n)=randint(1,8192,2);x=[x(n)]&

70、#39;;</p><p>　　y(n)=zeros(1,8192);z(m)=zeros(1,128);</p><p>　　for n=1:8192</p><p>　　for m=1:128</p><p>　　if n==64*m-63</p><p>　　z(m)=x(n); </p><

71、;p>　　if m==ceil(n/64)</p><p>　　y([(64*m-63):(64*m)]')=z(m);</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p

72、><p><b>　　end</b></p><p><b>　　n=1:8192;</b></p><p><b>　　rm2=y(n);</b></p><p><b>　　x2=rm2;</b></p><p>　　x0=cos(

73、n.*0.1*1.6);</p><p>　　x1=cos(n.*0.1*1.6+pi);</p><p>　　x=x1.*x2+x0.*~x2;</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　subplot(2,1,1);plot(n,x2);title('基帶信號(hào)');&

74、lt;/p><p>　　axis([0,640,-0.2,1.2]);grid</p><p>　　subplot(2,1,2);plot(n,x);title('PSK已調(diào)信號(hào)');</p><p>　　axis([0,640,-1.2,1.2]);grid</p><p>　　運(yùn)行后得到的波形如圖4.3所示</p>

75、<p>　　圖4.3 PSK波形</p><p>　　調(diào)制完成之后，開始考慮解調(diào)。在對(duì)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(gè)調(diào)制解調(diào)過程連接起來，得到的波形如圖4.4所示</p><p>　　圖4.4 PSK調(diào)制解調(diào)波形圖</p><p>　　完成了用MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)PSK的調(diào)制解調(diào)之后，我開始思考能不能用Simulink

76、仿真模塊來顯示真?zhèn)€調(diào)制解調(diào)的過程。通過查閱資料，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)過程，對(duì)仿真和研究是非常有意義的，于是我開始上機(jī)嘗試調(diào)試Simulink模塊。和MATLAB軟件編程一樣，在Simulink仿真模塊中同步也是非常重要的。PSK的Simulink同步顯示模塊如圖4.5所示</p><p>　　圖4.5 PSK調(diào)制解調(diào)的Simulink仿真模塊</p><

77、;p>　　在整個(gè)程序的調(diào)試過程中，遇到了很多困難。編寫的程序在運(yùn)行時(shí)MATLAB軟件報(bào)錯(cuò)是時(shí)常有的事情，最常見的報(bào)錯(cuò)是長度不匹配、步長不同步、和對(duì)一些指令和函數(shù)不理解導(dǎo)致使用出現(xiàn)錯(cuò)誤。</p><p>　　剛開始面隊(duì)出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，自己有點(diǎn)心浮氣噪，不耐心的去查閱資料，思考改正錯(cuò)誤的方法，而是懷疑自己的編程思路是否正確，急于去尋找其他的編程方法，導(dǎo)致自己走了不少的彎路。幸好在我最迷茫的時(shí)候，我的畢設(shè)指導(dǎo)老師

78、指出了我的錯(cuò)誤做法，讓我按照調(diào)制解調(diào)的原理和實(shí)現(xiàn)框圖，一步一步的實(shí)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(duì)波形產(chǎn)生的影響。老師中肯的指導(dǎo)和批評(píng)使我茅塞頓開，我不再心浮氣噪，而是耐心的思考MATLAB軟件報(bào)錯(cuò)的地方，為什么會(huì)報(bào)錯(cuò)。我從圖書借回了一本厚度達(dá)5厘米的關(guān)于MATLAB軟件各種指令和函數(shù)的用法以及其實(shí)現(xiàn)功能的書，以后如果是函數(shù)和指令報(bào)錯(cuò)，我便耐心的查閱書中的詳細(xì)的介紹，并耐心的研究書上所給出的具體例子。雖然有的

