基于-MATLAB移动通信中数字调相技术研究报告仿真毕业设计论文-论文

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1、-本科生毕业论文(设计)基于MATLAB的移动通信中数字调相技术的研究与仿真 院 系电信学院 专 业通信工程 班 级05通信一班学 号0612050536 学 生 姓 名恩博 联 系 方 式指 导 教 师 静 职称：讲师2021年5月6日摘要在日常的生活中，通信是人们用来传递信息的方式。随着数字系统的飞速开展,对数字系统的性能和调制解调技术要求也越来越高。同时，由于计算技术的开展，通信系统的仿真已日益普遍，已逐渐成为今天设计和分析通信系统的主要工具。本次设计将使用MATLAB软件设计函数和Smulink建模对数字调相技术进展仿真和研究。本文首先介绍了通信系统的组成、MATLAB的使用以及Sim

2、ulink模块的组建。然后深入分析了PSK、QPSK、OQPSK的调制解调原理，熟悉了原理后，用MATLAB编程和Simulink对它们进展仿真和研究。本设计主要实现PSK、QPSK、OQPSK调制解调过程的仿真，并分析它们的性能差异。关键词：MATLAB；调制解调；PSK；QPSKAbstractIn the daily life, munication is very important for us. Along with development of digital system the technical criterion of modulation and demodulatio

3、n will be adjusted to meet higher requirement.At the same time, because of the development of the puting technology, the simulation ofthe munication system has been already popular day by day, it already is main tool of design and analyses system of munication today.This design will use the MATLAB s

4、oftware design function and the simulink modelling carries on the simulation and the research for Phase modulation technology.This article discusses the position of munications system,the use of MATLAB and brief introduction of the module of Simulink.And then thorough analysis the principle modulati

5、on & 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 & demodulation ,and analyzes their performance difference.Key words：MATLAB; Modulation and demodulation; PSK；QPSK目 录引言11 绪论21.

6、1 课题研究的意义21.2 国外研究及开展情况21.3 本课题主要容 42 通信系统和调相信号研究及MATLAB简介42.1通信系统的组成42.1.1数字通信系统52.2 调相技术的初步研究62.3 MATLAB和Simulink简要介绍73 研究和仿真的要求83.1研究和仿真的任务83.2研究和仿真的技术要求83.3 课题的主要工作流程84 研究和仿真的构思和理论84.1 PSK信号的调制解调及其原理94.2 PSK信号的性能134.2.1 PSK信号的频谱134.2.2 PSK信号的误码率和星座图134.3 QPSK信号的调制解调及其原理144.3.1 QPSK调制和解调方式154.4 Q

7、PSK信号的性能204.4.1 QPSK信号和PSK信号的功率谱比拟204.4.2 QPSK误码率和星座图244.5 OQPSK信号的调制解调及其原理245 PSK、QPSK、OQPSK三种调制解调方式的比拟265.1不同性噪比下误码率的比拟265.2不同性噪比下星座图的比拟266 总结及心得体会28辞 29参考文献 30. z-. z-引言在这样一个信息化的社会，通信是很重要的，尤其是移动通信在现代化进程中起到的巨大作用是不容质疑的。移动通信可以说从1897 MG马可尼所完成的无线通信试验之日就产生了，当时的试验是在固定站与一艘拖船之间进展的，距离为18海里。移动通信的开展走过了一段很漫长的

8、路程。通信信号处理方式也从模拟向数字通信转变。同时通信系统已经由单一的硬件系统转向与软件的结合。随着通信技术的开展，信号处理方面硬件设计与专业软件设计结合日趋严密，已经有一些公司开发出专业数字信号处理软件。比拟优秀而且得到广阔技术人员认可的有MATLAB。MATLAB 是Matri* Labotratory(矩阵实验室)的缩写，最初由美国Cleve Moler博士在20 世纪70 年代末讲授矩阵理论和数据分析等课程编写的软件包Linkpack 与Eispack 组成，旨在使使应用人员免去大量经常重复的矩阵运算和根本数学运算等烦琐的编程工作。MATLAB 作为一种仿真平台，提供了强大的功能，设计

