基于MATLAB的DPSK通信系統(tǒng)仿真

1、通信原理課程實驗報告基于MATLAB的DPSK通信系統(tǒng)仿真院系： 班級： 學(xué)號： 姓名： 教師：2012年12月7日目錄1 設(shè)計題目·······································

2、·················32 設(shè)計要求································

3、;························33 設(shè)計原理························

4、3;·······························3 3。1 DPSK調(diào)制················

5、3;···································3 3.2 DPSK解調(diào)············

6、3;·······································44 設(shè)計流程·········

7、83;··············································55 代碼實現(xiàn)··&#

8、183;·················································&#

9、183;···5 5。1 基帶信號的獲取············································&

10、#183;··5 5。2 差分編碼·············································

11、83;·······6 5。3 DPSK調(diào)制········································

12、83;··········7 5。4 AWGN信道·····································

13、83;·············8 5.5 限噪處理···································

14、;··················8 5。6 差分相干解調(diào)······························

15、;···················9 5.4 AWGN信道·····························

16、;·····················11 5.7 功率譜密度圖的繪制6 測試結(jié)果·························&

17、#183;·····························12 6.1 調(diào)制解調(diào)正確性的測試·················&#

18、183;······················12 6。2 系統(tǒng)抗噪性能的測試························

19、3;·················147 總結(jié)·······························

20、3;····························178 心得體會····················&#

21、183;··································17附：完整代碼··············

22、·······································181 設(shè)計題目 用MATLAB仿真DPSK通信系統(tǒng)2 設(shè)計要求 基本參數(shù)如下：1) Fc=1800Hz2) Rb=1200bps3

23、) 考慮加入AWGN信道，Eb/N0=20dB4) 自定義一小段信息序列 結(jié)果要求：1) 繪制各階段信號波形2) 繪制信號的PSD3 設(shè)計原理二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調(diào)相，記為2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是只本碼元初相與前一碼元初相之差。3。1 DPSK調(diào)制DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。例如，假設(shè)相位值用相位偏移表示（定義為本碼元初相與前一碼元初相只差),并設(shè)=數(shù)字信息1=0數(shù)字信息0則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如如下:數(shù)字信息：

24、 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK信號相位：0 0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0畫出的2PSK及DPSK信號的波形如圖31所示。圖3-1 2PSK及2DPSK信號的波形2DPSK的產(chǎn)生基本類似于2PSK，只是調(diào)制信號需要經(jīng)過碼型變換，將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa。2DPSK產(chǎn)生的原理框圖如圖22所示1，圖(a）為模擬調(diào)制法，圖（b)為鍵控法. （a） 模擬調(diào)制法 （b) 鍵控法圖3-2 2DPSK信號的調(diào)制原理圖從上面分析可見，無論接收信號是2DPSK還是2PSK信號，單從接收端看是區(qū)分不開的.因此2DPSK信號的功率譜密度和2PSK信號的功率譜密度是完全一樣的.3。2 DPS

25、K解調(diào) DPSK信號可以采用相干解調(diào)法（極性比較法）和差分相干解調(diào)法（相位比較法）.本次設(shè)計采用差分相干解調(diào)法，圖3-3為差分相干解調(diào)法原理圖。差分相干解調(diào)法的思想是直接比較前后碼元的相位差.由于此時的解調(diào)已同時完成了碼變換作業(yè),故無需另加碼變換器。由于這種解調(diào)方法又無需專門的相干載波，故事一種比較實用的方法。圖33 2DPSK差分相干解調(diào)解調(diào)原理圖4 設(shè)計流程 設(shè)計流程如下框圖所示，箭頭上的信號表示實際傳遞的信號名稱。bndn modmodz 差分編碼 DPSK調(diào)制 AWGN信道 BPF對比rBn mt demod 抽樣判決 LPF 延時相乘 差分相干解調(diào)5 代碼實現(xiàn)5。1 基帶信號的獲取

26、利用MATLAB自帶函數(shù)randint 產(chǎn)生定長度的二進制隨機序列sign，為了將sign轉(zhuǎn)換為單極性NRZ信號,要對sign的每個隨機碼進行T點增樣，最后得到基帶數(shù)字信號bn代碼實現(xiàn)如下：% 初始參量定義 %fc=1800; 載波頻率Rb=1200; 基帶數(shù)據(jù)傳輸速率Tb=1/Rb；T=50; 每個Tb內(nèi)進行的增樣點數(shù)M=8; %原始碼字序列的長度N=9； 差分碼字序列的長度sign=randint（1，M）； %產(chǎn)生長度為M的隨機二進制序列SNR=20； 信噪比% 對sign進行T點增樣后的基帶數(shù)字信號 %bn=； for n=1：Mif sign(n）=0； F=zeros（1，T）;e