79、時(shí)候解決一個(gè)錯(cuò)誤甚至要花上一天以上的時(shí)間，但是在解決錯(cuò)誤的時(shí)候自己的喜悅和成就感都是很強(qiáng)烈的，并且會(huì)對(duì)自己所做的工作充滿了信心。</p><p>　　當(dāng)然，如果一個(gè)問題解決不了，也絕不能老卡在一個(gè)問題出不去，這樣不但浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間，而且自己的情緒也會(huì)受到影響。我采用的方法是到圖書館去查閱相關(guān)資料，如果導(dǎo)師有時(shí)間就積極和導(dǎo)師交流，會(huì)MATLAB軟件的同學(xué)或和自己一樣畢業(yè)設(shè)計(jì)做的是用MATLAB軟件進(jìn)行各種仿真研究

80、的同學(xué)都會(huì)成為我的“導(dǎo)師”。我發(fā)現(xiàn)這樣是很有效率的，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)和別人討論時(shí)除了可以借鑒別人好的想法，還會(huì)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。如果不是畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也許真的不會(huì)發(fā)現(xiàn)原來圖書館的資源是那么的豐富并且實(shí)用。也許有的同學(xué)會(huì)問，大學(xué)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(huì)不會(huì)有點(diǎn)晚呢。我覺得不晚，人要是想改變自己什么時(shí)候都不晚，合理的利用圖書館不僅幫助我順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也

81、使我養(yǎng)成了積極查閱資料的習(xí)慣，這必將會(huì)使我終生受益的。其實(shí)在我剛開始到圖書館時(shí)，遇到了很多同學(xué)都會(huì)遇到的問題，就是很多自己想要的書都已經(jīng)被借出了。遇到這個(gè)問題后怎么解決呢？很多同學(xué)也許就算了，沒有就不借了。這種做法是錯(cuò)誤的，其實(shí)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</p><p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我在用MATLAB軟件對(duì)PSK調(diào)制解調(diào)進(jìn)行仿真和研究時(shí)，第一次的編程方法得到的信號(hào)

82、波形并不是很理想，后來我就到圖書館的閱覽室去查閱資料，通過幾天的努力，終于在閱覽室豐富的圖書資源中學(xué)習(xí)到了一種更好的方法，后來就用學(xué)到的方法得到的如圖4.4所示的比較理想的PSK調(diào)制解調(diào)波形。圖書館在我這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中起到的作用是很大的。</p><p>　　4.2 PSK信號(hào)的性能</p><p>　　調(diào)制解調(diào)完成之后，開始研究PSK信號(hào)的性能。</p><p>

83、　　4.2.1 PSK信號(hào)的頻譜</p><p>　　由于PSK信號(hào)是隨機(jī)、功率型的信號(hào)，所以我們在研究頻譜特性時(shí)，應(yīng)該研究它的功率譜密度。用MATLAB對(duì)PSK信號(hào)功率譜密度進(jìn)行仿真的結(jié)果如圖4.6所示</p><p>　　圖4.6 PSK信號(hào)功率譜和基帶信號(hào)功率譜</p><p>　　4.2.2 PSK信號(hào)的誤碼率和星座圖</p><p>

84、;　　在本設(shè)計(jì)中，用Simulink模塊對(duì)PSK的誤碼率進(jìn)行計(jì)算，并演示它的星座圖。PSK仿真模型圖如圖4.7所示</p><p>　　圖4.7 PSK仿真模型</p><p>　　該仿真模型為運(yùn)行后的仿真結(jié)果，從模型中的Display我們可以讀出PSK的誤碼率為2.25%，該誤碼率是在性噪比SNR=6dB是計(jì)算出來的，模型中功率譜如圖4.8所示，星座圖如圖4.9所示</p>

85、<p>　　圖4.8 Simulink中的PSK仿真功率譜 圖4.9 Simulink中的PSK仿真星座圖</p><p>　　4.3 QPSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)及其原理</p><p>　　QPSK四相絕對(duì)移相調(diào)制利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，故每個(gè)四進(jìn)制碼元又稱為雙比特碼元。我們把組成雙比特碼元的前一信息比特用a代表