9、者可以自己设计函数，同时也可以调用Toolbo* 里的函数调用。MATLAB等优秀软件使仿真技术得到很好的应用。通过对通信过程的仿真，我们就可以在低本钱的条件下检测*一个方案是否能够实现，是否有更好的方案可以代替原来的方案，这样对通信的研究就站在了一个更高的起点，使通信技术的开展日新月异，近十年来手机的普及率的迅速提高就从侧面反映移动通信技术的开展。现代移动通信系统的开展是以多种先进的通信技术为根底开展起来的。移动通信的主要根本技术包括调制技术、移动信道中电波的传播特性、多址方式、抗干扰技术以及组网技术。在移动通信中，数字调制解调技术是关键技术，其中数字调相信号具有数字通信的诸多优点,在数字移

10、动通信中，广泛使用它来传送各种控制信息。本文就是通过使用MATLAB软件来仿真研究数字通信中常用的几种调相方式：2PSK、QPSK、OQPSK等，分析各种调相信号的产生原理以及抗干扰性能。1 绪论1.1 课题研究的意义随着科学技术的开展，系统建模和仿真技术已经日益成为现代各领域，特别是理工科各专业进展科学探索、系统可行性研究和工程设计不可缺少的重要环节。仿真技术在今天的通信领域是一个非常重要的技术手段。随着通信技术的开展, 通信系统的构造和规模越来越复杂, 基于通信系统的应用也越来越多样化, 单纯地依靠经历进展通信系统的规划和设计、通信设备的研发以及通信网络协议的开发, 已经不能适应现代通信的

11、开展需要。因而急需一种科学的手段来反映和预测网络的性能, 这导致了仿真技术的应运而生。要规划和设计一个性能完善的通信系统,光靠理论计算或凭个人的组网经历是无法完成的。如果在真实的网络环境中进展通信性能研究、网络规划、设计和开发,不仅耗资大,而且在统计数据的收集和分析上也有一定困难。通信仿真技术是通过在计算机中构造虚拟的环境来反映现实的通信网络环境, 模拟现实中的通信网络行为, 从而可以有效提高通信网络规划和设计的可靠性和准确性, 明显降低通信系统的投资风险, 减少不必要的投资浪费。通过仿真软件来模拟和估算通信系统的性能,通过模拟和仿真来调整一些通信系统的参数以期到达最正确的使用效果具有非常重大

12、的意义。在本课题中，用国际控制界公认的标准仿真软件MATLAB来仿真移动通信系统各种数字调制解调技术中，具有数字通信的诸多优点,广泛使用它来传送各种控制信息的数字调相信号，比拟不同调相计术之间的性能差异。1.2 国外研究及开展情况MATLAB名字是由MATri*和LABoratory两词的前3个字母组合而成。20世纪70年代后期，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的通俗易用的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。经过几年的校际流传，在Little的推动下，由Lit

13、tle、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场，从这时起，MATLAB的核采用C语言编写，而且除了原有的数值计算功能外，还新增加了数据视图功能。MATLAB以商品形式出现后短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先在控制领域里的封闭式软件包纷纷淘汰，而改在MATLAB平台上重建。1993年，MathWorks公司推出了基于Windows平台的MATLAB 4.0，在继承和开展起原有的数值计算和图形可视能力的同时，推出了SIMULIKE，一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境；推出了符号计算工具包，一个

14、一Maple为引擎的Symbolic Math Toolbo*；构作了Notbook，一个运用DDE和OLE，实现MATLAB与Word的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融合科学计算、图形可视、文字处理为一体的高水准环境。其后MATLAB经过多个版本的不断改良，面向对象的特点愈加突出，数据类型愈加丰富，操做界面愈加友善，在很多科技领域得到广泛应用，对科学技术的开展起到了相当大的推动作用。在我国，传统的仿真技术基于C语言等计算机专业编程工具，编程的工作量极大，仿真程序的可读性、可重用性、可靠性都很难适应复杂的仿真，尤其是很难适应大型复杂通信系统仿真的需要。通信与电子工程师和科技工作者迫切需要

