基于-MATLAB-的QPSK系统仿真设计与实现(完整资料)

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基于MATLAB的QPSK系统仿真设计与实现(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）通信系统仿真设计实训报告

课题名称:基于MATLAB的QPSK系统仿真设计与实现学生学号：学生姓名:所在班级:任课教师：2016年10月25日

目录TOC\o"1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc328571992"1。1QPSK系统的应用背景简介3HYPERLINK\l”_Toc328571993”1.2QPSK实验仿真的意义3HYPERLINK\l”_Toc328571994”1.3实验平台和实验内容3HYPERLINK\l”_Toc328571995”1。3。1实验平台3HYPERLINK\l”_Toc328571996”实验内容3HYPERLINK\l”_Toc328571997”二、系统实现框图和分析4HYPERLINK\l”_Toc328571998"2.1、QPSK调制部分，42.2、QPSK解调部分5HYPERLINK\l”_Toc328572000”三、实验结果及分析6HYPERLINK\l”_Toc328572001"3.1、理想信道下的仿真6HYPERLINK\l”_Toc328572002"3。2、高斯信道下的仿真7HYPERLINK\l”_Toc328572003”3.3、先通过瑞利衰落信道再通过高斯信道的仿真8HYPERLINK\l”_Toc328572004"总结：10HYPERLINK\l”_Toc328572004”参考文献：11附录121.1QPSK系统的应用背景简介QPSK是英文QuadraturePhaseShiftKeying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求，不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,四相绝对移相键控（QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。1.2QPSK实验仿真的意义通过完成设计内容,复习QPSK调制解调的基本原理，同时也要复习通信系统的主要组成部分，了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK的实现方法及数学原理。并对“通信”这个概念有个整体的理解，学习数字调制中误码率测试的标准及计算方法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数，频域用功率谱密度来描述平稳随机过程的特性等基础知识，来理解高斯信道中噪声的表示方法,以便在编程中使用。理解QPSK调制解调的基本原理，并使用MATLAB编程实现QPSK信号在高斯信道和瑞利衰落信道下传输，以及该方式的误码率测试。复习MATLAB编程的基础知识和编程的常用算法以及使用MATLAB仿真系统的注意事项,并锻炼自己的编程能力，通过编程完成QPSK调制解调系统的仿真，以及误码率测试，并得出响应波形.在完成要求任务的条件下，尝试优化程序。通过本次实验，除了和队友培养了默契学到了知识之外，还可以将次实验作为一种推广，让更多的学生来深入一层的了解QPSK以至其他调制方式的原理和实现方法。可以方便学生进行测试和对比。足不出户便可以做实验。1.3实验平台和实验内容1。3.1实验平台本实验是基于Matlab的软件仿真,只需PC机上安装MATLAB6.0或者以上版本即可。(本实验附带基于MatlabSimulink（模块化）仿真,如需使用必须安装simulink模块)实验内容1.构建一个理想信道基本QPSK仿真系统，要求仿真结果有a.基带输入波形及其功率谱b.QPSK信号及其功率谱c.QPSK信号星座图2。构建一个在AWGN（高斯白噪声）信道条件下的QPSK仿真系统，要求仿真结果有a.QPSK信号及其功率谱b。QPSK信号星座图 c.高斯白噪声信道条件下的误码性能以及高斯白噪声的理论曲线，要求所有误码性能曲线在同一坐标比例下绘制3验可选做扩展内容要求:构建一个先经过Rayleigh（瑞利衰落信道)，再通过AWGN（高斯白噪声）信道条件下的条件下的QPSK仿真系统,要求仿真结果有a.QPSK信号及其功率谱b.通过瑞利衰落信道之前和之后的信号星座图，前后进行比较c.在瑞利衰落信道和在高斯白噪声条件下的误码性能曲线，并和二.2。c中所要求的误码性能曲线在同一坐标比例下绘制二、系统实现框图和分析2。1、QPSK调制部分，原理框图如图1所示1(t）＝QPSK信号s（t）QPSK信号s（t）二进制数据序列极性NRZ电平编码器分离器2（t）＝ 图1原理分析：基本原理及系统结构QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。的别的载波相位取四个等间隔值之一，如л/4,3л/4,5л/4,和7л/4。相应的，可将发射信号定义为0≤t≤TSi（t）＝0。，其他其中,i＝1，2，2,4；E为发射信号的每个符号的能量，T为符号持续时间,载波频率f等于nc/T，nc为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。例如,可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组：10，00，01,11。下面介绍QPSK信号的产生和检测.如果a为典型的QPSK发射机框图。输入的二进制数据序列首先被不归零（NRZ）电平编码转换器转换为极性形式,即负号1和0分别用和－表示.接着,该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形，这两个二进制波形分别用a1(t），和a2(t)表示。容易注意到，在任何一信号时间间隔内a1（t)，和a2（t）的幅度恰好分别等于Si1和Si2，即由发送的二位组决定。这两个二进制波形a1（t）,和a2（t）被用来调制一对正交载波或者说正交基本函数：1(t）＝，2（t）＝.这样就得到一对二进制PSK信号.1（t)和2（t）的正交性使这两个信号可以被独立地检测。最后，将这两个二进制PSK信号相加，从而得期望的QPSK。2.2、QPSK解调部分,原理框图如图2所示：1（t）同相信道门限＝0发送二进制序列的估计判决门限发送二进制序列的估计判决门限低通filrer判决门限复接器接收信号x（t）低通filrer2（t）正交信道门限＝0 图2原理分析:QPSK接收机由一对共输入地相关器组成。