16PSK系統(tǒng)性能的仿真

1、.1成 績 評(píng) 定 表學(xué)生班級(jí)*專 業(yè)課程設(shè)計(jì)題目16PSK系統(tǒng)仿真評(píng)語組長簽字：成績?nèi)掌?01 年月日.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院專 業(yè)學(xué)生班級(jí)*課程設(shè)計(jì)題目16PSK系統(tǒng)仿真實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):利用MATLAB/Simulink進(jìn)展編程和仿真，仿真的容是16PSK系統(tǒng)性能仿真，并設(shè)置其相關(guān)參數(shù)，要現(xiàn)16PSK在高斯白噪聲信道下信號(hào)的星座圖和誤碼率的性能。工作方案與進(jìn)度安排:2021 年 03月09 日 選題目查閱資料2021 年03月10 日 編寫軟件源程序或建立仿真模塊圖2021 年 03月11 日 調(diào)試程序或仿真模型2021 年 03月12 日 性能分析及驗(yàn)收2021 年 03月13 日

2、撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告、辯論指導(dǎo)教師：201年月日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201年 月日學(xué)院教學(xué)副院長：201年月日.1摘 要針對(duì)16PSK調(diào)制解調(diào)在加性高斯白噪聲信道下的性能，本次課程設(shè)計(jì)基于MATLAB的Simulink模塊進(jìn)展了16PSK系統(tǒng)性能的仿真，該仿真應(yīng)用了16PSK調(diào)制與解調(diào)器模塊、高斯白噪聲通道模塊、眼圖與誤碼率分析模塊，通過設(shè)置相關(guān)參數(shù)，得到了16PSK在高斯白噪聲通道下的信號(hào)星座圖、信號(hào)波形圖及其誤碼率，該仿真結(jié)果在16PSK信元不等概率出現(xiàn)下得到，驗(yàn)證了16PSK在高斯白噪聲通道下信號(hào)的抗噪聲能力。關(guān)鍵詞：16PSK；MATLAB；Simulink；調(diào)制與解調(diào).1目 錄 TOC o 1-

3、3 h z u HYPERLINK l _Toc27797 1.課程設(shè)計(jì)目的 PAGEREF _Toc27797 1 HYPERLINK l _Toc13438 2.課程設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc13438 1 HYPERLINK l _Toc32084 3.相關(guān)知識(shí) PAGEREF _Toc32084 1 HYPERLINK l _Toc332 3.1 MATLAB 簡介 PAGEREF _Toc332 1 HYPERLINK l _Toc22889 3.1.1 根本功能 PAGEREF _Toc22889 1 HYPERLINK l _Toc26293 3.1.2 MATLAB 產(chǎn)

4、品應(yīng)用 PAGEREF _Toc26293 2 HYPERLINK l _Toc30939 3.1.3 MATLAB 特點(diǎn) PAGEREF _Toc30939 2 HYPERLINK l _Toc25467 3.1.4 MATLAB系列工具優(yōu)勢 PAGEREF _Toc25467 2 HYPERLINK l _Toc4822 3.2 16進(jìn)制相移鍵控調(diào)制仿真 PAGEREF _Toc4822 3 HYPERLINK l _Toc32710 4.課程設(shè)計(jì)分析 PAGEREF _Toc32710 4 HYPERLINK l _Toc11748 4.1 MPSK的概念 PAGEREF _Toc117

5、48 4 HYPERLINK l _Toc21232 4.2 16PSK調(diào)制解調(diào) PAGEREF _Toc21232 5 HYPERLINK l _Toc27399 4.2.1 16PSK PAGEREF _Toc27399 5 HYPERLINK l _Toc3262 4.2.2 16PSK調(diào)制解調(diào)框圖 PAGEREF _Toc3262 6 HYPERLINK l _Toc10903 5仿真 PAGEREF _Toc10903 6 HYPERLINK l _Toc17730 5.1 16PSK仿真模塊建模 PAGEREF _Toc17730 6 HYPERLINK l _Toc24844 5

6、.2相關(guān)參數(shù)設(shè)置PAGEREF _Toc24844 7 HYPERLINK l _Toc12544 5.3 仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc12544 9 HYPERLINK l _Toc25372 6.結(jié)論 PAGEREF _Toc25372 10 HYPERLINK l _Toc782 7.參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc782 12.116PSK系統(tǒng)仿真1.課程設(shè)計(jì)目的1根據(jù)題目，查閱有關(guān)資料，掌握16進(jìn)制相移鍵控的根本原理。2學(xué)習(xí)MATLAB軟件，掌握MATLAB中元器件使用及參數(shù)的設(shè)置。3鍛煉我們分析問題和解決問題的能力同時(shí)對(duì)我們進(jìn)展良好的獨(dú)立工作習(xí)慣和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)為今后參加科