15、一种仿真工具，以摆脱繁杂的编程工作，将精力和时间集中到解决科学问题、提出和验证创新思想和算法上来。MATLAB以及Simulink科学计算、建模和仿真软件正是能适应这一要求的优秀仿真平台软件，并已成为全世界科技工作者共同的学术交流工具以及系统仿真界事实上的工业标准。现在，我国教育科研部门对MATLAB的地位和重要作用也逐渐达成了共识，尤其是在硬件设施有限、科研经费缺乏的情况下，MATLAB的广泛应用必将大大提升我国科教事业的根底研究水平。在移动通信的关键技术之一的调制解调技术领域，数字调制解调技术作为数字蜂窝移动通信系统中空中接口的重要组成局部，它具有抗干扰能力强、易于加密、话音间隙噪声小等优

16、点。目前正在研究的数字调制方式有缓变调频(TFM)、相干移相键控(CPSK)、 四相移相键控(QPSK)、高斯最小移频健控(GMSK)及网格编(TCM)调制方案等，选择适用于具体的移动和个人通信系统的调制方案，要依赖于许多因素，如谱效率特性与同波道干扰的关系、多载波比特率的支持、接收机灵敏度等。目前已用于数字蜂窝无线系统的调制技术可分为两大类：线性调制技术和恒包络调制技术。在当代移动通信中，第三代移动通信系统3G已成为目前通信业的研究热点。第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)

17、的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大为改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的开展潜力。在第二代通信系统中，使用QPSK、OQPSK做为调制解调技术的IS-95系统以其高语音质量、稳定的性能及空中接口的大容量在世界各地广泛配置。 IS-95目前还在不断完善和开展的过程中，高通公司Qualm将致力继续开展IS-95，以便使IS-95保持竞争优势，并过渡到第三代系统。通过研究，在IS-95系统的根底上不断推出新标准。基于IS-95的C

18、dmaOne技术自1995年10月商用实践以来，迅速覆盖国、日本、美国、欧洲和南美洲的一些主要市场，取得了巨大的商业成功，并成为业界公认的过渡到未来3G的技术平台。目前各国上报给国际电联审批的所有3G提案中，绝大多数方案都是基于与IS-95CDMA相近的CDMA技术。1.3 本课题主要容本课题从调相技术的仿真出发，分析并比拟各种调相技术的特性及设计方法，从而得出各种移动通信系统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2PSK、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

19、相技术。本课题要求以数字调制技术为根本理论，分析几种常用的调相技术，进展初步的设计计算，然后通过MATLAB仿真调相信号，进展参数的设置和调整，要求获得各种调相信号的波形和软件编程方法，对其进展数据分析，得出移动通信系统中采用何种调制方式的理论依据。2 通信系统和调相信号研究及MATLAB简介信息的高度开展给整个社会的经济、文化、科研、教育带来了很大的变革，它推动着社会的开展，给人们的工作学习还有生活带来许多的便利。在理论上，通信是怎样一种概念，如何建立通信系统，通信系统有哪些分类，MATLAB对社会的开展以及通信的研究又带来了什么方便，下面将描述性地介绍通信系统的各个方面以及简要的介绍一下M

20、ATLAB软件。2.1 通信系统的组成通信的目的是传输消息。消息具有不同的形式，例如：符号、文字、话音、音乐、数据、图片、活动图象等。而传递消息的方式可以有多种，根据其开展先后我们可以分为电报、 、数据传输以及开展到现在的可视等。而从广义的角度看，播送、电视、雷达、导航、遥测等也可以列入通信的畴。从外表上看来，通信就是将信息从发送端发送出去，从接收端获取信息。但是，在通信模型构造上还是非常复杂的，下列图是一个简单的通信系统模型。信源发送设备信道接收设备信宿噪声源图1.1 简单通信系统一般模型图1.1中，信源信息源，也称发终端的作用是把待传输的消息转换成原始电信号，如系统中机可看成是信源。信源输

21、出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制进展频谱搬移和变换的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开场，具有低通形式，。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。发送设备的根本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号基带信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。 信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含*些设备。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它

