北交大無線通信實(shí)驗(yàn)一數(shù)字調(diào)制解調(diào)1

《無線通信基礎(chǔ)》課程研究性學(xué)習(xí)手冊數(shù)字調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)Ⅰ姓名：學(xué)號：同組成員：指導(dǎo)教師：時間：20155月目 錄一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)： 31、subMOD子程序 32、subPulseShaping和subMatchFilter子程序 33、d子程序 4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證 4二、理論分析： 41BPSK與QPSK調(diào)制 42、脈沖成型濾波 5三、實(shí)驗(yàn)步驟： 51BPSK調(diào)制程序設(shè)計(jì) 52BPSK解調(diào)程序設(shè)計(jì)： 63、QPSK調(diào)制程序 64、QPSK解調(diào)程序 75、脈沖成形濾波器程序設(shè)計(jì) 76、匹配濾波器程序設(shè)計(jì) 8四、結(jié)論及分析： 91BPSK調(diào)制解調(diào)程序驗(yàn)證 92、QPSK調(diào)制解調(diào)程序驗(yàn)證 103、更改參數(shù)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響 12五、遇到的問題及解決方法： 13六、擴(kuò)展問題： 14七、心得： 14八、參考文獻(xiàn)： 15一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：、subPulseShaping、、subDemod這四個子程序。需要按照下面的步驟正確的完成這四個子程序，在完成實(shí)驗(yàn)后上交完整的程序以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告。1、subMOD子程序BPSKQPSK的基帶調(diào)制，即將輸入的信源bit序列映射到符號域，輸出是復(fù)數(shù)形式的符號。以BPSK為例，BPSK把一個信息位表示成一個符號，即映射出的符號有兩種可能的相位。在數(shù)學(xué)上，每比特調(diào)制信號表示為：sb