这两个相关器分别提供本地产生地相干参考信号1（t）和2（t）。相关器接收信号x（t)，相关器输出地x1和x2被用来与门限值0进行比较。如果x1>0,则判决同相信道地输出为符号1;如果x1〈0,则判决同相信道的输出为符号0。;类似地。如果正交通道也是如此判决输出.最后同相信道和正交信道输出这两个二进制数据序列被复加器合并，重新得到原始的二进制序列。在AWGN信道中，判决结果具有最小的负号差错概率。三、实验结果及分析根据图1和图2的流程框图设计仿真程序，得出结果并且分析如下：3.1、理想信道下的仿真，实验结果如图3所示 图3实验结果分析： 如图上结果显示，完成了QPSK信号在理想信道上的调制，传输,解调的过程，由于调制过程中加进了载波，因此调制信号的功率谱密度会发生变化.并且可以看出调制解调的结果没有误码。3.2、高斯信道下的仿真，结果如图4所示: 图4实验结果分析： 由图4可以得到高斯信道下的调制信号，高斯噪声，调制输出功率谱密度曲线和QPSK信号的星座图. 在高斯噪声的影响下，调制信号的波形发生了明显的变化，其功率谱密度函数相对于图1中的调制信号的功率谱密度只发生了微小的变化，原因在于高斯噪声是一个均值为0的白噪声,在各个频率上其功率是均匀的，因此此结果是真确的.星座图反映可接收信号早高斯噪声的影响下发生了误码，但是大部分还是保持了原来的特性.3.3、先通过瑞利衰落信道再通过高斯信道的仿真。实验结果如图5所示： 图5实验结果分析： 由图5可以得到瑞利衰落信道前后的星座图，调制信号的曲线图及其功率谱密度。最后显示的是高斯信道和瑞利衰落信道的误码率对比.由图可知瑞利衰落信道下的误码率比高斯信道下的误码率高。至此,仿真实验就全部完成。结论本论文运用MATLAB中的动态仿真工具箱Simulink仿真实现了PCM系统的全部过程。根据PCM系统的组成原理,在Simulink模块库中找到相应的模块,然后选择合适的模块以及设置适当的参数，建立了PCM通信系统的仿真模型，最后在给定仿真的条件下，运行了仿真系统。仿真结果表明：1.在正常的信噪比条件下，该通信系统失真较小,达到了预期的目的。2。Simulink仿真工具箱操作简单方便、调试直观，为通信系统的软件仿真实现提供了极大的方便。参考文献：1、《MATLAB宝典》陈杰等编著电子工业出版社2、《MATLAB信号处理》刘波，文忠,曾涯编著北京电子工业出版社3、《数字信号处理的MATLAB实现》万永革编著北京科学出版社4、网上资料附录MATLAB程序%调相法clearallcloseallt=［-1:0。01:7-0。01］;tt=length（t)；x1=ones（1,800)；fori=1:ttif(t(i）〉=-1&t（i）<=1）｜（t（i)>=5&t（i）<=7);x1(i)=1;elsex1(i）=—1；endendt1=[0：0。01:8-0。01];t2=0：0。01：7-0.01;t3=-1:0。01:7.1-0。01；t4=0：0.01:8。1-0.01;tt1=length（t1);x2=ones(1,800）；fori=1：tt1if（t1（i)>=0&t1（i）<=2)|(t1(i）〉=4&t1(i)〈=8）;x2(i)=1；elsex2（i）=—1;endendf=0：0。1：1；xrc=0.5+0.5*cos（pi*f）;y1=conv（x1,xrc)/5。5；y2=conv（x2，xrc）/5。5;n0=randn(size(t2)）；f1=1;i=x1。*cos（2＊pi＊f1＊t）；q=x2。＊sin（2＊pi＊f1*t1);I=i(101：800）;Q=q(1：700)；QPSK=sqrt（1/2）.*I+sqrt(1/2)。*Q;QPSK_n=（sqrt(1/2）.*I+sqrt（1/2)。*Q）+n0；n1=randn(size(t2）);i_rc=y1。＊cos(2*pi＊f1＊t3)；q_rc=y2。＊sin（2＊pi*f1*t4)；I_rc=i_rc(101：800）;Q_rc=q_rc（1:700）；QPSK_rc=（sqrt（1/2)。＊I_rc+sqrt（1/2).*Q_rc）；QPSK_rc_n1=QPSK_rc+n1；figure(1）subplot(4，1，1);plot（t3，i_rc);axis(［—18-11］）;ylabel（’a序列’)；subplot（4，1，2）；plot(t4,q_rc）;axis（[—18—11］）;ylabel(’b序列’）;subplot（4，1,3）；plot（t2，QPSK_rc）;axis([—18—11］);ylabel（'合成序列’);subplot（4，1，4）；plot（t2,QPSK_rc_n1)；axis(［—18-11]）；ylabel(’加入噪声'）；效果图：%设定T=1,加入高斯噪声clearallcloseall％调制bit_in=randint(1e3，1,[01]）;bit_I=bit_in（1:2：1e3)；bit_Q=bit_in(2：2：1e3)；data_I=-2＊bit_I+1;data_Q=—2＊bit_Q+1；data_I1=repmat（data_I'，20，1）;data_Q1=repmat(data_Q’,20，1）;fori=1:1e4data_I2（i）=data_I1(i）；data_Q2（i)=data_Q1（i)；end；f=0：0。1：1；xrc=0。5+0.5＊cos（pi＊f）；data_I2_rc=conv(data_I2，xrc）/5.5；data_Q2_rc=conv(data_Q2，xrc)/5。5；f1=1；t1=0：0。1:1e3+0。9;n0=rand（size(t1）)；I_rc=data_I2_rc.*cos（2＊pi＊f1*t1)；Q_rc=data_Q2_rc.*sin（2*pi*f1*t1)；QPSK_rc=（sqrt(1/2）.＊I_rc+sqrt(1/2).*Q_rc)；QPSK_rc_n0=QPSK_rc+n0；%解调I_demo=QPSK_rc_n0.＊cos(2*pi*f1*t1);Q_demo=QPSK_rc_n0。*sin（2＊pi＊f1＊t1）；%低通滤波I_recover=conv（I_demo,xrc）;Q_recover=conv（Q_demo,xrc）;I=I_recover(11:10010);Q=Q_recover（11:10010)；t2=0：0。05:1e3-0.05；t3=0：0。1：1e3-0。