22、各处噪声的集合。在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进展解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。信宿也称受信者或收终端是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如机将对方传来的电信号复原成了声音。图 1.1 给出的是通信系统的一般模型，按照信道中所传信号的形式不同，可进一步具体化为模拟通信系统和数字通信系统。2.1.1 数字通信系统信道中传输数字信号的系统，称为数字通信系统。数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。1数字频带传输通信系统数字通信的根本特征是，它的消息或信号 具有 离散或数字的 特性

23、，从而使数字通信具有许多特殊的问题。数字通信中存在以下突出问题：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的过失，原则上是可以控制的。这是通过所谓的过失控制编码来实现的。于是，就需要在发送端增加一个编码器，而在接收端相应需要一个解码器。第二，当需要实现通信时，可对数字基带信号进展 人为 扰乱 加密，此时在收端就必须进展解密。第三，由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号，因而接收端必须有一个与发端一样的节拍，否则，就会因收发步调不一致而造成混乱。另外，为了表述消息容，基带信号都是按消息特征进展编组的，于是，在收发之间一组组的编码的规律也必须一致，否则接收时消息的真正容将无法恢复。

24、在数字通信中，称节拍一致 为 位同步或码元同步，而称编组一致为群同步或帧同步，故数字通信中还必须有同步这个 重要问题。综上所述，点对点的数字通信系统模型一般可用图 1.2 表示。信源加密器编码器调制器信道解调器译码器解密器信宿噪声源同步图1.2 数字频带通信系统的模型图1.3中调制器 / 解调器、加密器 / 解密器、编码器 / 译码器等环节，在具体通信系统中是否全部采用，这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中，如果发端有调制 / 加密 / 编码，则收端必须有解调 / 解密 / 译码。通常把有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。2数字基带传输通信系统与频带传输系统相对

25、应，我们把没有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图 1.3 所示。 信源基带信号形成器信道接收滤波器抽样判决信宿噪声源图1.3 数字基带传输系统模型图1.3中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。3 模拟信号数字化传输通信系统上面论述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字基带信号，实际上，在日常生活局部信号如语音信号为连续变化的模拟信号。则要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发端将模拟信号数字化，即进展 A/D 转换；在接收端需进展相反的转换，即 D/A 转换。实现模拟信号数字化传输的系统如图 1.4 所示。

26、模 拟信息源由抽样、量化、编码组成的模/数转换器数字通信系统数/模转换 器受信者图1.4 模拟信号数字化传输系统2.2 调相技术的初步研究在实际通信中，不少信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的*些参量进展控制，即对基带信号进展调制。调制即是按照调制信号基带信号的变化规律去改变载波*些参数的过程。调制不仅可以对被调制信号进展频谱搬移和扩频，而且对系统的传输有效性和传输可靠性有很大影响，因此，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。在传输脉冲时，传输系统会产生噪声，如果其幅度为反极性并超过脉冲的幅度，则产生误码。在以脉冲调制载波时，也有同样现象产生。但是，在一定的噪声情况下，根据对

27、载波的调制方法和解调方法的不同，误码的发生概率也不同。一般，数字调制方式的选择往往是频带利用率、误比特率、Eb/n0或S/N和设备实现复杂性等因素综合考虑的结果，必须根据具体使用条件进展比拟才能做出判断。数字调制方式有三种：幅度键控、频移键控和相移键控。它们分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。当调制信号为二进制数字信号时，该调制称为二进制数字调制。而当调制信号为多进制数字信号时，则称为多进制数字调制。相移键控有很多方式，如PSK、DPSK、QPSK、OQPSK、pi/4-DQPSK等。本设计重点对PSK、DPSK、QPSK三种方式进展研究和仿真。 2.3 MATLAB和Si

28、mulink简要介绍MATLAB的由来及其开展在1.2小节中已经做了介绍，这里不在重述。下面简要介绍一下MATLAB的几个重要特点。1编程简洁，效率高矩阵和向量运算是工程数学计算的根底，MATLAB 是一种以矩阵为根本变量单元的可视化的程序语言，其根本数据单元是既不需要指定维数、也不需要说明数据类型的矩阵，而且数学表达形式和运算规则与通常的习惯一样。因此，在MATLAB 环境下，数组操作与数的操作一样简单。这使得计算机兼备高级计算机的功能，使用十分方便。2扩展功能强大MATLAB 语言不但提供了科学计算，数据分析与可视化，系统仿真等强大功能，而且还具有扩展的特征。Math Works 公司针对

