基于MATLAB的數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的仿真

1、 /43先將基帶雙極性矩陣不歸零脈沖序列經(jīng)過基帶成形濾波器限帶，再進(jìn)行正交。載波調(diào)制，將限帶的基帶信號(hào)功率譜搬移到載頻上，成為限帶的QPSK信號(hào)，但此時(shí)的限帶QPSK信號(hào)包絡(luò)不再恒定，并且在相鄰四進(jìn)制符號(hào)的載波相位發(fā)生兀相移突變處，會(huì)出現(xiàn)包絡(luò)為零的現(xiàn)象，如圖5-12所示。若將此包絡(luò)起伏很大的限帶QPSK信號(hào)再進(jìn)行硬限幅或非線性功率放大，雖然此已調(diào)信號(hào)包絡(luò)的起伏可減弱，但卻使非線性功率放大后的信號(hào)功率譜旁瓣增生，頻率又被擴(kuò)展，其旁瓣將會(huì)干擾鄰近頻道的信號(hào)，這是不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。因而對(duì)限帶QPSK信號(hào)的功率放大，只能采用線性功放，但線性功放的功率轉(zhuǎn)換效率低，為此人們要探討能應(yīng)用非線性功率放大的限帶

2、數(shù)字調(diào)制方式，其中之一是QPSK的修正形圖5-12QPSK信號(hào)限帶濾波前后的波形式：偏移四相移相鍵控OQPSK(或稱為參差QPSK)的調(diào)制方式。5.3.1OQPSK調(diào)制OQPSK是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。這里，所謂恒包絡(luò)技術(shù)是指已調(diào)波的包絡(luò)保持為恒定，它與多進(jìn)制調(diào)制是從不同的兩個(gè)角度來考慮調(diào)制技術(shù)的。恒包絡(luò)技術(shù)所產(chǎn)生的已調(diào)波經(jīng)過發(fā)送帶限后，當(dāng)通過非線性部件時(shí)，只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。這種形式的已調(diào)波具有兩個(gè)主要特點(diǎn)，其一是包絡(luò)恒定或起伏很??；其二是已調(diào)波頻譜具有高頻快速滾降特性，或者說已調(diào)波旁瓣很小，甚至幾乎沒有旁瓣。OQPSK的調(diào)制框圖如圖5-13所示。將雙極性二進(jìn)制

3、序列串并變換后成為速率減半的同相支路及正交支路序列，其符號(hào)間隔T二2T。它與QPSK不同的是，他的正交支路碼元與同相支路碼元在時(shí)間sb上要偏移一個(gè)比特間隔。同相及正交序列經(jīng)過成形濾波后再分別進(jìn)行正交載波調(diào)制，其中I(t)及Q(t)的基帶波形如圖5-14所示。如+1廠1圖5-13產(chǎn)生OQPSK信號(hào)的框圖串并變換成形濾波器k0101112131415+1+1+1+1-1-1+1-1+1+1+1-1-1+1+1ak00a210an14-7如+1廠1圖5-13產(chǎn)生OQPSK信號(hào)的框圖串并變換成形濾波器k0101112131415+1+1+1+1-1-1+1-1+1+1+1-1-1+1+1ak00a21

4、0an14-7i073兀角5兀7%9兀11旺13兀15人-1圖5-14OQPSK的同相及正交支路基帶波形3a7a3027；4兀as。1112%147；a5圖5-14中的OQPSK信號(hào)表示為:sOQPSK(t)=AI(t)cost-Q(t)sint式(5T1)其中，I(t)=藝ag(t2nTbn=gQ(t)=藝ag2n+1TLn=ggT(t)是成形濾波器沖擊響應(yīng)，若gT(t)是不歸零矩陣脈沖，t-(2n+1)T式(5-13)可表示為:gT(tTO0為:他式(5-14)t為其他關(guān)于OQPSK及QPSK信號(hào)波形示于圖5-15及圖5-16。圖5-15OQPSK信號(hào)波形+90相移-90相移圖5-16QP