1;％抽样判决data_recover=［]；fori=1：20：10000data_recover=[data_recoverI(i：1：i+19）Q(i：1：i+19）］;end；bit_recover=［］；fori=1：20:20000ifsum(data_recover（i:i+19））〉0data_recover_a（i:i+19）=1；bit_recover=［bit_recover1］；elsedata_recover_a（i:i+19)=-1;bit_recover=［bit_recover—1］；endenderror=0；dd=—2*bit_in+1；ddd=［dd’］；ddd1=repmat(ddd，20，1）;fori=1:2e4ddd2(i)=ddd1(i);endfori=1:1e3ifbit_recover(i）~=ddd(i）error=error+1；endendp=error/1000;figure（1)subplot（2，1,1);plot（t2，ddd2）；axis(［0100-22])；title（'原序列’）;subplot(2,1,2）；plot（t2，data_recover_a）；axis(［0100—22]）；title（'解调后序列’）;效果图：%设定T=1,不加噪声clearallcloseall％调制bit_in=randint(1e3，1，[01]）;bit_I=bit_in(1：2:1e3）；bit_Q=bit_in(2：2:1e3)；data_I=—2＊bit_I+1;data_Q=—2*bit_Q+1;data_I1=repmat(data_I’,20,1)；data_Q1=repmat（data_Q'，20，1)；fori=1:1e4data_I2(i）=data_I1(i）;data_Q2(i）=data_Q1(i)；end；t=0:0.1：1e3-0.1;f=0:0.1:1；xrc=0。5+0.5＊cos（pi＊f）;data_I2_rc=conv(data_I2，xrc)/5.5;data_Q2_rc=conv（data_Q2，xrc)/5。5;f1=1；t1=0:0。1:1e3+0。9；I_rc=data_I2_rc.*cos（2＊pi＊f1＊t1）；Q_rc=data_Q2_rc.*sin（2＊pi*f1*t1);QPSK_rc=(sqrt(1/2）。*I_rc+sqrt（1/2)。＊Q_rc）；%解调I_demo=QPSK_rc.＊cos(2＊pi*f1*t1）；Q_demo=QPSK_rc.*sin（2＊pi＊f1*t1);I_recover=conv（I_demo，xrc);Q_recover=conv（Q_demo，xrc）；I=I_recover（11：10010)；Q=Q_recover（11：10010）;t2=0:0。05：1e3-0.05;t3=0：0.1：1e3—0.1；data_recover=［］;fori=1:20：10000data_recover=[data_recoverI(i：1:i+19)Q(i：1:i+19)］；end;ddd=—2*bit_in+1；ddd1=repmat(ddd’,10,1);fori=1:1e4ddd2(i)=ddd1(i)；endfigure(1)subplot（4，1，1)；plot(t3,I);axis（［020-66]）;subplot(4，1,2）;plot（t3,Q);axis（［020-66］）；subplot(4,1,3);plot(t2,data_recover）;axis(［020-66]）;subplot（4,1，4）;plot(t，ddd2);axis（［020—66]）;效果图:%QPSK误码率分析SNRindB1=0:2:10;SNRindB2=0：0.1：10；fori=1：length（SNRindB1）[pb,ps］=cm_sm32(SNRindB1（i)）；smld_bit_err_prb（i）=pb;smld_symbol_err_prb(i）=ps;end;fori=1：length(SNRindB2）SNR=exp（SNRindB2（i)＊log（10）/10）；theo_err_prb（i)=Qfunct（sqrt（2*SNR））；end;title(’QPSK误码率分析’）；semilogy（SNRindB1，smld_bit_err_prb，’*')；axis（［01010e—81］)；holdon；％semilogy（SNRindB1,smld_symbol_err_prb，'o'）;semilogy（SNRindB2，theo_err_prb);legend（’仿真比特误码率','理论比特误码率'）;holdoff;function［y]=Qfunct(x)y=（1/2)＊erfc（x/sqrt（2））；function［pb,ps］=cm_sm32(SNRindB)N=10000;E=1；SNR=10^(SNRindB/10）;sgma=sqrt（E/SNR)/2;s00=[10]；s01=[01］;s11=［—10］;s10=[0-1];fori=1：Ndsource1(i)=［1011000101101011];numofsymbolerror=0;numofbiterror=0;fori=1：Nn=sgma*randn（size（s00)）；if(（dsource1（i）==0)&（dsource2（i）==0))r=s00+n;elseif（（dsource1（i）==0）&（dsource2（i)==1））r=s01+n；elseif（(dsource1（i)==1）＆（dsource2（i）==0））r=s10+n;elser=s11+n；end；c00=dot(r，s00）;c01=dot（r，s01)；c10=dot(r，s10）；c11=dot（r，s11）;c_max=max([c00c01cif（c00==c_max)decis1=0；decis2=0;elseif（c01==c_max）decis1=0;decis2=1；elseif（c10==c_max）decis1=1;decis2=0；elsedecis1=1;decis2=1;end;symbolerror=0;if(decis1～=dsource1（i））numofbiterror=numofbiterror+1；symbolerror=1;end;if（decis2～=dsource2(i））numofbiterror=numofbiterror+1;symbolerror=1;end;if(symbolerror==1）numofsymbolerror=numofsymbolerror+1;end；end；ps=numofsymbolerror/N；pb=numofbiterror/（2*N）；效果图：创新实践报告报告题目：基于ｍａtlab的通信系统仿真学院名称：信息工程学院姓名：班级学号：指导老师:二O一四年十月十五日一、引言现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高,构成越来越复杂;另一方面,要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期,降低成本，提高水平。