27、lse F=ones（1，T）;end bn=bn,F；end繪圖5.2 差分編碼 設(shè)差分碼cfm(二進制序列），差分編碼原理為cfmn = bn xor cfmn1 例如，如果 sign= 1 0 0 1 0 0 1 1 ，那么cfm=1 0 0 0 1 1 1 0 1 ； 同時，還要對得到的差分碼cfm進行T點增樣，得到差分信號dn（單極性NRZ信號）。代碼實現(xiàn)如下：% 差分編碼得到差分碼cfm %cfm=；cfm（1）=1; 設(shè)cfm的初值為1for i=1:M cfm（i+1）=xor（sign(i),cfm（i)）;end % 對cfm進行T點增樣 %dn=； 差分信號for n=1

28、:N;if cfm(n）=0; A=zeros(1，T)； 每個symbol進行T點增樣 else A=ones(1,T）； end dn=dn A; end繪圖5.3 DPSK調(diào)制 DPSK調(diào)制由于PSK調(diào)制的主要原因是DPSK調(diào)制解決了“不確定性反相"問題，即DPSK信號通過相鄰時隙載波相位的變化與否來“攜帶”信息。 在代碼實現(xiàn)這一步的過程中,我假設(shè)了一個相鄰時隙相位差變量delta，易知，當(dāng)sign的一個碼字為1時,delta=pi，否則delta=0。通過delta就能反映前后時隙的載波相位變化，進而實現(xiàn)DPSK調(diào)制。代碼實現(xiàn)如下:% DPSK調(diào)制 %t=Tb/T：Tb/T:

29、Tb； %對Tb=1/Rb間隔進行T點劃分mod=cos（2*fc*pi*t）； %調(diào)制后的信號delta=0； 相位差for n=1：Mif sign(n）=1; delta=delta+pi； else delta=delta; end c2=cos（2fcpit+delta）； mod=mod c2; end繪圖5。4 AWGN信道 利用MATLAB自帶函數(shù)awgn實現(xiàn)對已調(diào)信號mod進行加噪處理。代碼實現(xiàn)如下:% 調(diào)制信號過高斯白噪聲的信道 %modz=awgn（mod,SNR）； %過AWGN信道繪圖5。5 限噪處理 利用MATLAB自帶函數(shù)fir1構(gòu)造FIR I型 帶通濾波器，使其

30、對準(zhǔn)信號頻帶，讓信號幾乎無失真通過,同時抑制帶外噪聲，此處取BPF的通帶寬度為2*Rb，中心頻率為fc.（由于設(shè)計的是數(shù)字濾波器，所以不要忘記對頻率進行歸一化處理) 值得注意的是，由于設(shè)計的濾波器是100階，所以通過BPF后的信號會有出現(xiàn)接近于一個symbol寬度的時延。所以在信號modz接入BPF前,要對其進行一個拓寬處理,對modz最后一個symbol進行復(fù)制，得到modz_broad，再接入到BPF上。 同時，不要忘記對從BPF出來的信號r0進行截取，因為r0的第一個symbol是濾波器時延帶來的。代碼實現(xiàn)如下：% BPF %modz_broad=modz modz（(N1）*T+1：N

31、*T)；fs=Rb*T；hBPF=fir1(100，2pifc-Rb fc+Rb/fs）；r0=filter（hBPF,1,modz_broad）；r=r0（T+1：（N+1)T）; %對r0進行截取繪圖5。6 差分相干解調(diào) 差分相干解調(diào)的核心思想是比較兩個相鄰時隙上信號的相位，從而直接還原出信號Bn，分為三步：（1） 延時相乘代碼實現(xiàn)如下：% 延時相乘 %r_shift=r(T+1：NT)；demod=；for i=1:MT； a=r_shift（i) 。* r（i）; demod=demod a；end繪圖(2) LPF利用MATLAB自帶函數(shù)fir1構(gòu)造FIR I型 低通濾波器，此處取L

32、PF的通帶寬度為Rb。 同BPF一樣，由于設(shè)計的濾波器是100階，所以通過LPF后的信號會有出現(xiàn)接近于一個symbol寬度的時延。所以要對信號demod接入LPF前，進行拓寬處理,得到demod_broad，再接入到LPF上。 同樣，不要忘記對從LPF出來的信號mt0進行截取,因為mt0的第一個symbol是濾波器時延帶來的.代碼實現(xiàn)如下：% LPF %demod_broad=demod demod（M1）T+1:MT）hLPF=fir1（100，2pi*Rb/fs）;mt0=filter(hLPF，1,demod_broad）；mt=mt0(T+1:（M+1）*T）； 對mt0進行截取繪圖（