5、SK信號(hào)波形從圖5-15及圖5-16看出，QPSK信號(hào)在每隔T時(shí)間，其信號(hào)載波相位可能發(fā)生s兀的相位突變現(xiàn)OQPSK信號(hào)在每隔T時(shí)間，其信號(hào)載波相位有可能發(fā)生90。相位變b化，不會(huì)發(fā)生兀的相位突變現(xiàn)象,因而此限帶的OQPSK信號(hào)的包絡(luò)起伏小，限帶OQPSK信號(hào)包絡(luò)的最大值與最小值之比約為OQPSK信號(hào)的平均功率譜密度由于OQPSK信號(hào)的平均功率譜密度由于OQPSK也可以看為是由同相及正交支路的2PSK信號(hào)的疊加，所以O(shè)QPSK的功率譜與QPSK的相同。OQPSK的最佳接收及其誤比特率5.3.2OQPSK信號(hào)的最佳接收及誤比特率圖5-17在加性白高斯噪聲干擾下OQPSK的最佳接收框圖在加性白高斯

6、噪聲信道條件下，OQPSK最佳接收框圖如圖5-18所示。TOC o 1-5 h zOQPSK最佳接收的平均誤比特率與QPSK相同：1(GP=P=erfcb式(5-15)b-OQPSKb-QPSK2IVNo5.3.3程序仿真1.SF!J!1ID經(jīng)柱非粽性電as后的功率i皆密度1.5B676910111219145.3.3程序仿真1.SF!J!1ID經(jīng)柱非粽性電as后的功率i皆密度1.5B67691011121914151.5D0.51.5繪過帝通啟的波弦1DD-6益nBpjaJ陽W歟空GdD1D2030ft方3國陽口口徑江韭統(tǒng)性電BS.后的功率譜密廈圖5-19QPSK及0QPSK經(jīng)帶通濾波器后波

7、形及功率譜密度經(jīng)過帶通濾波器后，QPSK信號(hào)的包絡(luò)起伏明顯變大，而OQPSK信號(hào)的包絡(luò)起伏相對(duì)小得多，再經(jīng)過非線性功率放大器后，此時(shí)QPSK信號(hào)的功率譜旁瓣比OQPSK信號(hào)大。因此OQPSK信號(hào)性能優(yōu)于QPSK信號(hào)。結(jié)論本論文的題目是基于MATLAB數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)仿真。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我在老師的指導(dǎo)下，通過由不能熟練應(yīng)用MATLAB這款軟件，到自學(xué)其中的知識(shí)，并且在網(wǎng)絡(luò)上查找窗口中的界面的介紹，結(jié)合老師所給的參考的資料書目內(nèi)容，自學(xué)這款軟件，并獨(dú)立完成全部的仿真的內(nèi)容。在這次設(shè)計(jì)中，我仿真出了QPSK在加性高斯白噪聲下的最佳接收，比較并分析了QPSK及OQPSK的性能。仿真后的得到的QPS

8、K在加性高斯白噪聲下的誤比特率與理論值接近。OQPSK的性能優(yōu)于QPSK，結(jié)果與預(yù)想中的一樣。我通過自己獨(dú)立思考，統(tǒng)籌課本的知識(shí)點(diǎn)，然后一步一步著手實(shí)踐，最后完成了全部報(bào)告。在數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)中，QPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)揮著極為重要的作用。而在通信技術(shù)高速發(fā)展的今天，單一的數(shù)字調(diào)制技術(shù)已經(jīng)無法滿足通信的要求，根據(jù)不同通信方式而采取不同的調(diào)制方法，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)混合調(diào)制的方式，因此對(duì)基本的QPSK的研究與學(xué)習(xí)將為其他復(fù)雜的調(diào)制方法提供扎實(shí)的基礎(chǔ)。致謝首先，我要感謝郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院給我提供這么一個(gè)實(shí)踐的機(jī)會(huì)，為我們?cè)谛１究粕峁┤鐖D書館之類的各種學(xué)習(xí)場所，及可以完成實(shí)踐的學(xué)