这样尖锐对立的两个方面的要求，只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现.在这种迫切的需求之下，ＭATLＡB应运而生.它使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷,由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展.通信系统仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程,对通信系统的发展起着举足轻重的作用.通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性,有助于我们更好地研究通信系统性能.通信系统仿真的基本步骤如下图所示:二、仿真分析与测试(1）随机信号的生成利用Mａtlab中自带的函数ｒａndsｒｃ来产生0、１等概分布的随机信号。源代码如下所示:ｇlｏbaｌNN＝300;globaｌpp＝０．5;ｓource＝ｒanｄsｒc（1,N,［1，0;p，1-ｐ］）；(2)信道编译码卷积码的原理卷积码（coｎｖoｌutioｎaｌcode）是由伊利亚斯(ｐ.Eｌias）发明的一种非分组码。在前向纠错系统中，卷积码在实际应用中的性能优于分组码，并且运算较简单。卷积码在编码时将k比特的信息段编成n个比特的码组，监督码元不仅和当前的k比特信息段有关,而且还同前面m=(N－1）个信息段有关。通常将N称为编码约束长度,将nN称为编码约束长度.一般来说,卷积码中k和n的值是比较小的整数。将卷积码记作（ｎ,ｋ，N)。卷积码的编码流程如下所示。可以看出：输出的数据位V1,V2和寄存器D０，D1，Ｄ２，D3之间的关系。根据模2加运算特点可以得知奇数个１模２运算后结果仍是1，偶数个１模2运算后结果是0。译码原理卷积码译码方法主要有两类:代数译码和概率译码。代数译码主要根据码本身的代数特性进行译码,而信道的统计特性并没有考虑在内。目前,代数译码的主要代表是大数逻辑解码。该译码方法对于约束长度较短的卷积码有较好的效果，并且设备较简单。概率译码，又称最大似然译码,是基于信道的统计特性和卷积码的特点进行计算。在现代通信系统中,维特比译码是目前使用最广泛的概率译码方法。维特比译码算法基本原理是:将接收到的信号序列和所有可能的发送信号序列比较，选择其中汉明距离最小的序列认为是当前发送序列。维特比译码的前提是建立合适的网格图，以便寻找最优路径。或者可以认为，维特比译码的关键是寻找最优路径。在实际的译码操作过程中,怎样建立网格以及建立网格后的路径的选择是译码的关键问题。调制与解调１）ＢＰSK的调制原理在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控2PＳＫ信号。通常用已调信号载波的０度和180度分别表示二进制数字基带信号的１和0。二进制移相键控信号的时域表达式为其中,与２ASK和2ＦSＫ时的不同，在２PＳK调制中,应选择双极性，即当发送概率为P,,当发送概率为1—Ｐ,。若是脉宽为、高度为1的矩形脉冲，则有当发送概率为P时,(式2-2）发送概率为１—P时，（式2-3）由（式2—2)和（式2—3)可以看出，当发送二进制符号１时,已调信号取0度相位，当发送二进制符号为0时,取180度相位，则有，其中发送符号1,,发送符号0，.这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字调制信号的调制方式，称为二进制绝对移向方式。下面为2PＳK信号调制原理框图2.1所示:SS(t)码型变换乘法器图2。1:2ＰSK信号的调制原理图（模拟调制方法）2）BPSK解调原理2PSＫ信号的解调通常都采用相干解调,解调器原理如图２.３所示,在相干解调过程中需要用到和接收的２PＳＫ信号同频同相的想干载波.带通滤波器带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出abcde图２。3：BＰSK相干解调图2.4BPSK解调各点时间波形T图2.4BPSK解调各点时间波形Ts1010tb1\ttttt11100adecQPSK调制与解调（1)QPSＫ的调制原理：四相相移键控是ＭＰSK的一种特殊情况，它是利用载波的4个不同相位来描述数字信息的调制方式，具有较强的抗干扰能力。QPSＫ的表达式可以写为：其中，是角频率，是第K个码元的载波相位取值，TS是一个发送码元的持续时间,它将取可能的四种相位之一，g（t）是发送的波形函数.将上式展开可以得到：从式中可以看出,四相调制的波形,可以看成是对两个正交载波进行二进制幅度调制信号之和。从XN和ＹN的取值，容易发现两者具有一定的适量约束关系。保证两者合成的矢量点落在同一圆周上。这个关系意味着,系统的非线性失真对QPSK系统的可靠性影响很小.(2）QPＳＫ的解调原理：正交电路和同相电路分别设置两个相关器（或匹配滤波器)，得到I(t)和Q（ｔ），经过电平判决和串并转换即可恢复原始信号.信道加性高斯白噪声信道加性高斯白噪声（AWGN）从统计上而言是随机无线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。加性高斯白噪声在通信领域中指的是一种各频谱分量服从均匀分布（即白噪声），且幅度服从高斯分布的噪声信号。因其可加性、幅度服从高斯分布且为白噪声的一种而得名。该噪声信号为一种便于分析的理想噪声信号,实际的噪声信号往往只在某一频段内可以用高斯白噪声的特性来进行近似处理。由于AＷGN信号易于分析、近似，因此在信号处理领域,对信号处理系统(如滤波器、低噪音高频放大器、无线信号传输等)的噪声性能的简单分析(如:信噪比分析）中，一般可假设系统所产生的噪音或受到的噪音信号干扰在某频段或限制条件之下是高斯白噪声.这种噪声假设为在整个信道带宽下功率谱密度（PDF)为常数，并且振幅符合高斯概率分布。瑞利信道在无线通信信道中，由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各个方向分量波的叠加,又产生了驻波场强，从而形成信号快衰落称为瑞利衰落.瑞利衰落信道(Ｒayleｉghfadingｃhannｅl）是一种无线电信号传播环境的“统计模型(staｔiｓtiｃａlmodel）”。