7、學(xué)工作打下良好的根底2.課程設(shè)計(jì)要求1掌握相移鍵控的相關(guān)知識(shí)、概念清晰。2掌握MATLAB使用方法，利用軟件繪制圖像。3程序設(shè)計(jì)合理、能夠正確運(yùn)行。3.相關(guān)知識(shí)3.1 MATLAB 簡介3.1.1 根本功能MATLAB是很實(shí)用的數(shù)學(xué)軟件它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值運(yùn)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)展運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)立用戶界面、連接接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的根本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成一樣的

8、事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)展下載就可以用。3.1.2 MATLAB 產(chǎn)品應(yīng)用MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)展以下各種工作： 數(shù)值分析 數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 工程與科學(xué)繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 3.1.3 MATLAB 特點(diǎn)此高級(jí)語言可用于技術(shù)計(jì)算 此開發(fā)環(huán)境可對(duì)代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)展管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問題 二維和三維圖形函

9、數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) 各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 3.1.4 MATLAB系列工具優(yōu)勢1友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備

10、的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)展出錯(cuò)原因分析。 2簡單易用的程序語言MATLAB一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)構(gòu)造、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序M文件后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C語言根底上的，因此語法特征與C語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。

11、 3強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。 3.2 16進(jìn)制相移鍵控調(diào)制仿真 為了提高通信系統(tǒng)的頻帶利用率，多元數(shù)字調(diào)制是一個(gè)重要的途徑。一樣的碼元寬度占據(jù)一樣頻帶寬度的資源，多元調(diào)制情況下一個(gè)符號(hào)(碼元)代表了假設(shè)干比特的信息。一樣資本資源下，傳輸了更多信息。提高頻帶利用率是以

12、降低功率利用率為代價(jià)的。一樣的發(fā)射功率下，信號(hào)空間中元數(shù)越多，各個(gè)信號(hào)之間的距離越小，抗干擾能力越差。因?yàn)橐粯拥脑肼暪β适剐盘?hào)偏離原有位置一樣的距離，信號(hào)之間的距離俞小接收時(shí)判錯(cuò)的概率越大。為了降低誤碼率，只有提高發(fā)射功率。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備等場合提高功率又是難以實(shí)現(xiàn)的。工程實(shí)踐中應(yīng)權(quán)衡二者的關(guān)系。應(yīng)用仿真的方法，可以得出多元調(diào)制情況下頻帶利用率，功率利用率，誤碼率與調(diào)制方式，傳輸環(huán)境之間的定量關(guān)系，為系統(tǒng)規(guī)劃，設(shè)計(jì)提供有參考的價(jià)值的信息。 4.課程設(shè)計(jì)分析4.1數(shù)字通信原理通信系統(tǒng)是為了有效可靠的傳輸信息，信息由信源發(fā)出，以語言、圖像數(shù)據(jù)為媒體,通過電(光)信號(hào)將信息傳輸，由信宿接收。通信系統(tǒng)又可

13、分為數(shù)字通信與模擬通信。實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，必須使發(fā)送端發(fā)出的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，這個(gè)過程稱為“模數(shù)變換。信源信源編碼信道編碼調(diào)制信道解調(diào)信道解碼信源解碼信宿噪聲圖4.1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖圖4.1是數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖，其中模擬信號(hào)數(shù)字化最根本的方法有三個(gè)過程，第一步是“抽樣，就是對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)展離散化處理，通常是以相等的時(shí)間間隔來抽取模擬信號(hào)的樣值。第二步是“量化，將模擬信號(hào)樣值變換到最接近的數(shù)字值。因抽樣后的樣值在時(shí)間上雖是離散的，但在幅度上仍是連續(xù)的，量化過程就是把幅度上連續(xù)的抽樣也變?yōu)殡x散的。第三步是“編碼，就是把量化后的樣值信號(hào)用一組二進(jìn)制數(shù)字代碼來表示，最終完成模擬信號(hào)的數(shù)字化。4

14、.2 MPSK原理MPSK即多進(jìn)制相移鍵控，又稱為多相制。這種鍵控方式是多進(jìn)制鍵控的主要方式。在M進(jìn)制的相移鍵控信號(hào)，用M個(gè)相位不同的載波分別代表M個(gè)不同的符號(hào)。如果載波有2n個(gè)相位，它可以代表n位二進(jìn)制碼元的的不同組合的碼組。多進(jìn)制相移鍵控也分為多進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控和多進(jìn)制相對(duì)相移鍵控。在MPSK信號(hào)中，載波相位有M種可能取值，qn=2n/M(n=1,2,M) (4.1)因此MPSK信號(hào)可表示為S(t) = cos(0t+n) = cos (0t+2n/M) (4.2)假設(shè)載波頻率是基帶信號(hào)速率的整數(shù)倍，則上式可改寫為S(t)=g(t-nTs)cos(0t+n)=cos0tg(t-nTs)co