9、習(xí)工作條件。其次，要衷心感謝通信工老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段給予我的指導(dǎo)，從最初定題，到收集資料，寫作，修改，定稿，她給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。使我能夠在短時(shí)間內(nèi)有很大的進(jìn)步，順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)工作。對(duì)于一名本科生來說，這是難得的鍛煉機(jī)會(huì)，我從中受益匪淺。感謝在大學(xué)四年中所有關(guān)心我的任課老師，同學(xué)和朋友們，感謝我的父母，因?yàn)橛兴麄兊闹С?，我才能不斷向前邁進(jìn)。參考文獻(xiàn)樊昌信，詹道庸，徐炳祥，吳成柯.通信原理M.:國防工業(yè)，1980：171260.薛鵬騫.電子與通信電路計(jì)算機(jī)仿真M.：煤炭工業(yè)，2003：113144.鄧華.MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解M.：人民郵電，2003：991

10、15.陳懷琛.MATLAB及其在理工課程中的應(yīng)用指南M.XX：XX電子科技大學(xué)，2002：146180.X謙.通信系統(tǒng)中MATLAB基礎(chǔ)與仿真應(yīng)用M.XX：XX電子科技大學(xué)，2010：85109.孫屹.MATLAB通信仿真開發(fā)手冊(cè)M.:國防工業(yè)，2005：138168.王立寧，樂光新，詹菲.MATLAB與通信仿真M.：人民郵電，2000：7486.約翰G普羅克斯.現(xiàn)代通信系統(tǒng)的使用MATLABM.XX：XX交通學(xué)，2001：95121.陳萍.現(xiàn)代通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真M.:國防工業(yè)，2003:171260.孫亮.MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真M.：工業(yè)大學(xué)，2001：6483.William

11、AShay.UnderstandingDatamunicationsandNetworksM:WadsworthPublishingpany，1998：162164.WilliamStallings.Dataandputermunications，SeventhEditionM:PrenticeHall，2003：201207.附錄MATLAB仿真程序：一.QPSK仿真clear;T=1;fc=10/T;ml=2;nb=100;delta_T=T/200;fs=1/delta_T;SNR=0;t=0:delta_T:nb*T-delta_T;N=length(t);data=randn(1,n

12、b)0.5;datanrz=data.*2-1;data1=zeros(1,nb/delta_T);forq=1:nbdata1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=datanrz(q);end%將基帶信號(hào)變換成對(duì)應(yīng)波形信號(hào)data0=zeros(1,nb/delta_T);forq=1:nbdata0(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=data(q);%end%發(fā)射的信號(hào)data2=abs(fft(data1);%串并轉(zhuǎn)換，將奇偶位數(shù)據(jù)分開idata=datanrz(1:ml:(nb-1);qdata=datanrz(2:ml:nb);%QPSK信號(hào)的調(diào)制i

13、ch=zeros(1,nb/delta_T/2);fori=1:nb/2ich(i-1)/delta_T+1:i/delta_T)=idata(i);endforii=1:N/2a(ii)=sqrt(2/T)*cos(2*pi*fc*t(ii);endidata1=ich.*a;qch=zeros(1,nb/2/delta_T);forj1=1:nb/2qch(j1-1)/delta_T+1:j1/delta_T)=qdata(j1);endforjj=1:N/2b(jj)=sqrt(2/T)*sin(2*pi*fc*t(jj);endqdata1=qch.*b;s=idata1+qdata1

14、;ss=abs(fft(s);%瑞利衰落信道ray_ich=raylrnd(0.8,1,nb/2/delta_T);ray_qch=raylrnd(0.8,1,nb/2/delta_T);Ray_idata=idata1.*ray_ich;Ray_qdata=qdata1.*ray_qch;Ray_s=Ray_idata+Ray_qdata;%通過高斯信道之后的信號(hào)%快速傅里葉變換得到頻譜%通過高斯信道之后的信號(hào)%快速傅里葉變換得到頻譜%高斯噪聲曲線%Awgn_s=awgn(Ray_s,SNR);%通過高斯信道再通過瑞利衰落信道%QPSK解調(diào)部分%解調(diào)部分(高斯信道)idata2=s1.*a;