这种模型假设信号通过无线信道之后,其信号幅度（ampｌitudｅ）是随机的,即“衰落（ｆaｄiｎg)”,并且其包络(ｅnvｅloｐe)服从瑞利分布(Rayleighdｉｓtrｉｂutiｏｎ）。这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道，以及建筑物密集的城市环境.［1][2］瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号（LｏS,LinｅｏfSighｔ）的情况，否则应使用莱斯衰落信道（Ricｅａnfaｄinｇchanneｌ)作为信道模型.(５)多径合并1）MRC方式最大比合并是对等增益合并的改进，即各个支路加权系数与该支路信噪比成正比，各支路信噪比越大，其相应的加权系数越大，该支路对合并信噪比的贡献也越大.假定每个支路的平均噪声功率相等，可以证明当各个支路加权系数为Gi＝Ａｉ/σ2时，分集合并后的平均输出信噪比最大.其中，Aｉ为第ｉ条支路信号幅度；σ2为每条支路噪声平均功率。合并后的输出信号幅度为2)EGC方式当支路加权系数设定为G１＝G2＝…＝GN时,称为等增益合并,但需要对每个支路的信号进行同相化处理。(6)采样判决由于从匹配滤波器出来的信号的点数８倍于原来信息的点数,为了恢复出原信号,所以需要对该信号进行采样。从匹配滤波器出来时，首先要剔除卷积过程中冗余的点，接着抽取现在信号中的第1个，第9个,……，第８×k＋１个点,源代码如下：fuｎctioｎ[ｙ1，y２]＝ｐick_sig(x1,x2，raｔio）ｙ１＝x1（raｔio*３＊2+1:ratio：lengｔｈ(ｘ１)）；y2＝x2（ratiｏ*3＊2＋1:raｔｉo:lengｔh（x1）)；经过前边的匹配滤波器解调或者称为相关解调产生了一组向量，在这里就是一个一维的向量,根据最大后验概率（MAP)准则（由于各个信号的先验概率相等,所以页可以认为是最大似然准则），得到了最小距离检测.具体在本仿真系统中,判断为各个信号的门限如表２所示。判决后得到的数据再按照格雷码的规则还原成0、1信号，最终将两路0、１信号合成一路0、1信号，用来同最初的信号一起决定误码率。表2判决电平对应表判决前的信号的幅度对应的判决后的幅度－3-113理论值与仿真结果的对比在仿真完成之后，把得出的仿真结果与理论结果相互对比，了解仿真与理论的差异.三、系统仿真分析（一)有信道编码和无信道编码的的性能比较１、信道编码的仿真第一步:产生随机序列,执行随机序列生成程序,得出随机序列：011０1011.第二步:对随机序列进行卷积编码得：000111１1１101００0０第三步：在接收端对信号进行相干解调，结果如下:第四步:对相干解调之后的信号进行解码得出下图所示信号:总结：有以上四图看出，发送信号与接收端解调出的信号一样，说明无线通信的目的就是无失真的传递信息；信道的功能就是尽可能无失真的传输信息。2、有信道编码和无信道编码的比较信道编码的实质是在信息码中增加一定数量的多余码元（称为监督码元)，使它们满足一定的约束关系,这样，由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。一旦传输过程中发生错误,则信息码元和监督码元间的约束关系被破坏。在接收端按照既定的规则校验这种约束关系，从而达到发现和纠正错误的目的.为了分析误码率随着信噪比的编码所呈现出来在有信道编码和无信道编码的差别,首先产生的随机的１0000＊128个符号数，snｒ噪声为0到15d。bitcoded＝chａnnelcodｉng（sｙm，G,4)；%信道编码，(7，4）码bitdｅｃoded=chａｎneldecodｉng（Rｓtream，Eｔａb,Sｍａtrix,H,7，4)；根据仿真曲线图可以看出，有信道编码的曲线的误码率比没有信道编码的误码率低，并且随着信噪比的增大而明显.说明信道编码提高了信息传输的可靠性，提升了通信系统的传输性能。(二）ＢＰSK与QPＳK调制方式对通信系统性能的比较１、调制过程的仿真对(一）部分中卷积产生的序列００11111１1010000进行调制得出下示波形:２、不同调制方式的误码率分析＜1＞BPSK调制datａ１=dａｔa。*２—１;［data2]=oveｒｓamp（data１，nd，IPＯINＴ)；daｔa3＝conv（ｄaｔａ2，ｘh)；％ｃonv:builtinfｕｎｃtｉｏn〈２>QPSK调制[iｃh,qch]=qpskmod（data1_q，1，nd，2);［ich1,ｑch1]=comｐoｖersａmp（icｈ，qｃｈ,lｅngｔh(ich）,IＰOINＴ）;[ｉch2,qch２］=coｍpcｏnｖ(ich１，ｑcｈ1，ｘh）;将BPSK和QPSK在同样的高斯信道下传输，在相同的信噪比和发码速率的情况下,仿真两种调制方式产生的误码率曲线如下所示:从误码率图可以看出,BＰＳＫ比QＰSK的误码率低,BPSK性能较好。在相同的信道下,BPSK调制系统的误码率小于QPSＫ调制,因此相同系统情况下BＰＳK优于QPＳＫ.(三)高斯信道和瑞利衰落信道下的比较１、信道加噪仿真将经过调制的模拟信号通过加高斯噪声的信道传输后，信号会被噪声干扰,波形发生变化，如下图所示：然而，在不同的信道下，波形受损的程度是不一样的,在同一类型的信道下，不同信噪比的受损程度也不相同。因此我们对高斯信道和瑞利衰落进行了对比分析。2、不同信道下的误码分析〈1〉衰落信道[ifadｅ，qｆade］=sｅｆaｄe（datａ3,ｚeros（１，length(dａta3）），ｉtａu,dlｖl，th1,n０,iｔnd1,now1,lｅnｇth(data3），tstｐ,ｆd，ｆlat)；iｔnd1=itnｄ1+iｔnd0;<2＞高斯白噪声信道inoiｓｅ_0=rａndn(1，length(ｄatａ3))。＊attn；％ｒandn:builtiｎfunctiondata4＿0=datａ3＋inoise_０；ｄａta５＿0＝conv（data4＿０，xh2）;％ｃｏnv：builtｉｎｆunctｉon将同样的信号分别送入仅含有高斯白噪声的信道和还有瑞利衰落与高斯白噪声组合起来的信道,绘制出了如下图的误码率曲线:由图可看出,经过瑞利衰落的信道误码率比高斯噪声信道更高。(四)不同合并方式下的对比1、MRC不同信噪比下的误码分析由上图分析可得：天线越多,误码率越小。信噪比越大，误码率也越小。因此可得出结论:系统的信息传输质量与信噪比和天线的数量是正相关的。２、EGC不同信噪比下的误码分析由上图看出：等增益合并方式与最大比合并方式的基本规律一样，也是天线越多,误码率越小。信噪比越大,误码率也越小。因此可得出结论：系统的信息传输质量与信噪比和天线的数量是正相关的。