86、，后一個(gè)信息比特用b代表。雙比特碼元中兩個(gè)信息比特ab通常是格雷碼(即反射碼)排列的,它與載波相位的關(guān)系如表1.1所示。圖4.10(a)表示π / 2 方式時(shí)QPSK信號(hào)的矢量圖,圖4.10(b)表示π / 4 方式的QPSK信號(hào)的矢量圖。四相調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式用式(4.3.1)表示時(shí)，相位的在(0,2π )內(nèi)等間隔地取四種可能相位。由于正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的互補(bǔ)特性，對(duì)應(yīng)于的四種取值，譬如π / 4 ,3π / 4 ,5π / 4 , 7

87、π / 4 ，其幅度與只有兩種取值，即± 2 /2。此時(shí)，式(4.3.1)恰好表示兩個(gè)正交的二相調(diào)制信號(hào)的合成。</p><p>　　QPSK可以表示為：</p><p><b>　　(4.3.1)</b></p><p>　　表4.3.1 雙比特碼元和載波相位的關(guān)系</p><p>　　隨著輸入數(shù)字序列的變化

88、，Φk 有四種不同的取值。常見的有兩種取值系統(tǒng)：</p><p>　　表4.3.2 兩種系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)相位</p><p>　?。╝）系統(tǒng) (b) 系統(tǒng)</p><p>　　圖4.10 QPSK星座圖</p><p>　　4.3.1 QPSK調(diào)制和解調(diào)方式</p><p>

89、　　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(yīng)用最為普遍，如圖4.11和圖4.12所示。</p><p>　　QPSK正交調(diào)制器可以看成由兩個(gè)BPSK調(diào)制器構(gòu)成，輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號(hào)I(t)和Q(t)，然后對(duì)cosωct和sinωct進(jìn)行調(diào)制，相加后即得QPSK信號(hào)。</p><p>　　在

90、大多數(shù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，各種載波鍵控信號(hào)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(hào)相乘（即進(jìn)行相干），得到同相和正交兩路基帶信號(hào)。</p><p>　　圖4.11 QPSK調(diào)制框圖</p><p>　　圖4.12 QPSK解調(diào)框圖</p><p>　　在已經(jīng)用MATLAB對(duì)PSK調(diào)制

91、解調(diào)進(jìn)行仿真和研究之后，我掌握了查閱資料的方法也積累了一些心得。所以在理解了QPSK的調(diào)制解調(diào)原理之后，再著手用MATLAB對(duì)QPSK進(jìn)行仿真和研究，就顯得稍微輕松了一點(diǎn)，PSK仿真各部分的構(gòu)思和實(shí)踐，都能對(duì)QPSK的研究和仿真有借鑒作用。</p><p>　　二進(jìn)制基帶信號(hào)的產(chǎn)生方法在用MATLAB對(duì)PSK調(diào)制解調(diào)進(jìn)行研究和仿真時(shí)已經(jīng)深有體會(huì)了，現(xiàn)在面臨第一個(gè)需要解決的問題就串并變換。雖然經(jīng)過對(duì)PSK調(diào)制解調(diào)的

92、仿真和研究，對(duì)MATLAB編程在通信系統(tǒng)中的仿真和應(yīng)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(fèi)了一些周折。</p><p>　　剛開始我考慮在編寫程序時(shí)，用十進(jìn)制的0、1、2、3分別對(duì)應(yīng)四進(jìn)制的00、01、10、11，當(dāng)基帶信號(hào)為不同的值時(shí)，用while和if語句使其分別與相差相位的載波相乘，進(jìn)行調(diào)制。這樣的調(diào)制方法能夠體現(xiàn)出四進(jìn)制00、01、10、11對(duì)應(yīng)載波相位的不同變化，編程

93、仿真后得到的波形如圖4.13示</p><p>　　圖4.13 QPSK調(diào)制波形圖</p><p>　　在圖4.13，能夠用不同的波形體現(xiàn)出0、1、2、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(jìn)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。</p><p>　　后來我拿著源程序去向我的畢業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師梁老師咨詢，梁老師認(rèn)真的

