基于MATLAB的8-PSK的調(diào)制與仿真報(bào)告

1、摘要  在數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式中8PSK是目前最常用的一種數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性、在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單。調(diào)制技術(shù)是通信領(lǐng)域里非常重要的環(huán)節(jié)，一種好的調(diào)制技術(shù)不僅可以節(jié)約頻譜資源而且可以提供好的通信性能。8PSK調(diào)制是一種具有較高頻帶利用率和良好的抗噪聲性能的制方式，在數(shù)字移動(dòng)通信中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。次設(shè)計(jì)在理解8PSK調(diào)制解調(diào)原理的基礎(chǔ)上應(yīng)用MATLAB語(yǔ)言來(lái)完成仿真，仿真8-PSK載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的誤碼率和誤比特率性能，并與理論值相比較。設(shè)符號(hào)周期為1s，載波頻率為10Hz，每個(gè)符號(hào)周期內(nèi)采樣100個(gè)點(diǎn)。在仿真的基礎(chǔ)上分析比較了各種

2、調(diào)制方法的性能，并通過(guò)比較仿真模型與理論計(jì)算的性能證明了仿真模型的可行性。1.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求  仿真8-PSK載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的誤碼率和誤比特率性能，并與理論值相比較。假設(shè)符號(hào)周期為1s，載波頻率為10Hz，每個(gè)符號(hào)周期內(nèi)采樣100個(gè)點(diǎn)并利用M文件仿真。2.相關(guān)理論知識(shí)的論述分析在八相調(diào)相中，把載波相位的一個(gè)周期0-2等分成8種相位，已調(diào)波相鄰相位之差為2/8=/4。二進(jìn)制信碼的三比碼組成一個(gè)八進(jìn)制碼元，并與一個(gè)已調(diào)波的相位對(duì)應(yīng)。所以在調(diào)制時(shí)必須將二進(jìn)制的基帶串行碼流經(jīng)過(guò)串/并變換，變 為 三 比 特 碼 元 ， 然 后 進(jìn) 行 調(diào) 相 。三比特碼元的組合不同，對(duì)應(yīng)的已調(diào)

3、波的相位就不同。3.系統(tǒng)原理及分析  將載波信號(hào)經(jīng)過(guò)8-psk調(diào)制，根據(jù)符號(hào)功率算出平均功率，加入白噪聲后解調(diào)得到誤比特率，誤符號(hào)率，再與理論值進(jìn)行比較。八進(jìn)制移相鍵控(8PSK)調(diào)制。由于8PSK將GMSK的信號(hào)空間從2擴(kuò)展到8，因此每個(gè)符號(hào)可以包括的信息是原來(lái)的4倍。8PSK的符號(hào)率保持在271kbps，每個(gè)時(shí)隙可以得到69.2kbps的總速率，并且仍然能夠完成GSM頻譜屏蔽。對(duì) 于 高 速 傳 輸 ，為 了 提 高 頻 帶 利 用 率，多 采 用 多 進(jìn) 制 調(diào) 制 方 法 ，在 一 個(gè) 波 形 周 期 （0，TS）內(nèi)發(fā)送多個(gè)二進(jìn)制符號(hào)。頻帶利用率能成倍增加。8PSK，載波有（

4、0，p/4，p/2，3p/4，p,5p/4 ，3p/2，7p/4 ）八種不同的初相，可以在一個(gè)波形周期（0，TS）內(nèi)發(fā)送3個(gè)二進(jìn)制符（000，001，010，011，100，101，110，111）。頻帶利用率能達(dá)到6b/S/HZ。由于8PSK信號(hào)幅度不 是 恒 定的，因此，被調(diào)制信號(hào)將不再保持恒定幅度，它必須能夠從任何起點(diǎn)到達(dá)任何相位位置。4.設(shè)計(jì)與仿真4.1 MATLAB軟件的介紹MATLAB 軟件是美國(guó)Math works 公司的產(chǎn)品，MATLAB 是英文MATrix LABoratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室)的縮寫(xiě)