29、不同领域的应用，推出了自动控制、信号处理、图象处理、模糊逻辑、神经网络、小波分析、通信、最优化、数理统计、偏微分方程、财政金融等30 多个具有专门功能MATLAB 工具箱。在这些工具箱里，除根本函数外，还有初等矩阵和矩阵变换、数值线形代数、多项式运算求根、函数求极限值、数据分析和傅立叶变换，已经*些特殊的矩阵函数和数学函数等，这些函数都可以直接调用。同时，MATLAB 支持用户对其函数进展二次开发，用户的程序可以作为新的函数添加到相应的工具箱中，扩大函数库。3语言简单MATLAB 语言中最根本、最重要的成分是函数。函数可以是数学上的函数，也可以是程序块或子程序，十分丰富，而且便于调试。4绘图功

30、能强大MATLAB 具有强大的二维、三维绘图功能。在程序的运行过程中，可以方便迅速地用图形、图象、声音、动画等多媒体技术直接表述数值计算结果，可以选择不同坐标系，可以设置颜色、线型、视角等。Simulink 是MATLAB 的附加组件，为用户提供了一个建模与仿真平台。其采用了模块组合的方法来创立动态系统的计算机模型，可以比拟快速、准确的实现对系统的建模仿真。Simulink 可以用于模拟线性、非线性系统，连续系统、非连续系统，同时适用于混合系统。并且 提供了图形动画处理方法，以使用户可以较为直观的观察到整个仿真过程。Simulink 还提供了一种供用户进展功能扩展的函数规则S 函数，S 函数可

31、以是一个C 文件、M 文件、C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S-FUNCTION 模块对其进展调用，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。SIMULINK6.5 版本提供了20 多个仿真模型库，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munication 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，分析并比拟各种调相技术

32、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根本理论，分析几种常用的调相技术，进展初步的设计计算，然后通过MATLAB和Simulink仿真调相信号，进展参数的设置和调整，要求获得各种调相信号的波形和软件编程方法，对其进展数据分析，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缺乏。3.1 研究和仿真的任务对PSK、QPSK、O

33、QPSK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展比拟。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。3.2 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。3.3 课题的主要工作流程查阅资料掌握原理学习MATLABMATLAB仿真研究Simulink建 模理论和实际相比拟4 研究和仿真的构思和理论由于PSK的原

34、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。4.1 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 4.1.1其中的统计特性为+1和-1的概率分别为P和1-P，这就是说在其一码元持续时间观察时，为和的概率分别为P和1-P。其调制方框图如图4.1所示。 开关载波移相基带信号得到PSK已调信号 图4.1 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4.2所示PSK

35、已调信号带通滤波 器低通滤波 器抽样判决 器解调后信号抽样时钟(a)PSK已调信号带通滤波 器迟延器低通滤波 器抽样判决 器解调后信号抽样时钟b图4.2 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，我便开场用MATLAB软件上机调试。虽然在开场调试之前，我已经初步了解了一些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历缺乏，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P

36、SK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比照变化。 刚刚开场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教师的指导，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_in,20,1);%data_in为data_in的共轭转置for i=1:1e4 data_in2(i)=data_in1(i);end;t=0:0.1:1e3-

37、0.1;f=0:0.1:1;*rc=0.5+0.5*cos(pi*f);data_in2_rc=conv(data_in2,*rc)/5.5;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;*(n)=randint(1,8192,2);*=*(n);y(n)=zeros(1,8192);z(m)=zeros(1,128);for n=1:8192 for m=1:128 if n=64*m-63 z(m)=*(n); if m=ceil(n/64) y(64*m-63):(64*m)=z(m);