94、聽取了我的想法并解讀了我編寫的源程序后認(rèn)為，這樣雖然能夠體現(xiàn)0、1、2、3對(duì)應(yīng)的不同波形變化，但是和基本原理不符合，建議我另外選取編寫調(diào)制程序的方法，要求最好能嚴(yán)格按照QPSK的調(diào)制解調(diào)原理編寫源程序。聽取了畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師的意見和建議后，我認(rèn)為老師的意見和建議非常有道理，也非常合理。于是，我再次認(rèn)真看了幾遍QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，在加深了對(duì)QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理理解之后，我開始嘗試按照它的基本調(diào)制解調(diào)原理編寫程序。</p

95、><p>　　首先面臨的一個(gè)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(shí)現(xiàn)了串并變換。串并變化實(shí)現(xiàn)語句如下：</p><p>　　bit_in = randint(1e3, 1, [0 1]);</p><p>　　bit_I = bit_in(1:2:1e3);</p><p>　　bit_Q = bit_

96、in(2:2:1e3);</p><p>　　data_in=-2*bit_in+1;</p><p>　　data_I = -2*bit_I+1;</p><p>　　data_Q = -2*bit_Q+1;</p><p>　　上述程序首先是用randint(1e3, 1, [0 1])隨機(jī)產(chǎn)生1000個(gè)離散的0、1基帶信號(hào)，即輸入比特b

97、it_in，然后對(duì)bit_in進(jìn)行串并變換。由于隨機(jī)產(chǎn)生的是步長為1的離散基帶信號(hào)，串并變換就是要把奇次波和偶次波分開。所以可以用奇次波bit_I = bit_in(1:2:1e3)，偶次波bit_Q = bit_in(2:2:1e3)來實(shí)現(xiàn)串并變換。bit_I從1開始，步長為2，到1000結(jié)束，剛好能把基帶信號(hào)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(hào)的所有偶次比特全部表示出來。

98、通過這三句語句就可以實(shí)現(xiàn)串并變換了。</p><p>　　由于隨機(jī)產(chǎn)生的是0、1基帶信號(hào)，而我們希望QPSK的基帶信號(hào)最好能是雙極性的，所以data_in=-2*bit_in+1就是實(shí)現(xiàn)把隨機(jī)產(chǎn)生的0、1基帶信號(hào)變換成隨機(jī)產(chǎn)生的+1、-1信號(hào)。同樣，data_I = -2*bit_I+1和 data_Q = -2*bit_Q+1也是實(shí)現(xiàn)分別把I和Q支路的0、1信號(hào)變換成+1、-1信號(hào)。</p>&l

99、t;p>　　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4.14所示</p><p><b>　　圖4.14</b></p><p>　　剛開始得到這個(gè)圖形時(shí)，把我嚇了一跳。怎么會(huì)是這種圖形呢，不是應(yīng)該是矩形波的嗎？我心理產(chǎn)生了一個(gè)大

100、大的疑問，我甚至懷疑是不是方法除了問題。由于有了前面的經(jīng)驗(yàn)，我冷靜下來，仔細(xì)演算了我的程序，覺得它確實(shí)是應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)串并變換的，怎么會(huì)得出這么奇怪的波形呢。應(yīng)該是什么問題呢？我反復(fù)的看程序，同時(shí)反復(fù)的問自己，最后我確定我的仿真程序前面部分肯定是沒有問題的，問題只可能是出在畫圖指令plot上面。有了這個(gè)判斷之后，我開始查閱和MATLAB仿真研究相關(guān)的書籍，仔細(xì)閱讀研究有關(guān)plot的作用、用法及使用規(guī)則。通過認(rèn)真查閱資料和自己認(rèn)真的思考，我

