16PSK系統(tǒng)性能的仿真

1、.1成 績 評 定 表學生班級*專 業(yè)課程設計題目16PSK系統(tǒng)仿真評語組長簽字：成績?nèi)掌?01 年月日.1課程設計任務書學 院專 業(yè)學生班級*課程設計題目16PSK系統(tǒng)仿真實踐教學要求與任務:利用MATLAB/Simulink進展編程和仿真，仿真的容是16PSK系統(tǒng)性能仿真，并設置其相關參數(shù)，要現(xiàn)16PSK在高斯白噪聲信道下信號的星座圖和誤碼率的性能。工作方案與進度安排: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 調試程序或仿真模型2021 年 03月12 日 性能分析及驗收2021 年 03月13 日

2、撰寫課程設計報告、辯論指導教師：201年月日專業(yè)負責人：201年 月日學院教學副院長：201年月日.1摘 要針對16PSK調制解調在加性高斯白噪聲信道下的性能，本次課程設計基于MATLAB的Simulink模塊進展了16PSK系統(tǒng)性能的仿真，該仿真應用了16PSK調制與解調器模塊、高斯白噪聲通道模塊、眼圖與誤碼率分析模塊，通過設置相關參數(shù)，得到了16PSK在高斯白噪聲通道下的信號星座圖、信號波形圖及其誤碼率，該仿真結果在16PSK信元不等概率出現(xiàn)下得到，驗證了16PSK在高斯白噪聲通道下信號的抗噪聲能力。關鍵詞：16PSK；MATLAB；Simulink；調制與解調.1目 錄 TOC o 1-

3、3 h z u HYPERLINK l _Toc27797 1.課程設計目的 PAGEREF _Toc27797 1 HYPERLINK l _Toc13438 2.課程設計要求 PAGEREF _Toc13438 1 HYPERLINK l _Toc32084 3.相關知識 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、品應用 PAGEREF _Toc26293 2 HYPERLINK l _Toc30939 3.1.3 MATLAB 特點 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進制相移鍵控調制仿真 PAGEREF _Toc4822 3 HYPERLINK l _Toc32710 4.課程設計分析 PAGEREF _Toc32710 4 HYPERLINK l _Toc11748 4.1 MPSK的概念 PAGEREF _Toc117

5、48 4 HYPERLINK l _Toc21232 4.2 16PSK調制解調 PAGEREF _Toc21232 5 HYPERLINK l _Toc27399 4.2.1 16PSK PAGEREF _Toc27399 5 HYPERLINK l _Toc3262 4.2.2 16PSK調制解調框圖 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相關參數(shù)設置PAGEREF _Toc24844 7 HYPERLINK l _Toc12544 5.3 仿真結果 PAGEREF _Toc12544 9 HYPERLINK l _Toc25372 6.結論 PAGEREF _Toc25372 10 HYPERLINK l _Toc782 7.參考文獻 PAGEREF _Toc782 12.116PSK系統(tǒng)仿真1.課程設計目的1根據(jù)題目，查閱有關資料，掌握16進制相移鍵控的根本原理。2學習MATLAB軟件，掌握MATLAB中元器件使用及參數(shù)的設置。3鍛煉我們分析問題和解決問題的能力同時對我們進展良好的獨立工作習慣和科學素質的培養(yǎng)為今后參加科

7、學工作打下良好的根底2.課程設計要求1掌握相移鍵控的相關知識、概念清晰。2掌握MATLAB使用方法，利用軟件繪制圖像。3程序設計合理、能夠正確運行。3.相關知識3.1 MATLAB 簡介3.1.1 根本功能MATLAB是很實用的數(shù)學軟件它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值運算方面首屈一指。MATLAB可以進展運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)立用戶界面、連接接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、金融建模設計與分析等領域。 MATLAB的根本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、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,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件?？梢灾苯诱{用,用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到MATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進展下載就可以用。3.1.2 MATLAB 產(chǎn)品應用MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進展以下各種工作： 數(shù)值分析 數(shù)值和符號計算 工程與科學繪圖 控制系統(tǒng)的設計與仿真 數(shù)字信號處理技術 3.1.3 MATLAB 特點此高級語言可用于技術計算 此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進展管理 交互式工具可以按迭代的方式探查、設計及求解問題 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，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、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、的調試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進展出錯原因分析。 2簡單易用的程序語言MATLAB一個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)構造、輸入和輸出和面向對象編程特點。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較大的復雜的應用程序M文件后再一起運行。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數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(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，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。