3、MＲC、EGC分别在2根、4根天线下的对比从上图可以看出,最大比值合并比等增益合并的误码率更小，最大比值合并就是通过最优化的加权进行的接收，它们随着天线数量的增大,误码率减小;信噪比越大，误码率下降,其中最大比值随信噪比的误码率变化尤为明显。理论数据与仿真数据的区别下图为BPＳK的理论误码率与仿真误码率的曲线图,通过比较ＢPSＫ信道的理论误码率与仿真误码率的差别可看出,它们的差别很小，近似为一样的。设计小结经过这段时间的ＭＡTLＡB通信系统仿真的学习，使我对通信原理及仿真实践有了更深层次的理解。在学习过程中，我了解了MATLAB的语言基础以及应用的界面环境,基本操作和语法，让我在分析通信系统的性能时更加方便。在学习当中，我明白了通信系统仿真的现实意义，系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质的一种描述。通过仿真技术和方法,可以迅速构成一个通信系统模型，提供一个便捷,高效和精确的仿真平台。学习过程中,我再次系统的学习了现代移动通信系统中送信源产生信息，再到通过发信机对信息进行信源编码和信道编码，再到在信道上（移动通信系统中为无线信道，即自由空间）受到各种噪声信号的干扰，导致传输的信息序列产生一些变化或误差，再到在新到的另一方向通过收信机接收到信号兵进行信道译码和信源译码,将接收到的信号还原为原始基带信号送至信宿将信息反映出来，从而完成移动通信的整个过程。在这次次设计中，我首先进行了信号的产生（随机产生二进制序列),再通过比较经过有信道编码和无信道编码的信息的传输性能差异，得出结论：信道编码增强了信息在信道上的传输性能，减小了误码率。然后再通过比较ＢＰＳＫ调制和QPSＫ调制对信息传输的性能影响，得出BPＳK比QPＳK的误码率低,ＢPSK性能较好。在相同的信道下,BPSK调制系统的误码率小于QPSK调制，因此相同系统情况下BPＳK优于ＱPＳK。另外,我还比较了在加性高斯白噪声信道和瑞利信道上传输信号的误码率情况，总结出经过瑞利衰落的信道误码率比高斯噪声信道更高。我还比较了不同的合并方式对接收信号的误码率影响，了解到天线越多，误码率越小.信噪比越大,误码率也越小。因此可得出结论：系统的信息传输质量与信噪比和天线的数量是正相关的。另外我还明白了最大比合并方式优于等增益合并方式。在最后的理论数据与仿真数据的对比中，我了解到，虽然实际结果与仿真结果之间存在一定的差距,但是们之间还是比较接近的，由此可以说明：通过软件仿真可以比较好的估算出系统的信息传输情况,更方便系统的优化和设计。总之,通过这次设计,我领悟到学习是一个渐进的过程,我们需要不断学习新知识并温习已经学过的知识,只有这样，我们才会不落后于时代的发展!安康学院学年论文﹙设计﹚题目基于MATLＡB的数字通信系统仿真设计学生姓名学号专业班级指导教师２013年6月23日基于MATLＡＢ的模拟通信系统仿真设计(作者：张小文)（安康学院电子与信息工程系电子信息工程专业1０级，陕西安康725000）指导教师:朱燕【摘要】通信是通过某种媒体进行的信息传递,目的是传输信息，通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称，作用是将信息从信源发送到一个或多个目的地.调制与解调在信息的传输过程中占据着重要的地位，是不可或缺的，因此研究系统的调制和解调过程就极为重要.MＡＴLAＢ是集数值计算、图形绘制、图像处理及系统仿真等强大功能于一体的科学计算语言，它强大的矩阵运算和图形可视化的功能以及丰富的工具箱，为通信系统的调制和解调过程的分析提供了极大的方便。本论文首先介绍了通信系统的概念,进而引出调制和解调，然后介绍了我们常用的几种调制和解调的方法。由于MＡＴＬAB具有的强大功能所以详细介绍了MATLAB通信系统工具箱，并给出了基于MATＬAB的通信系统的调制与解调的实现,运用MATLＡB仿真软件进行仿真。【关键词】通信系统;调制与解调;ＭATLＡB;2ＦSＫ；２ASK;2PSK；2DPSKDｉgitalCｏmmuｎicatｉonＳystemＳiｍuｌationＢａｓeｄOnＭATLABAutｈor：ＺhangＸiａｏwen（Ｇrａdｅ10,Ｃｌass2,ElectｒｏnｉcａnｄInformaｔionＥngiｎｅerinｇ，DepartmｅｎtofｅlectronicsaｎｄInｆormaｔionEngineｅring。，AnｋａｎgUniｖｅrsity,Ankaｎg725000，Ｓhａａnxi）Tuｔor：ZhuＹanAbsｔraｃt：Cｏmｍunｉｃatiｏnisthｒouｇhamediafoｒtrａnｓportａtiｏｎ.Coｍmunicatｉｏnｓyｓtemwhｉchisuｓedｔocompletetheprocｅssoｆiｎformaｔｉoｎtransmissｉonsystems,ｉngenｅｒａl,isｔosｅｎdtheｉｎforｍaｔionfromtheｓｏurｃetｏｏneorｍｏredesｔinatiｏnｓ．Moｄulatioｎanddｅｍoduｌationｏccupiedａnｉmpoｒtａntpositｉoｎｉｎtheｔraｎsmisｓionｏfｉnｆormatiｏnｗｈichｉsｅｓsentｉal，ｓotｈｅｒeｓearｃhabｏuttｈemodulatioｎanｄdemｏduｌａｔioｎpｒoｃｅｓsintｈeｃoｍmunicａtｉoｎsysteｍiｓexｔreｍｅlyimportａnt.ＭＡTＬＡＢisanｕmeｒｉｃａlcoｍputatiｏn，graｐhicsｒｅnｄeｒiｎg，ｉmａgｅproｃｅssinｇａnｄsystemsｉmulationａndotherpｏｗerfulfｅaｔuresｉnｏnｅofｔhｅscｉenｔｉficcoｍｐutiｎglａnguage，itiｓapoweｒfulmatrixｃａlｃｕlatioｎandｇrａpｈicalｖisualｉzａtioｎfeaturesandariｃｈｔoolｂoxprovideｓａgｒｅaｔcoｎvenienceforｔhｅcommunicationsｙｓｔeｍoｆmoｄulaｔionａｎｄｄeｍoｄulationprocess.Thisｐａperiｎtｒoducestheｃonceptofthecoｍmunｉｃatiｏnsyｓtｅm，aｎdｔｈenleadsｔomodulationanｄdemoｄulａｔioｎ，aｎdthenｉntroducedｓeveｒalofourcommoｎlyuｓedmｅthoｄoｆmodulaｔioｎａnddemodｕlaｔion。AstｈepｏｗeroｆMAＴLＡＢsoｗeintroduceｄｔｈecommunicaｔioｎsystemtoolｂoｘｉntheMＡTLAB。