101、知道編程的錯(cuò)誤出在哪里了。</p><p>　　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(xué)探討，覺得應(yīng)該用另一種畫圖方法來表示隨機(jī)產(chǎn)生的離散信息。通過查閱MATLAB軟件指令介紹的書籍，我了解到應(yīng)該用二維桿圖即stem指令來畫出它們的圖形。確定用二維桿圖來畫出它們的圖形后，我上機(jī)調(diào)試，把plot(t,data_in)、plot(t,

102、data_I)、plot(t,data_Q)改成stem(t,data_in)、stem (t,data_I)、stem (t,data_Q),運(yùn)行后得到的波形如圖4.15示</p><p>　　圖4.15 QPSK基帶源信號(hào)和串并變換后I、Q支路信號(hào)</p><p>　　從圖4.15到波形可以看出，該程序已經(jīng)很好的實(shí)現(xiàn)的串并變換。攻克了串并邊換這個(gè)問題后，我信心更加充足了，馬上進(jìn)入I、Q

103、支路載波調(diào)制的思考。在構(gòu)思I、Q支路載波調(diào)制的程序?qū)崿F(xiàn)的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，就是使用圖4.15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(gè)步驟的波形變換。那能不能把二維桿圖變成矩形波來顯示呢，又如何用MATLBA變成語言來實(shí)現(xiàn)呢，這些問題就出現(xiàn)在我的腦海中。我覺得為了便于QPSK調(diào)制解調(diào)經(jīng)過個(gè)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(gè)過程，我覺的有必要把二維桿圖轉(zhuǎn)換成矩形波來顯示。于是我就決定先把

104、載波調(diào)制放一放，先思考如何才能用MATLAB編程語言把二維桿圖轉(zhuǎn)換成矩形波來顯示。有了確定的想法后，馬上動(dòng)手去查閱資料，和同學(xué)討論，找指導(dǎo)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(jī)調(diào)試，用實(shí)際的編程實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證自己的想法到底行不行得通。收集了足夠的信息后，我開始嘗試上機(jī)調(diào)試，</p><p>　　經(jīng)過反復(fù)的上機(jī)調(diào)試，得到了如圖4.16示波形</p><p><b>

105、　　圖4.16</b></p><p>　　用MANLAB編程得到這個(gè)圖形后，我覺得不是很滿意，因?yàn)樵?1、-1間跳變的時(shí)候有延時(shí)。我把我編寫的MANLAB程序拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師處，把這個(gè)波形畫給老師看了之后，老師也建議我想辦法改善這個(gè)波形，并且給了一些很好的意見和建議。后來經(jīng)過不斷嘗試、調(diào)試，得到如圖4.17示波形</p><p>　　圖4.17 QPSK基帶源信號(hào)和串并變

106、換后I、Q支路的矩形波顯示</p><p>　　得到這個(gè)波形之后，可以接著思考I、Q支路載波調(diào)制的MATLBA軟件程序?qū)崿F(xiàn)。我首先考慮的就是如何在I、Q支路載波中實(shí)現(xiàn)載波的90度相位差，在調(diào)試過程中，我發(fā)現(xiàn)cos函數(shù)和sin函數(shù)就剛好有90度的相位差。也就是說用cos函數(shù)乘以I支路信號(hào)，用sin函數(shù)乘以Q支路信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)，再用相加器把得到的I、Q支路載波調(diào)制后信號(hào)合成就可以得到QPSK已調(diào)信號(hào)了。得到的波形如圖

107、4.18示</p><p>　　圖4.18 I、Q支路載波調(diào)制后信號(hào)及QPSK已調(diào)信號(hào)</p><p>　　用MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制之后，開始著手QPSK的解調(diào)程序?qū)崿F(xiàn)。從解調(diào)原理圖可以看出，要實(shí)現(xiàn)QPSK解調(diào)，首先要實(shí)現(xiàn)載波恢復(fù)，載波恢復(fù)后要進(jìn)行積分，然后進(jìn)行抽樣判決，再進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，就可以得到QPSK解調(diào)信號(hào)。得到的信號(hào)波形如圖4.19示</p><p