5、。MATLAB軟件系列產(chǎn)品是一套高效強(qiáng)大的工程技術(shù)數(shù)值運(yùn)算和系統(tǒng)仿真軟件，廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的航空航天、汽車(chē)制造、半導(dǎo)體制造、電子通信、醫(yī)學(xué)研究、財(cái)經(jīng)研究和高等教育等領(lǐng)域，被譽(yù)為“巨人肩膀上的工具”。研發(fā)人員借MATLAB軟件能迅速測(cè)試設(shè)想構(gòu)想，綜合評(píng)測(cè)系統(tǒng)性能，快速設(shè)計(jì)更好方案來(lái)確保更高技術(shù)要求。同時(shí)MATLAB也是國(guó)家教委重點(diǎn)提倡的一種計(jì)算工具。 MATLAB主要由C語(yǔ)言編寫(xiě)而成，采用LAPACK 為底層支持軟件包。MATLAB的編程非常簡(jiǎn)單，它有著比其他任何計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言更高的編程效率、更好的代碼可讀性和移植性，以致被譽(yù)為“第四代”計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，MATLAB是所有MathWorks公

6、司產(chǎn)品的數(shù)值分析和圖形基礎(chǔ)環(huán)境。此外MATLAB 還擁有強(qiáng)大的2D和3D甚至動(dòng)態(tài)圖形的繪制功能，這樣用戶(hù)可以更直觀、更迅速的進(jìn)行多種算法的比較，從中找出最好的方案。從通信系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到控制系統(tǒng)、模糊控制等方面來(lái)看，MATLAB提供了大量的面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的工具箱。通過(guò)工具箱，以往需要復(fù)雜編程的算法開(kāi)發(fā)任務(wù)往往只需一個(gè)函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)，而且工具箱是開(kāi)放的可擴(kuò)展集，用戶(hù)可以查看或修改其中的算法，甚至開(kāi)發(fā)自己的算法。目前,MATLAB已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如電子、通信等領(lǐng)域；它已成為國(guó)際上最流行的計(jì)算機(jī)仿真軟件設(shè)計(jì)工具?，F(xiàn)在的MATLAB不

7、再僅僅是一個(gè)矩陣實(shí)驗(yàn)室，而是一種實(shí)用的、功能強(qiáng)大的、不斷更新的高級(jí)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言?，F(xiàn)在從電子通信、自動(dòng)控制圖形分析處理到航天工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)，甚至是財(cái)務(wù)工程。MATLAB都憑借其強(qiáng)大的功能獲得了極大的用武之地。廣大學(xué)生可以使用MATLAB來(lái)幫助進(jìn)行信號(hào)處理、通信原理、線(xiàn)性系統(tǒng)、自動(dòng)控制等課程的學(xué)習(xí)；科研工作者可以使用MATLAB進(jìn)行理論研究和算法開(kāi)發(fā)；工程師可以使用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)與仿真.4.2 仿真程序clear all; close all; n=10000; %每種信噪比下發(fā)送符號(hào)數(shù), T=1; %符號(hào)周期 fs=100; %每個(gè)符號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù) ts=1/fs; %采

8、樣時(shí)間間隔 t=0:ts:T-ts; %時(shí)間矢量fc=10; %載波頻率 c=sqrt(2/T)*exp(j*2*pi*fc*t); %載波信號(hào),sqrt平方根計(jì)算subplot(231); plot(c,'b'); title('載波信號(hào)') c1=sqrt(2/T)*cos(2*pi*fc*t); %同相載波c2=-sqrt(2/T)*sin(2*pi*fc*t); %正交載波M=8; %8PSK graycode=0 1 2 3 6 7 4 5 ; %編規(guī)則graycode格雷碼 SNR=0:15; %信噪比snr1=10.(SNR/10); %信噪比轉(zhuǎn)換

9、為線(xiàn)性值 msg=randint(1,n,M); %生成消息序列 subplot(232); plot(msg); axis(0, 10, 0, 10);title('基帶信號(hào)') msg1=graycode(msg+1); %絕對(duì)碼表示為相對(duì)碼，幅值相位表示 msgmod=pskmod(msg1,M).' %基帶8PSK調(diào)制 subplot(233); plot(msgmod,'y'); title('基帶調(diào)制') tx=real(msgmod*c); %載波調(diào)制 subplot(234); plot(tx); axis(0, 10,