33、3） 抽樣判決 實現(xiàn)思想：對mt一個symbol的T個采樣點進行求和，如果sum大于0，則Bn對應(yīng)這個symbol內(nèi)的所有點的值為1,反之為0。代碼實現(xiàn)如下：% 抽樣判決 %Bn=zeros（1，M*T)； for i=1：M；if sum（ mt（ (i1）*T+1 ：iT ） ） 0； Bn（i1）*T+1：iT）=0； else Bn（(i1）*T+1：iT）=1； endend繪圖從上圖可知，最終經(jīng)DPSK通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)后得到的信號Bn與一開始的基帶數(shù)字信號bn完全一致。5。7 功率譜密度圖的繪制 采用Welch法繪制DPSK調(diào)制信號mod的功率譜密度圖(Power spectrum

34、 magnitude）。選擇適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)w（n）,并再周期圖計算前直接加進去，加窗的優(yōu)點是無論什么樣的窗函數(shù)均可使譜估計非負(fù)。二是在分段時,可使各段之間有重疊，這樣會使方差減小。本設(shè)計中嘗試了三種窗，分別是矩形窗、海明窗和Blacman窗。代碼實現(xiàn)如下：% PSD %window=boxcar(100）； 矩形窗 window1=hamming（100); 海明窗 window2=blackman（100）； %Blackman窗 Nfft=NTRb；noverlap=0; 數(shù)據(jù)無重疊 range=onesided; %計算單邊帶功率譜密度Pxx，f=pwelch（mod,window,nov

35、erlap，Nfft,fs，range）； Pxx1，f=pwelch（mod，window1，noverlap，Nfft，fs,range); Pxx2，f=pwelch(mod，window2，noverlap,Nfft,fs，range)； figure（3)subplot(311）plot（f,Pxx)；axis（0 5000 0 0.0008)；title(rectangular window PSD）；xlabel（'f/Hz）；subplot（312）plot(f，Pxx1）；axis（0 5000 0 0.0006）；title（Hamming PSD）；xlabel(

36、f/Hz）；subplot(313）plot(f,Pxx2)；axis（0 5000 0 0。0006）；title(Blackman PSD')；xlabel（'f/Hz）;繪圖 從第一幅圖即rectangular PSD中可以看出,單邊帶功率譜密度圖的中心頻率大致在1800Hz即載波頻率處，第一零點大致在600Hz和3000Hz,即fcRb和fc+Rb處。6 測試結(jié)果6.1 調(diào)制解調(diào)正確性的測試 在前面我取用了一個特例sign=1 0 0 1 0 0 1 1來說明每一步的正確性.下面利用randint 產(chǎn)生定長度的二進制隨機序列sign,多次運行結(jié)果都顯示最終差分相干解調(diào)得

37、出的信號Bn與基帶數(shù)字信號bn一致，說明此次基于MATLAB設(shè)計的DPSK通信系統(tǒng)能夠成功實現(xiàn)DPSK信號的調(diào)制與解調(diào)。某幾次運行結(jié)果的截圖如下:6。2 系統(tǒng)抗噪性能的測試 在前面調(diào)制解調(diào)正確性的測試中，設(shè)定信噪比SNR=20。下面通過檢驗在不同信噪比值下，系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的正確性，來簡單評定系統(tǒng)的抗噪性能. SNR=10時，正確解調(diào) SNR=5時,正確解調(diào) SNR=2時，正確解調(diào) SNR=1。5時，有誤碼出現(xiàn) 所以，可以定性判斷該系統(tǒng)的抗噪性能良好.7 總結(jié)經(jīng)過兩周的MATLAB課程設(shè)計,我收獲多多?？偨Y(jié)后主要有一下幾點可談1) 良好編程習(xí)慣的培養(yǎng) 我們編程時要有良好的風(fēng)格,源代碼的邏輯簡明清晰

38、，易讀易懂是好程序的重要標(biāo)準(zhǔn)。我的幾點小收獲是：標(biāo)識符命名盡量含義鮮明，適當(dāng)?shù)淖⒔?，注意程序的視覺組織。2) 信息篩查能力的訓(xùn)練 拿到一個課程設(shè)計題目后，應(yīng)該從何下手，如何獲取有效資源、篩查信息,是對個人能力的一種考驗.經(jīng)過這次試驗后，我認(rèn)為首先需要把理論知識弄透徹(尤其是課本上的）,再閱讀別人的設(shè)計報告，重復(fù)別人所做的工作是一種不錯學(xué)習(xí)方法，但是需要懂得去粗取精，提取有效信息，否則會浪費大量時間.3) 調(diào)試思想的建立 這次試驗中我被很多問題難住，卻常常不知如何下手找出錯誤，經(jīng)老師指點后才懂得要按一定方法進行調(diào)試糾錯，結(jié)果這些錯誤常常是一些拼寫錯誤或符號不對稱等小錯。明確整體的架構(gòu),有針對地進