38、endendendendn=1:8192;rm2=y(n);*2=rm2;*0=cos(n.*0.1*1.6);*1=cos(n.*0.1*1.6+pi);*=*1.*2+*0.*2;figure(1)subplot(2,1,1);plot(n,*2);title(基带信号);a*is(0,640,-0.2,1.2);gridsubplot(2,1,2);plot(n,*);title(PSK已调信号);a*is(0,640,-1.2,1.2);grid运行后得到的波形如图4.3所示图4.3 PSK波形调制完成之后，开场考虑解调。在比照各种参考资料之后，按照解调框图，开场编写程序并调试，把整个

39、调制解调过程连接起来，得到的波形如图4.4所示图4.4 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，我开场思考能不能用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，于是我开场上机尝试调试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4.5所示图4.5 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

40、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。刚开场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，而是疑心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，我的毕设指导教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。教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MATLA

41、B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，这样不但浪费了珍贵的时间，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软件进展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

42、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泼，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方法。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则的丰富并且实用。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本钱次毕业设计，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。其实在我刚开场到图书馆时，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。这种做法是错误的，其

43、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，所以我们不用担忧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，借此毕业设计时机，把这个经历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调制解调进展仿真和研究时，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所示的比拟理想的PSK调制解

44、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，开场研究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信号功率谱密度进展仿真的结果如图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的误码率进展计算，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2.2

45、5%，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 / 2 方式时QPSK信号的矢量图,图4.10(b)

46、表示 / 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(0,2 )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 / 4 ,3 / 4 ,5 / 4 , 7 / 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：(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载波相位abA方式B方式000011110随着输入数字序列的变化，k 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系统0系统a系统(b) 系统图4.

47、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cosct和sinct进展调制，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cosct同相参考载波和sinct正交参考载波分别和接收到的载波键控信号相乘即进展相干，得到同相和正交两路基带信号。图4.1

48、1 QPSK调制框图图4.12 QPSK解调框图在已经用MATLAB对PSK调制解调进展仿真和研究之后，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进展仿真和研究，就显得稍微轻松了一点，PSK仿真各局部的构思和实践，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调制解调进展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

49、了一些周折。刚开场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相位的载波相乘，进展调制。这样的调制方法能够表达出四进制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调制波形图在图4.13，能够用不同的波形表达出0、1、2、3的不同相位变化，但是没有表达粗QPSK调制解调原理中的串并变换，并且进展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教师梁教师咨询，梁教师认真的听取了我的想法并解读了我编写的

50、源程序后认为，这样虽然能够表达0、1、2、3对应的不同波形变化，但是和根本原理不符合，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教师的意见和建议后，我认为教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调制解调的根本原理，在加深了对QPSK调制解调的根本原理理解之后，我开场尝试按照它的根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，最终找到一种比拟简单易懂的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 =

51、 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进展串并变换。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开场，步长为2，到100

52、0完毕，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开场，步长为2，到1000完毕，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,dat

53、a_in)、plot(t,data_I)、plot(t,data_Q)；得到的波形如图4.14所示图4.14刚开场得到这个图形时，把我吓了一跳。怎么会是这种图形呢，不是应该是矩形波的吗.我心理产生了一个大大的疑问，我甚至疑心是不是方法除了问题。由于有了前面的经历，我冷静下来，仔细演算了我的程序，觉得它确实是应该能够实现串并变换的，怎么会得出这么奇怪的波形呢。应该是什么问题呢.我反复的看程序，同时反复的问自己，最后我确定我的仿真程序前面局部肯定是没有问题的，问题只可能是出在画图指令plot上面。有了这个判断之后，我开场查阅和MATLAB仿真研究相关的书籍，仔细阅读研究有关plot的作用、用法及使

54、用规则。通过认真查阅资料和自己认真的思考，我知道编程的错误出在哪里了。Plot指令是用来画平面线图的，而randint(1e3, 1, 0 1)产生的是离散的信息，通过在网上查阅资料、和同学探讨，觉得应该用另一种画图方法来表示随机产生的离散信息。通过查阅MATLAB软件指令介绍的书籍，我了解到应该用二维杆图即stem指令来画出它们的图形。确定用二维杆图来画出它们的图形后，我上机调试，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),运行后得到的波形如图4