10、-4,4);title('載波調(diào)制') tx1=reshape(tx.',1,length(msgmod)*length(c); %調(diào)整矩陣行數(shù)列數(shù)spow=norm(tx1).2/n; %求每個(gè)符號(hào)的平均功率 for indx=1:length(SNR) sigma=sqrt(spow/(2*snr1(indx); %根據(jù)符號(hào)功率求噪聲功率rx=tx1+sigma*randn(1,length(tx1); %加入高斯白噪聲 rx1=reshape(rx,length(c),length(msgmod); r1=(c1*rx1)/length(c1); %相關(guān)運(yùn)算 r2

11、=(c2*rx1)/length(c2); r=r1+j*r2; y=pskdemod(r,M); %8PSK解調(diào) decmsg=graycode(y+1); err,ber(indx)=biterr(msg,decmsg,log2(M); %誤比特率err,ser(indx)=symerr(msg,decmsg); %誤符號(hào)率 end subplot(235); plot(r,'m'); title('加噪聲后的已調(diào)信號(hào)'); subplot(236); plot(y); axis(0, 10, 0, 10);title('8psk解調(diào)');

12、figure(2) ser1=2*qfunc(sqrt(2*snr1)*sin(pi/M); %理論誤符號(hào)率 ber1=1/log2(M)*ser1; %理論誤比特率semilogy(SNR,ber,'-ko',SNR,ser,'-r*',SNR,ser1,SNR,ber1,'-b.'); title('8-Psk載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的性能') xlabel('Es/No');ylabel('誤比特率和誤符號(hào)率') legend('誤比特率','誤符號(hào)率',&

13、#39;理論誤符號(hào)率','理論誤比特率')4.3仿真結(jié)果5.仿真調(diào)試中出現(xiàn)的錯(cuò)誤及原因和排除方法程序設(shè)計(jì)過(guò)程中的地55行老是提示出現(xiàn)錯(cuò)誤，具體處理如下：經(jīng)過(guò)仔細(xì)排查是semilogy(SNR,ber,'-ko',SNR,ser,'-r*',SNR,ser1,SNR,ber1,'-b.');中的ber開(kāi)始我們弄成了ber1，沒(méi)有與上面出現(xiàn)的ber對(duì)應(yīng)，所以出現(xiàn)仿真結(jié)果不能順利得出。6.總結(jié) 在通信和信息傳輸系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化或電子工程技術(shù)中，調(diào)制和解調(diào)應(yīng)用最為廣泛。本設(shè)計(jì)研究了8PSK的調(diào)制和解調(diào)原理，以及利用MAT

14、LAB對(duì)其調(diào)制和解調(diào)進(jìn)行了編程和編譯仿真，得到的結(jié)論和理論上是一致的。簡(jiǎn)單而且快捷。同時(shí)利用MATLAB中的8PSK的通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究了其傳輸?shù)奶匦?。而調(diào)制和解調(diào)的基本原理是利用信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析和傅里葉變換的基本性質(zhì)，將信號(hào)的頻譜進(jìn)行搬移，使之滿(mǎn)足一定需要，從而完成信號(hào)的傳輸或處理。本課程設(shè)計(jì)主要介紹基于Matlab對(duì)8PSK進(jìn)制的調(diào)制仿真實(shí)現(xiàn)，通過(guò)用MAT LAB仿真8-PSK載波調(diào)制信號(hào)在AWGN信道下的誤碼率和誤比特率性能，并和理論值進(jìn)行了比較。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題、鍛煉實(shí)踐的能力,是對(duì)我們以后的實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和一個(gè)考察過(guò)程。在這次課程設(shè)計(jì)中，我能夠比較系統(tǒng)的了解數(shù)字信號(hào)的載波傳輸，尤其是多進(jìn)制相移監(jiān)