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(论文(4)

2019-08-29 20:01

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4.4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。 4.2 PSK信号的性能

调制解调完成之后,开始研究PSK信号的性能。 4.2.1 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4.6所示

图4.6 PSK信号功率谱和基带信号功率谱

4.2.2 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4.7所示

图4.7 PSK仿真模型

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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2.25%,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4.8所示,星座图如图4.9所示

图4.8 Simulink中的PSK仿真功率谱 图4.9 Simulink中的PSK仿真星座图

4.3 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1.1所示。图4.10(a)表示π / 2 方式时QPSK信号的矢量图,图4.10(b)表示π / 4 方式的QPSK信号的矢量图。四相调制信号的表达式用式(4.3.1)表示时,相位的在(0,2π )内等间隔地取四种可能相位。由于正弦函数和余弦函数的互补特性,对应于的四种取值,譬如π / 4 ,3π / 4 ,5π / 4 , 7π / 4 ,其幅度与只有两种取值,即± 2 /2。此时,式(4.3.1)恰好表示两个正交的二相调制信号的合成。

QPSK可以表示为:

S(t)?cos(2?fct??k) (4.3.1)

表4.3.1 双比特码元和载波相位的关系 双比特码元 a 0 0 1 1 b 0 1 1 0 A方式 0 载波相位 B方式 ?/4 3?/4 5?/4 7?/4 ?/2 ? 3?/2 随着输入数字序列的变化,Φk 有四种不同的取值。常见的有两种取值系统:

表4.3.2 两种系统的对应相位 ?/2系统 ?/4系统 0 ?/4 ?/2 3?/4 ? 5?/4 3?/2 7?/4

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(a)?/2系统 (b) ?/4系统

图4.10 QPSK星座图

4.3.1 QPSK调制和解调方式

QPSK的调制和解调方式有多种,其中以正交调制方式和相干解调方式应用最为普遍,如图4.11和图4.12所示。

QPSK正交调制器可以看成由两个BPSK调制器构成,输入的串行二进制信息序列经串并变换,分成两路速率减半的序列,电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t),然后对cosωct和sinωct进行调制,相加后即得QPSK信号。

在大多数数字传输系统中,各种载波键控信号几乎都毫无例外的采用正交相干解调的方法,即用cosωct(同相参考载波)和sinωct(正交参考载波)分别和接收到的载波键控信号相乘(即进行相干),得到同相和正交两路基带信号。

图4.11 QPSK调制框图

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图4.12 QPSK解调框图

在已经用MATLAB对PSK调制解调进行仿真和研究之后,我掌握了查阅资料的方

法也积累了一些心得。所以在理解了QPSK的调制解调原理之后,再着手用MATLAB对QPSK进行仿真和研究,就显得稍微轻松了一点,PSK仿真各部分的构思和实践,都能对QPSK的研究和仿真有借鉴作用。

二进制基带信号的产生方法在用MATLAB对PSK调制解调进行研究和仿真时已经

深有体会了,现在面临第一个需要解决的问题就串并变换。虽然经过对PSK调制解调的仿真和研究,对MATLAB编程在通信系统中的仿真和应用也有了一定的熟悉,但在串并变换的MATLAB程序实现的过程中,我还是很费了一些周折。

刚开始我考虑在编写程序时,用十进制的0、1、2、3分别对应四进制的00、01、10、11,当基带信号为不同的值时,用while和if语句使其分别与相差?/2相位的载波相乘,进行调制。这样的调制方法能够体现出四进制00、01、10、11对应载波相位的不同变化,编程仿真后得到的波形如图4.13示

图4.13 QPSK调制波形图

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在图4.13,能够用不同的波形体现出0、1、2、3的不同相位变化,但是没有体现粗QPSK调制解调原理中的串并变换,并且进行QPSK调制后,解调也发生了困难,难以编写解调程序。

后来我拿着源程序去向我的毕业毕业设计指导老师梁老师咨询,梁老师认真的听取了我的想法并解读了我编写的源程序后认为,这样虽然能够体现0、1、2、3对应的不同波形变化,但是和基本原理不符合,建议我另外选取编写调制程序的方法,要求最好能严格按照QPSK的调制解调原理编写源程序。听取了毕业设计指导老师的意见和建议后,我认为老师的意见和建议非常有道理,也非常合理。于是,我再次认真看了几遍QPSK调制解调的基本原理,在加深了对QPSK调制解调的基本原理理解之后,我开始尝试按照它的基本调制解调原理编写程序。

首先面临的一个问题就是串并变换,经过反复的尝试,最终找到一种比较简单易懂的MATLAB语句实现了串并变换。串并变化实现语句如下: bit_in = randint(1e3, 1, [0 1]); bit_I = bit_in(1:2:1e3); bit_Q = bit_in(2:2:1e3); data_in=-2*bit_in+1; data_I = -2*bit_I+1; data_Q = -2*bit_Q+1;

上述程序首先是用randint(1e3, 1, [0 1])随机产生1000个离散的0、1基带信号,即输入比特bit_in,然后对bit_in进行串并变换。由于随机产生的是步长为1的离散基带信号,串并变换就是要把奇次波和偶次波分开。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)来实现串并变换。bit_I从1开始,步长为2,到1000结束,刚好能把基带信号的所有奇次比特全部表示出来,而bit_Q从2开始,步长为2,到1000结束,也刚好能把基带信号的所有偶次比特全部表示出来。通过这三句语句就可以实现串并变换了。

由于随机产生的是0、1基带信号,而我们希望QPSK的基带信号最好能是双极性的,所以data_in=-2*bit_in+1就是实现把随机产生的0、1基带信号变换成随机产生的+1、-1信号。同样,data_I = -2*bit_I+1和 data_Q = -2*bit_Q+1也是实现分别把I和Q支路的0、1信号变换成+1、-1信号。

由于用randint产生的是离散信源,如果用plot画出来的波形,即plot(t,data_in)、plot(t,data_I)、plot(t,data_Q);得到的波形如图4.14所示


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