39、行測試。調(diào)試方法多種多樣,但調(diào)試思想的建立卻是最為基礎(chǔ)、根本。8 心得體會 課程實驗是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn),提出，分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。在這兩周的時間里我切切實實的學(xué)到了許多知識，尤其是提高了在MATLAB中的編程能力.回顧起此次通信原理課程實驗,至今我仍感慨頗多，在整整兩周的時間里，我的心情和課程設(shè)計的進展起起伏伏,一度懷疑自己的能力開始否定自己，直到最后把每處都弄通了、達到完美了,心情才真正舒暢開來。 但是，我確實學(xué)到很多很多的的東西，同時鞏固了所學(xué)知識.整個設(shè)計的過程，可以說得是困難重重,這畢竟算是自己第一次獨立完

40、成，在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對軟件不熟悉，動手能力比較欠缺.設(shè)計的過程很糾結(jié)，調(diào)試的過程也很痛苦，但是知識就是在這個過程中學(xué)習(xí)的，經(jīng)驗也是在這個過程中積累的。經(jīng)歷過困難才會有更多的收獲.掌握正確的方法,保持認(rèn)真的作風(fēng)和平和的心態(tài)，這樣才能真正的學(xué)到知識。 這次課程實驗終于完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題,多謝李曉峰老師的耐心講解，從老師的身上我學(xué)到了很多實用的知識，也由衷地慶幸自己能遇到這樣一位好老師,不僅專業(yè)知識扎實,而且品格高尚、謙和有禮，這就是我理想中的好老師.再次感謝李老師。同時,對給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們也表示忠心的感謝。附:完整代碼% DPSK調(diào)制解調(diào) % 初始參量定義 %fc

41、=1800; %載波頻率Rb=1200； 基帶數(shù)據(jù)傳輸速率Tb=1/Rb;T=50； 每個Tb內(nèi)進行的增樣點數(shù)M=8； %原始碼字序列的長度N=9； 差分碼字序列的長度sign=zeros（1，M）；sign=randint(1，N）； 產(chǎn)生長度為M的隨機二進制序列SNR=1。5； 信噪比% 對sign進行T點增樣后的基帶數(shù)字信號 %bn=； for n=1：Mif sign(n)=0； F=zeros(1,T）；else F=ones（1，T）；end bn=bn，F(xiàn)；end% 差分編碼得到差分碼cfm %cfm=；cfm（1）=1； 設(shè)cfm的初值為1for i=1：M cfm(i+1）=

42、xor（sign(i），cfm（i）)；end% 對cfm進行T點增樣 %dn=； 差分信號for n=1：N；if cfm(n）=0； A=zeros（1，T）; 每個symbol進行T點增樣 else A=ones（1，T)； end dn=dn A； end% DPSK調(diào)制 %t=Tb/T：Tb/T：Tb； 對Tb=1/Rb間隔進行T點劃分mod=cos（2fcpi*t）; 調(diào)制后的信號delta=0； 相位差for n=1:Mif sign（n）=1； delta=delta+pi； else delta=delta; end c2=cos(2fc*pit+delta)； mod=mo

43、d c2； end% 調(diào)制信號過高斯白噪聲的信道 %modz=awgn（mod,SNR）； 過AWGN信道% BPF %modz_broad=modz modz（N1）T+1:N*T）;fs=Rb*T；hBPF=fir1(100，2*pi*fc-Rb fc+Rb/fs）;r0=filter(hBPF,1，modz_broad）；r=r0（T+1：（N+1)*T)； %對r0進行截取 延時相乘 %r_shift=r(T+1：N*T）；demod=；for i=1：M*T； a=r_shift（i） . r（i); demod=demod a;end% LPF %demod_broad=demod

44、 demod（M1）T+1：MT）hLPF=fir1（100，2*piRb/fs）;mt0=filter（hLPF，1，demod_broad);mt=mt0(T+1:(M+1）T）; %對mt0進行截取% 抽樣判決 %Bn=zeros（1，M*T）； for i=1:M；if sum（ mt( （i1）T+1 :iT ） ） 0； Bn(i1）T+1：iT）=0； else Bn（(i-1）*T+1:i*T)=1； endend% 畫圖 % figure(1） %figure（1)；subplot（3,3，1）；plot（bn）;grid on;axis（0 TN 2 2）;title(基帶數(shù)字信號bn)；figure（1）；subplot(3,3，2）；plot（dn)；grid on；axis(0 TN -2 2）；title（差分信號dn'）；figure（1）；subplot（3,3，3）;plot（mod);grid on；axis(0 T*N -2 2)；title('DPSK調(diào)制信號mod)；figure（1）;subplot(3，3,4);plot(modz）;grid onaxis（0 TN 2 2);title（'過AWGN信道后的modz信號');figure（1）;subplot（