55、.15示图4.15 QPSK基带源信号和串并变换后I、Q支路信号 从图4.15到波形可以看出，该程序已经很好的实现的串并变换。攻克了串并边换这个问题后，我信心更加充足了，马上进入I、Q支路载波调制的思考。在构思I、Q支路载波调制的程序实现的时候，我发现了一个问题，就是使用图4.15的二维杆图的话并不如使用矩形波那样能够表达QPSK调制解调经过个步骤的波形变换。那能不能把二维杆图变成矩形波来显示呢，又如何用MATLBA变成语言来实现呢，这些问题就出现在我的脑海中。我觉得为了便于QPSK调制解调经过个步骤的波形变化，为了更通俗易懂的表达QPSK调制解调的整个过程，我觉的有必要把二维杆图转换成矩形波

56、来显示。于是我就决定先把载波调制放一放，先思考如何才能用MATLAB编程语言把二维杆图转换成矩形波来显示。有了确定的想法后，马上动手去查阅资料，和同学讨论，找指导教师答疑都是必要的，最重要的就是过后要把资料和想法汇总，上机调试，用实际的编程实现验证自己的想法到底行不行得通。收集了足够的信息后，我开场尝试上机调试，经过反复的上机调试，得到了如图4.16示波形图4.16用MANLAB编程得到这个图形后，我觉得不是很满意，因为在+1、-1间跳变的时候有延时。我把我编写的MANLAB程序拿到毕业设计指导教师处，把这个波形画给教师看了之后，教师也建议我想方法改善这个波形，并且给了一些很好的意见和建议。后

57、来经过不断尝试、调试，得到如图4.17示波形图4.17 QPSK基带源信号和串并变换后I、Q支路的矩形波显示得到这个波形之后，可以接着思考I、Q支路载波调制的MATLBA软件程序实现。我首先考虑的就是如何在I、Q支路载波中实现载波的90度相位差，在调试过程中，我发现cos函数和sin函数就刚好有90度的相位差。也就是说用cos函数乘以I支路信号，用sin函数乘以Q支路信号就可以实现，再用相加器把得到的I、Q支路载波调制后信号合成就可以得到QPSK已调信号了。得到的波形如图4.18示图4.18I、Q支路载波调制后信号及QPSK已调信号 用MATLAB软件编程实现QPSK调制之后，开场着手QPSK

58、的解调程序实现。从解调原理图可以看出，要实现QPSK解调，首先要实现载波恢复，载波恢复后要进展积分，然后进展抽样判决，再进展并串转换，就可以得到QPSK解调信号。得到的信号波形如图4.19示图4.19 QPSK解调过程中各步骤的波形图4.4 QPSK信号的性能用MATLAB软件编程实现了QPSK的调制解调后，它的性能如何呢.和PSK比拟起来有那些性能上的差异，又有那些优缺点呢.下面开场对MATLAB软件对QPSK的性能进展研究和仿真。4.4.1 QPSK信号和PSK信号的功率谱比拟1 对于QPSK，有 4.4.1 式4.4.1中，g(t)为基带波形，为码元宽度，对应有四种取值。St还可以写成

59、4.4.2式4.4.2中St信号含有四种不同的值，与四进制数字信号对应。根据式4.4.2，等概率取值时，可以计算得到QPSK信号的功率谱为 4.4.3式中，=1/=2，Gf为基带波形g(t)的傅立叶变换。对于矩形波基带数字信号，设其幅度为S，码元宽度为，则 4.4.4因而，QPSK信号单边功率谱为 4.4.52 对于PSK，它的功率谱密度可以表示为 4.4.6由于PSK输入的基带信号为双极性矩形基带波形信号，故上式可表示为 4.4.7假设双极性基带波形信号的1与0出现概率相等即P=1/2，则式4.4.7变成 4.4.8又因为g(t)的频谱Gf为 4.4.9所以式4.4.8还可以写成 4.4.10由以上分析可以看出，PSK的功率谱密度同样由离散谱与连续谱两局部组成，但当双极性基带信号以相等的概率P=1/2出现时，将不存在离散谱局部。分析研究完QPSK与PSK的功率谱组成后，开场考虑怎么用MATLAB软件编程实现他们的功率谱波形，分析比拟它们之间的差异以及优缺点。QPSK与PSK的功率谱MATLAB软件比拟程序