WegivesseveｒalexamｐlesabｏuttheｃommunicatioｎｓystembａsedonMATＬAＢmoｄuｌａtｉｏnandｄeｍodulationａnduｓethesoｆtwarｅofＭＡTLABtosimuｌateｔhem.Keyｗords:CommuｎｉcａtiｏnSyｓtems；Mｏｄulatiｏnandｄemoduｌation;MＡＴLAB;2ＦSK；2ＡＳＫ；2ＰＳK；2DPＳＫ0引言通信按照传统的理解就是信息的传输,在当今高度信息化得社会,信息和通信已经成为现代社会的“命脉”。信息作为一种资源，只有通过广泛的传播与交流,才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作,推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益.而通信作为传输信息的手段或方式，与传感技术、计算机技术相互融合，已经成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力，所以未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。在信息传输过程中，要求天线的尺寸要和信号的波长相比拟，信号才能有效的被辐射。对于语音信号来说，相应的天线尺寸要在几十公里以上，实际上不可能实现，所以需要经过调制将信号频谱搬移到较高的频率范围，如果不进行调制就把信号直接辐射出去，那么各电台所发出信号的频率就会相同。调制作用的实质就是使相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上，接收机就可以分离出所需的频率信号,不致互相干扰.有时信号过于复杂,人工计算其调制和解调过程较难实现，对其结果的分析又缺乏可视化的直观表现，影响了所得结果在实际生活中的应用，美国MａtｈＷorｋs公司开发的MATLＡB解决了这一问题。它应用于自动控制、数学计算、信号分析、信号处理等诸多领域,也是国内高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具.ＭATLＡB的出现给通信系统的分析提供了极大的方便。1MAＴLAB简介美国Maｔｈwｏrks公司于1967年推出了矩阵实验室“MatrixLaｂoratｏrｙ"（缩写为Mａｔlab)这就是Maｔlａb最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。Ｍaｔlaｂ是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。Simulｉnｋ是ＭATＬAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。确切的说，Ｓｉmulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,它支持线性和非线性系统,连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。在Simuｌink环境中,它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模,并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。但是Sｉｍulｉnｋ不能脱离MATLAＢ而独立工作。Matlａb将高性能的数值计算和可视化集成在一起,并提供了大量的内置函数,从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用Maｔlａb产品的开放式结构，可以非常容易地对Matlａb的功能进行扩充,从而在不断深化对问题认识的同时,不断完善Ｍatlａb产品以提高产品自身的竞争能力。利用M语言还开发了相应的Maｔlａb专业工具箱函数供用户直接使用。这些工具箱应用的算法是开放的可扩展的，用户不仅可以查看其中的算法,还可以针对一些算法进行修改，甚至允许开发自己的算法扩充工具箱的功能。目前Ｍaｔlab产品的工具箱有四十多个,分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。2二进制数字调制系统的原理及实现数字通信系统,按调制方式可以分为基带传输和带通传输。数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率(如0～6M）低频段，因而在很多实际的通信(如无线信道)中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移，将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式,称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制,使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。对数字信号进行调制可以便于信号的传输;实现信道复用；改变信号占据的带宽;改善系统的性能.数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控（ASK，Amplitude－Ｓhiｆtｋｅyｉng）、移频键控（ＦSK,Fｒequencｙ－Shｉfｔkｅyｉng)、移相键控（ＰSK，Ｐhaｓe－Ｓhiftｋeyｉng)和差分移相键(DPSK，DifferｅｎtPｈase-Ｓhiｆtkｅyｉnｇ)。本次课程设计对这四种调制方式进行了仿真。2。1二进制振幅键控采用的流程图如图2-1所示：图2—１2ASK调制解调框图2.1。1ASK调制原理2ASK二进制振幅调制就是用二进制数字基带信号控制正弦载波的幅度,使载波振幅随着二进制数字基带信号而变化，而其频率和初始相位保持不变.信息比特是通过载波的幅度来传递的。其信号表达式为：，S(t）为单极性数字基带信号。由于调制信号只有0或1两个电平，相乘的结果相当于将载频或者关断，或者接通,它的实际意义是当调制的数字信号“１”时，传输载波;当调制的数字信号为“0"时，不传输载波。２ASK信号的时间波形e2ASＫ(t)随二进制基带信号S(t)通断变化。所以又被称为通断键控信号。典型波形如图2-2所示。图2—2典型2ASＫ波形e2AＳＫ（t)为已调信号,它的幅度受s(t)控制，也就是说它的幅度上携带有ｓ（ｔ)的信息。2ＡSK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘器法）和键控法。模拟调制法就是用基带信号与载波相乘,进而把基带信号调制到载波上进行传输。