15、%這里面其實(shí)隱藏了一個(gè)串并轉(zhuǎn)換的過程%建立1*nb數(shù)組，以存放解調(diào)之后的信號(hào)%建立1*nb數(shù)組，以存放解調(diào)之后的信號(hào)idata3=zeros(1,nb/2);qdata3=zeros(1,nb/2);%抽樣判決的過程，與0作比較，data=0,則置1,否則置0forn=1:nb/2%A1(n)=sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T);ifsum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)=0idata3(n)=1;elseidata3(n)=0;end%A2(n)=sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T);

16、ifsum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)=0qdata3(n)=1;elseqdata3(n)=0;endend%為了顯示星座圖,將信號(hào)進(jìn)行處理idata4=zeros(1,nb/2);qdata4=zeros(1,nb/2);forn=1:nb/2Awgn_ichsum(n)=sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T;ifAwgn_ichsum(n)=0idata4(n)=1;elseidata4(n)=0;endAwgn_qchsum(n)=sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta

17、_T)*delta_T;ifAwgn_qchsum(n)=0qdata4(n)=1;elseqdata4(n)=0;endend%將判決之后的數(shù)據(jù)存放進(jìn)數(shù)組demodata=zeros(1,nb);demodata(1:ml:(nb-1)=idata3;%存放奇數(shù)位demodata(2:ml:nb)=qdata3;%存放偶數(shù)位%為了顯示，將它變成波形信號(hào)(即傳輸一個(gè)1代表單位寬度的高電平)demodata1=zeros(1,nb/delta_T);%創(chuàng)建一個(gè)1*nb/delta_T的零矩陣forq=1:nbdemodata1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=demodata

18、(q);%將極性碼變成對(duì)應(yīng)的波形信號(hào)end%累計(jì)誤碼數(shù)%abs(demodata-data)求接收端和發(fā)射端%數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值，累計(jì)之后就是誤碼個(gè)數(shù)Awgn_num_BER=sum(abs(demodata-data)%解調(diào)部分(瑞利+高斯)Ray_idata2=Ray_s.*a;Ray_qdata2=Ray_s.*b;%Ray_idata3=zeros(1,nb/2);%Ray_qdata3=zeros(1,nb/2);%抽樣判決的過程，與0作比較，data=0,則置1,否則置0%forn=1:nb/2%endifRay_sum(Ray_idata2(n-1)/delta_T+1:n/delt

19、a_T)=0Ray_idata3(n)=1;elseRay_idata3(n)=0;endifRay_sum(Ray_qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)=0Ray_qdata3(n)=1;elseRay_qdata3(n)=0;end%為了顯示星座圖,將信號(hào)進(jìn)行處理Ray_idata4=zeros(1,nb/2);Ray_qdata4=zeros(1,nb/2);forn=1:nb/2Ray_ichsum(n)=sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T;ifRay_ichsum(n)=0Ray_idata4(n)=1

20、;elseRay_idata4(n)=0;endRay_qchsum(n)=sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T;ifRay_qchsum(n)=0Ray_qdata4(n)=1;elseRay_qdata4(n)=0;endend%將判決之后的數(shù)據(jù)存放進(jìn)數(shù)組Ray_demodata=zeros(1,nb);Ray_demodata(1:ml:(nb-1)=Ray_idata4;%存放奇數(shù)位Ray_demodata(2:ml:nb)=Ray_qdata4;%存放偶數(shù)位%為了顯示，將它變成波形信號(hào)(即傳輸一個(gè)1代表單位寬度的高電平)Ray_de

21、modata1=zeros(1,nb/delta_T);%創(chuàng)建一個(gè)1*nb/delta_T的零矩陣forq=1:nbRay_demodata1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=Ray_demodata(q);%將極性碼變成對(duì)應(yīng)的波形信號(hào)end%累計(jì)誤碼數(shù)%abs(demodata-data)求接收端和發(fā)射端%數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值，累計(jì)之后就是誤碼個(gè)數(shù)Ray_num_BER=sum(abs(Ray_demodata-data)%誤碼率計(jì)算%調(diào)用了cm_sm32();和cm_sm33()函數(shù)%聲明：函數(shù)聲明在另外倆個(gè)M文件中%作用：cm_sm32()用于瑞利信道誤碼率的計(jì)算%cm_s