15、sn-sin0tg(t-nT)sinn (4.3)式中g(shù)(t)是高度為1、寬度為Ts的矩形脈沖。式中說明，MPSK信號(hào)可等效為兩個(gè)正交載波的MASK信號(hào)之和。所以，MPSK信號(hào)的帶寬和MASK信號(hào)的帶寬一樣。因此，MPSK系統(tǒng)是一種高效率的信息傳輸方式。但是，當(dāng)M的取值增加時(shí)，載波間的相位差也隨之減少，這就使它的抗噪聲性能變差。16PSK (16 Phase Shift Keying 16移相鍵控) 是一種相位調(diào)制算法。相位調(diào)制調(diào)相是頻率調(diào)制調(diào)頻的一種演變，載波的相位被調(diào)整用于把數(shù)字信息的比特編碼到每一詞相位改變相移。16PSK中的PSK表示使用移相鍵控方式，移相鍵控是調(diào)相的一種形式，用于表達(dá)

16、一系列離散的狀態(tài)，16PSK對(duì)應(yīng)16種狀態(tài)的PSK。如果是其一半的狀態(tài)，即8種，則為EPSK，如果是其2倍的狀態(tài)，則為32PSK。4.3 16PSK調(diào)制解調(diào)4.3.1 16PSK圖4.24位比特信息到16PSK符號(hào)的映射關(guān)系16PSK16進(jìn)制相移鍵控是用載波的16種不同相位表示不同的數(shù)字信息的一種調(diào)制技術(shù)。如圖4.2是4位比特信息到16PSK付好的映射關(guān)系圖，16PSK調(diào)制的16個(gè)矢量端點(diǎn)均勻分布在圓上，其數(shù)學(xué)表達(dá)式包括同相分量和正交分量兩局部。16PSK是將輸入的二進(jìn)制信號(hào)序列經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換每次將一個(gè)4位的碼元映射為一個(gè)符號(hào)的相位，因此符號(hào)速率為比特率的1/4。4.2.2 16PSK調(diào)制解調(diào)框

17、圖圖4.3 16PSK調(diào)制框圖圖4.3是16PSK的調(diào)制框圖，框圖由一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)，經(jīng)過串/并變換模塊分為4個(gè)比特碼元，碼元信號(hào)經(jīng)過變換轉(zhuǎn)為兩個(gè)八電平序列，在經(jīng)過兩個(gè)成型濾波器與正弦信號(hào)相乘，最終得到16PSK信號(hào)。 圖4.4 16PSK最正確接收框圖 在接收端要得到最正確的16PSK信號(hào)，通常會(huì)參加積分模塊，如圖4.4所示，r(*)信號(hào)分別與兩個(gè)載波信號(hào)相乘積分，再經(jīng)過最大似然檢測輸出。5仿真5.1 16PSK仿真模塊建模16PSK基帶調(diào)制仿真系統(tǒng)見圖5.1所示：圖5.116PSK基帶調(diào)制仿真1 圖5.1是16PSK系統(tǒng)性能的仿真圖，由信號(hào)發(fā)生器模塊、16PSK調(diào)制解調(diào)器、眼圖儀、星座圖模塊

18、和誤碼率分析模塊組成。并在其中參加倆個(gè)scope模塊以觀察16PSK在含高斯白噪聲情況下與不含高斯白噪聲時(shí)信號(hào)的波形圖，圖中二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過16PSK調(diào)制，參加高斯白噪聲，最后解調(diào)輸出，并計(jì)算其誤碼率。5.2相關(guān)參數(shù)設(shè)置 仿真模塊中元器件需要按照16PSK需求將信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制解調(diào)模塊、高斯白噪聲信道模塊的參數(shù)設(shè)為固定值。圖5.2隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器主要參數(shù)圖5.2是隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器模塊的參數(shù)設(shè)置，其中將多進(jìn)制數(shù)設(shè)為16，初始化種子設(shè)為123456，采樣時(shí)間設(shè)為0.001。圖5.3 MPSK調(diào)制器主要參數(shù)圖5.3是MPSK調(diào)制器主要參數(shù)設(shè)置，其中將多進(jìn)制數(shù)設(shè)為16，相位偏移量設(shè)為pi/16，輸入類型選為

19、整型。圖5.4 AWGN信道的主要參數(shù)圖5.4是AWGN信道的主要參數(shù)設(shè)置。其中將初始化種子設(shè)為6666，模式選為SNR，dB設(shè)為20。5.3 仿真結(jié)果圖5.5 16PSK的信號(hào)圖圖5.5是信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的16進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過16PSK調(diào)制器輸出的信號(hào)。圖5.6 16PSK信號(hào)的星座圖 圖5.6是16PSK信號(hào)的星座圖，圖中是16PSK信號(hào)的4相位表示。圖5.7含高斯白噪聲的信號(hào)星座圖圖5.7是16PSK信號(hào)經(jīng)過加性高斯白噪聲信道后的星座圖。由于經(jīng)過了高斯白噪聲信道后，PSK信號(hào)參加了噪聲，所以其4相位星座圖較之不含高斯白噪聲的16PSK信號(hào)星座圖周圍多了許多點(diǎn)。圖5.8 含高斯白噪聲的16PSK信號(hào)眼圖眼圖是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸特性的有效方法，圖