11、 3強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。 3.2 16進制相移鍵控調制仿真 為了提高通信系統(tǒng)的頻帶利用率，多元數(shù)字調制是一個重要的途徑。一樣的碼元寬度占據(jù)一樣頻帶寬度的資源，多元調制情況下一個符號(碼元)代表了假設干比特的信息。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的。一樣的發(fā)射功率下，信號空間中元數(shù)越多，各個信號之間的距離越小，抗干擾能力越差。因為一樣的噪聲功率使信號偏離原有位置一樣的距離，信號之間的距離俞小接收時判錯的概率越大。為了降低誤碼率，只有提高發(fā)射功率。對于移動設備等場合提高功率又是難以實現(xiàn)的。工程實踐中應權衡二者的關系。應用仿真的方法，可以得出多元調制情況下頻帶利用率，功率利用率，誤碼率與調制方式，傳輸環(huán)境之間的定量關系，為系統(tǒng)規(guī)劃，設計提供有參考的價值的信息。 4.課程設計分析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。實現(xiàn)數(shù)字通信，必須使發(fā)送端發(fā)出的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，這個過程稱為“模數(shù)變換。信源信源編碼信道編碼調制信道解調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，其中模擬信號數(shù)字化最根本的方法有三個過程，第一步是“抽樣，就是對連續(xù)的模擬信號進展離散化處理，通常是以相等的時間間隔來抽取模擬信號的樣值。第二步是“量化，將模擬信號樣值變換到最接近的數(shù)字值。因抽樣后的樣值在時間上雖是離散的，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用一組二進制數(shù)字代碼來表示，最終完成模擬信號的數(shù)字化。4

14、.2 MPSK原理MPSK即多進制相移鍵控，又稱為多相制。這種鍵控方式是多進制鍵控的主要方式。在M進制的相移鍵控信號，用M個相位不同的載波分別代表M個不同的符號。如果載波有2n個相位，它可以代表n位二進制碼元的的不同組合的碼組。多進制相移鍵控也分為多進制絕對相移鍵控和多進制相對相移鍵控。在MPSK信號中，載波相位有M種可能取值，qn=2n/M(n=1,2,M) (4.1)因此MPSK信號可表示為S(t) = cos(0t+n) = cos (0t+2n/M) (4.2)假設載波頻率是基帶信號速率的整數(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(t)是高度為1、寬度為Ts的矩形脈沖。式中說明，MPSK信號可等效為兩個正交載波的MASK信號之和。所以，MPSK信號的帶寬和MASK信號的帶寬一樣。因此，MPSK系統(tǒng)是一種高效率的信息傳輸方式。但是，當M的取值增加時，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) 是一種相位調制算法。相位調制調相是頻率調制調頻的一種演變，載波的相位被調整用于把數(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，移相鍵控是調相的一種形式，用于表達

16、一系列離散的狀態(tài)，16PSK對應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調制解調4.3.1 16PSK圖4.24位比特信息到16PSK符號的映射關系16PSK16進制相移鍵控是用載波的16種不同相位表示不同的數(shù)字信息的一種調制技術。如圖4.2是4位比特信息到16PSK付好的映射關系圖，16PSK調制的16個矢量端點均勻分布在圓上，其數(shù)學表達式包括同相分量和正交分量兩局部。16PSK是將輸入的二進制信號序列經(jīng)過串并轉換每次將一個4位的碼元映射為一個符號的相位，因此符號速率為比特率的1/4。4.2.2 16PSK調制解調框

17、圖圖4.3 16PSK調制框圖圖4.3是16PSK的調制框圖，框圖由一個二進制信號，經(jīng)過串/并變換模塊分為4個比特碼元，碼元信號經(jīng)過變換轉為兩個八電平序列，在經(jīng)過兩個成型濾波器與正弦信號相乘，最終得到16PSK信號。 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，通常會參加積分模塊，如圖4.4所示，r(*)信號分別與兩個載波信號相乘積分，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基帶調制仿真系統(tǒng)見圖5.1所示：圖5.116PSK基帶調制仿真1 圖5.1是16PSK系統(tǒng)性能的仿真圖，由信號發(fā)生器模塊、16PSK調制解調器、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信號的波形圖，圖中二進制信號經(jīng)過16PSK調制，參加高斯白噪聲，最后解調輸出，并計算其誤碼率。5.2相關參數(shù)設置 仿真模塊中元器件需要按照16PSK需求將信號發(fā)生器、調制解調模塊、高斯白噪聲信道模塊的參數(shù)設為固定值。圖5.2隨機整數(shù)發(fā)生器主要參數(shù)圖5.2是隨機整數(shù)發(fā)生器模塊的參數(shù)設置，其中將多進制數(shù)設為16，初始化種子設為123456，采樣時間設為0.001。圖5.3 MPSK調制器主要參數(shù)圖5.3是MPSK調制器主要參數(shù)設置，其中將多進制數(shù)設為16，相位偏移量設為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)設置。其中將初始化種子設為6666，模式選為SNR，dB設為20。5.3 仿真結果圖5.5 16PSK的信號圖圖5.5是信號發(fā)生器產(chǎn)生的16進制信號經(jīng)過16PSK調制器輸出的信號。圖5.6 16PSK信號的星座圖 圖5.6是16PSK信號的星座圖，圖中是16PSK信號的4相位表示。圖5.7含高斯白噪聲的信號星座圖圖5.7是16PSK信號經(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信號星座圖周圍多了許多點。圖5.8 含高斯白噪聲的16PSK信號眼圖眼圖是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸特性的有效方法，圖