tm b

(4.1)式中，f

是基帶調(diào)制的頻率，m

b是b=0或1時的相位偏移。如果我們選擇的兩個相位sπ/23π/2的話，可以將調(diào)制信號

表示為： 0costjsint

ifb0stb

m

m0cos2ftm

j

m

ifb1(4.2)對應(yīng)前面所說的將每一個bit映射成一個復(fù)數(shù)符號，可以很容易的看出BPSK的映射關(guān)系為：將信源0映射成0+i，信源1映射成0-i。當(dāng)調(diào)制方式為QPSK時，原理與BPSK類似。不同的是QPSK是將信源的2個bit映射3π/45π/47π/40.707+0.707i、-0.707+0.707i0.707–0.707i和-0.707-0.707isubMOD子程序中需要做的就是把輸入的信源bit數(shù)據(jù)流映射到符號域上。例如輸入bitQPSK-0.707-0.707i、0.707-0.707i、-0.707+0.707i0.707+0.707i。2、subPulseShaping和subMatchFilter子程序這兩個子程序的功能類似，分別是實(shí)現(xiàn)發(fā)端的脈沖成型濾波和收端的匹配濾波。信號通過濾波器就相當(dāng)于信號和濾波器的時域脈沖響應(yīng)做卷積。以發(fā)端為例，你首先需要做的就已經(jīng)在發(fā)端進(jìn)行了上采樣，因此在收端匹配濾波前不再需要上采樣操作。3、subDemod子程序subDemodsubMODbit數(shù)據(jù)。如果是BPSK調(diào)制，你需要將每bitQPSK調(diào)制，則需要將每個輸入符號解映射成兩位bit能夠正確的解調(diào)出數(shù)據(jù)。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證QPSK調(diào)制，你還可以通過信噪數(shù)下程序是否能夠正確運(yùn)行，并對比運(yùn)行的結(jié)果有何異同。最后按照要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二、理論分析：1、BPSK與QPSK調(diào)制BPSK(BinaryPhaseShiftBPSK(BinaryPhaseShiftKeying)，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)值的轉(zhuǎn)換方式之一，利用偏BPSK使用了基準(zhǔn)的正弦波和相位反轉(zhuǎn)的波浪，使一方為0，另一方為1，從而可以同時傳送接受2值(1比特)的信息。BPSK信號屬于DSB正交相移鍵控（QuadraturePhaseShift是一種數(shù)字調(diào)制方式。它分為絕對相移和相對相移兩種。由于絕對相移方式存在相位模糊問題，所以在實(shí)際中主要采用相對移相方式DQPSK。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線通信中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。）號分布2關(guān)系，這種關(guān)系稱為“映射星座圖來完全定義。四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，是號分布2關(guān)系，這種關(guān)系稱為“映射星座圖來完全定義。四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，是QPSK是在M=4時的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，分別為45°，配合起來，則需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，這就是說需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進(jìn)制信息比特組成，它們分別代表四進(jìn)制四個符號中的一個符號。QPSK2調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號的相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。2、脈沖成型濾波基帶脈沖成型濾波器實(shí)際上就是一個內(nèi)插濾波器。如圖2-1所示圖2-1內(nèi)插濾波器框圖圖2圖21為一內(nèi)插器，內(nèi)插（碼元間差1個0，增加數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度，脈沖成形濾波器h(t),h(t)可視為發(fā)送濾波器，直接將成形波形發(fā)射出去，在頻帶中經(jīng)過調(diào)制后發(fā)射出去。三、實(shí)驗(yàn)步驟：1、BPSK調(diào)制程序設(shè)計(jì)BPSK調(diào)制程序的主要功能是將收入比特映射為數(shù)組中對應(yīng)的BPSK調(diào)制程序的主要功能是將收入比特映射為數(shù)組中對應(yīng)的0+1i0-1i程序如下：圖3-1BPSK調(diào)制程序2、BPSK解調(diào)程序設(shè)計(jì)：將收到的數(shù)據(jù)挨個與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)相減將收到的數(shù)據(jù)挨個與標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)相減然后用數(shù)組最大值和最小值取出最小值的索引，這就完成了BPSK的解調(diào)。圖3-2BPSK解調(diào)程序3、QPSK調(diào)制程序QPSK調(diào)制首先得將二進(jìn)制比特流轉(zhuǎn)換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)流，使用一個串并變換，將高位數(shù)據(jù)乘以2QPSK調(diào)制首先得將二進(jìn)制比特流轉(zhuǎn)換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)流，使用一個串并變換，將高位數(shù)據(jù)乘以2索引一個維度為4的復(fù)數(shù)數(shù)組，其中每一個數(shù)對應(yīng)了一個相位，使用這個相位就可以完成QPSK的調(diào)制。圖3-3QPSK調(diào)制程序4、QPSK解調(diào)程序QPSKQPSKQPSK取模，完成求距離運(yùn)算。尋找得到的數(shù)組中的最小值，求出其索引，這就得到了對應(yīng)的四進(jìn)制輸出數(shù)據(jù)。然后將其除以2，得到余數(shù)和商，在進(jìn)行串并變換，恢復(fù)為二進(jìn)制比特流。圖3-4QPSK解調(diào)程序5、脈沖成形濾波器程序設(shè)計(jì)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)流與脈沖形成濾波器卷積，就是實(shí)現(xiàn)了脈沖成型濾波。將要發(fā)送的數(shù)據(jù)流與脈沖形成濾波器卷積，就是實(shí)現(xiàn)了脈沖成型濾波。圖3-5脈沖成形濾波器程序6、匹配濾波器程序設(shè)計(jì)匹配濾波就是將接收的信號通過匹配濾波器，從而消除碼間干擾。使接收達(dá)到最佳的效果。匹配濾波就是將接收的信號通過匹配濾波器，從而消除碼間干擾。使接收達(dá)到最佳的效果。圖3-6匹配濾波器程序四、結(jié)論及分析：1、BPSK調(diào)制解調(diào)程序驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下：TXoversamplefactor——8ZeroPadLength——12samplerate——500ksamplespersymbol——16濾波器參數(shù)：pulseshapingfilter——none程序運(yùn)行結(jié)果如下：收發(fā)端星座圖圖4-1發(fā)送（左）接收（右）星座圖接收文本內(nèi)容圖4-2接收文本誤碼率曲線圖4-3接收誤碼率曲線結(jié)果分析：BPSK0+1i0-1i兩個坐i和此外，在實(shí)際誤碼率曲線中可以看到，當(dāng)信噪比大于17dB再變化，可以看出，該種調(diào)制參數(shù)下的誤碼率對信噪比要求較低。2、QPSK調(diào)制解調(diào)程序驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下：TXoversamplefactor——8ZeroPadLength——12samplerate——500ksamplespersymbol——16濾波器參數(shù)：pulseshapingfilter——none程序運(yùn)行結(jié)果如下：收發(fā)端星座圖圖4-4發(fā)送（左）接收（右）星座圖接收文本內(nèi)容圖4-5接收文本誤碼率曲線圖4-6接收誤碼率曲線結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合要求QPSK0.707+-0.707+0.707i0.707–0.707i-0.707-0.707i0+1i，這是由于程序運(yùn)行時的初始相位造成的，該坐標(biāo)并不代表任何有用信息。此外，在實(shí)際誤碼率曲線中可以看到，當(dāng)信噪比大于15dB再變化，可以看出，該種調(diào)制參數(shù)下的誤碼率對信噪比要求較低。3、更改參數(shù)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響這里主要探討的是脈沖成形濾波器對調(diào)制解調(diào)的影響。BPSK收發(fā)端星座圖：圖4-7采用升余弦脈沖成形后的發(fā)送（左）接收（右）星座圖實(shí)際誤碼率曲線（信噪比變化范圍為025dB：圖4-8采用升余弦脈沖成形后的接收誤碼率曲線BPSKQPSK收發(fā)端星座圖：圖4-9采用升余弦脈沖成形后的發(fā)送（左）接收（右）星座圖實(shí)際誤碼率曲線（信噪比變化范圍為025dB：圖4-10采用升余弦脈沖成形后的接收誤碼率曲線QPSK調(diào)制解調(diào)。五、遇到的問題及解決方法：For循環(huán)外進(jìn)行了求距離，然后送入ForFor循環(huán)中，這樣每次都能輸出一個最小索引，最后就能輸出一個比特流了。六、擴(kuò)展問題：1、Samplespersymbol和Oversamplefactor這兩個參數(shù)的物理意義是什么，它們的取值與調(diào)制方式之間有什么關(guān)系？答：調(diào)制器和解調(diào)器的信號采樣數(shù)即SamplesperSymbolfs44.1kHz48kHz。若將采樣頻率提高到R×fs，RR>10~fs/20~Rfs/22、為什么要在發(fā)送端和接收端分別添加脈沖成型濾波器和匹配濾波器，它們有什么作用？（ISIH(f)是單邊帶寬為1/2T的矩形函數(shù)（理想奈奎斯特濾波器，其時域波形為h(t)=sinc(t/T理想奈奎斯特濾波系統(tǒng)（保證無碼間串?dāng)_）匹配濾波器是輸出端的信號瞬時功率與噪聲平均功率的