22、m33()用于高斯信道誤碼率的計(jì)算%ecohon/off作用在于決定是否顯示指令內(nèi)容%SNRindB1=0:1:8;SNRindB2=0:0.1:8;%瑞利衰落信道fori=1:length(SNRindB1),pb,ps=cm_sm32(SNRindB1(i);%比特誤碼率smld_bit_ray_err_prb(i)=pb;smld_symbol_ray_err_prb(i)=ps;disp(ps,pb);echooff;end;%高斯信道echoon;fori=1:length(SNRindB1),pb1,ps1=cm_sm33(SNRindB1(i);smld_bit_awgn_err

23、_prb(i)=pb1;smld_symbol_awgn_err_prb(i)=ps1;disp(ps1,pb1);echooff;end;%理論曲線echoon;fori=1:length(SNRindB2),SNR=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10);%信噪比theo_err_awgn_prb(i)=0.5*erfc(sqrt(SNR);%高斯噪聲理論誤碼率theo_err_ray_prb(i)=0.5*(1-1/sqrt(1+1/SNR);%瑞利衰落信道理論誤碼率echooff;end;%h=spectrum.welch;%類似于C語言的宏定義，方便以下的調(diào)用%第一部

24、分(理想)figure(1)subplot(212);psd(h,dataO,fs,fs),title(基帶信號(hào)功率譜密度)；subplot(211);plot(dataO),title(基帶信號(hào))；axis(020000-22)；figure(2)subplot(212)；psd(h,s,fs,fs),title(調(diào)制信號(hào)功率譜密度)；subplot(211)；plot(s),title(調(diào)制信號(hào))；axis(0500-33)；figure(3)subplot(212)；psd(h,demodatal,fs,fs),title(解調(diào)輸出功率譜密度);subplot(211)；plot(dem

25、odata1),title(解調(diào)輸出);axis(020000-22)；figure(4)subplot(313)；psd(h,s1,fs,fs),title(調(diào)制信號(hào)功率譜密度(Awgn);subplot(312)；plot(s1),title(調(diào)制信號(hào)(Awgn);axis(0500-55)；subplot(311);plot(s111),title(高斯噪聲曲線)；axis(02000-55);figure(5)fori=1:nb/2plot(idata(i),qdata(i),r+),title(QPSK信號(hào)星座圖(Awgn);holdon;legend(理論值(發(fā)射端),實(shí)際值(接收

26、端);axis(-22-22);plot(Awgn_ichsum(i),Awgn_qchsum(i),*);holdon;endfigure(6)subplot(111)semilogy(SNRindB2,theo_err_awgn_prb,r),title(誤碼率曲線);holdon;semilogy(SNRindB1,smld_bit_awgn_err_prb,r*);holdon;semilogy(SNRindB2,theo_err_ray_prb);holdon;semilogy(SNRindB1,smld_bit_ray_err_prb,*);xlabel(Eb/No);ylabel

27、(BER);legend(理論AWGN,仿真AWGN,理論Rayleigh,仿真Rayleigh);二.QPAK和OQPSK對(duì)比仿真程序：%QPSK&OQPSKclearall;closeall;M=4;Ts=1;fc=10;N_sample=16;N_num=100;dt=1/fc/N_sample;t=0:dt:N_num*Ts-dt;T=dt*length(t);py1f=zeros(1,length(t);%功率譜密度1py2f=zeros(1,length(t);%功率譜密度2forPL=l:100%輸入100段N_num個(gè)碼字的波形，為了使功率譜密度看起來更加平滑，%可以取這100段信號(hào)功率譜密度的平均d1=sign(randn(1,N_num);d2=sign(randn(1,N_num);gt=ones(1,fc*N_sample);%QPSK調(diào)制s1=sigexpand(d1,fc*N_sample);s2=sigexpand(d2,fc*N_sample);b1=conv(s1,gt);b2=conv(s2,gt);s1=b1(1:length(s1);s2=b2(1:length(s2);st_qpsk=s1.*cos(2*pi*