键控法由s（t）来控制电路的开关进而进行调制。两种方法的调制如图２-３和图2—４所示。图2-３模拟调制法（相乘器法）图２—4键控法2.1。２ＡSK解调原理2AＳＫ有两种基本解调方法：相干解调法(同步检测法)和非相干解调法(包络检波法）.相干解调需要将载频位置的已调信号频谱重新搬回原始基带位置，因此用相乘器与载波相乘来实现。相乘后的信号只要滤除高频部分就可以了。为确保无失真还原信号,必须在接收端提供一个与调制载波严格同步的本地载波，这是整个解调过程能否顺利完好进行的关键。本次设计采用相干解调法.两种解调原理图如图2—5和图2—6所示。图２－5相干解调法(同步检测法)图2—６非相干解调法（包络检波法)2。1.３仿真结果及分析通过编写M文件程序（见附录），产生随机信号，按图２—1顺序对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释.运行程序，实现2AＳＫ的调制与解调过程.本次设计采用模拟调制法（相乘器法)和相干解调法.仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图2—7和图2－8所示。图2-７2ＡＳＫ调制过程仿真图图2—82AＳＫ解调过程仿真图由图可以看出,产生的数字随机信号为“0100１０00０１"，经载波调制后信号为“1”的时间内有正弦波形，信号为“0”的时间内无波形。经过加随机噪声,相干解调后,恢复出原始信号,与基带信号一致，因此达到本次设计目的。2。2二进制移频键控所用流程图如图2-9所示:图2-92FＳK调制解调框图2．2.1FＳK调制原理一个FＳＫ信号可以看成是两个不同载波的2AＳＫ信号的叠加。其解调和解调方法和FSK差不多。２FSK信号的频谱可以看成是f1和ｆ2的两个2ASＫ频谱的组合.频移键控是利用载波的频率来传递数字信号,在２ＦSK中,载波的频率随着二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化，频移键控是利用载波的频移变化来传递数字信息的.在２FSK中，载波的频率随基带信号在f１和ｆ2两个频率点间变化。故其表达式为：典型波形如图2-10所示：图2—10２FSK典型波形图2FＳK的调制方式有两种，即模拟调频法和键控法.本次设计采用键控法.键控法中可以用二进制“1”来对应于载频f1，而“0”用来对应于另一频率f2，而这个可以用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立的频率源f１、f２进行选择通。键控法原理图如图２-１１示图２—11２ＦSK键控法原理图２．２。2FSＫ解调原理2FＳＫ的解调方式有两种：相干解调方式和非相干解调方式。非相干解调是经过调制后的２FSK数字信号通过两个频率不同的带通滤波器ｆ1、f2滤出不需要的信号，然后再将这两种经过滤波的信号分别通过包络检波器检波，最后将两种信号同时输入到抽样判决器同时外加抽样脉冲,最后解调出来的信号就是调制前的输入信号.其原理图如图2-１２所示。图2－12２FＳK非相干解调原理图相干解调是根据已调信号由两个载波ｆ１、ｆ2调制而成,则先用两个分别对ｆ1、ｆ2带通的滤波器对已调信号进行滤波,然后再分别将滤波后的信号与相应的载波f１、ｆ２相乘进行相干解调,再分别低通滤波、用抽样信号进行抽样判决器即可.原理图如图3－1４所示。图2-１32FSK相干解调原理图2。２。3仿真结果及分析通过编写Ｍ文件程序(见附录),产生随机信号，按流程图2.2.1顺序对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释。运行程序，实现2ＦSK的调制与解调过程。本次设计中采用键控法调制法和相干解调法。仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图2-14、图2—15和图2—1６所示.由图可以看出，产生的随机信号为“101１０01０0１"，经过反相产生反码，并分别与两个载波相乘，经过加入随机噪声后波形如图2—15所示。在解调时，分别与对应的载波相乘。解调出基带信号,可以看出实现了本次设计目的。图２—142FＳK键控法调制过程仿真图图2－152FSＫ键控法调制过程仿真图图2—16２FSK相干解调过程仿真图２.3二进制相移键控所用流程图如图2-17所示：图2－17２PＳＫ调制解调框图２。３.1PSK调制原理在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控（2PSK)信号.2ＰSＫ信号调制有两种方法,即模拟调制法和键控法。通常用已调信号载波的０°和180°分别表示二进制数字基带信号的１和0,模拟调制法用两个反相的载波信号进行调制。2PＳK以载波的相位变化作为参考基准的,当基带信号为０时相位相对于初始相位为0°，当基带信号为１时相对于初始相位为18０°。键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式.通常用0°和1８0°来分别代表0和1.其时域表达式为:其中，２ＰSK的调制中aｎ必须为双极性码。本次设计中采用模拟调制法。两种方法原理图分别如图2-１８和图２-１9所示。图2—18模拟调制法原理图图2-19键控法原理图2．3.2PSＫ解调原理由于2PＳK的幅度是恒定的,必须进行相干解调.经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的.即正抽样值判为１,负抽样值判为0.2PSK信号的相干解调原理图如图2—２０所示，各点的波形如图２—２1所示。由于2PSK信号的载波回复过程中存在着180°的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的基带信号正好相反,即“1”变成“0”吗“0"变成“1"，判决器输出数字信号全部出错。这种现象称为２PSK方式的“倒π”现象或“反相工作”.但在本次仿真中是直接给其同频同相的载波信号，所以不存在此问题。图2－2０2ＰSK的相干解调原理图图2－21相干解调中各点波形图2.3.３仿真结果及分析通过编写Ｍ文件程序（见附录），产生随机信号,按流程图2－17所示顺序对每一模块编程后.程序中注有需注意语句及解释。运行程序，实现２PＳK的调制与解调过程。本次设计采用模拟调制法和相干解调法。仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图２—２2和图２—２3示.图2—222PSK模拟调制方法过程仿真图图2—232PSK相干解调过程仿真图由图可以看出,产生的随机信号为“0０1１００１100”,经过反相产生反码,并将原码跟反码一起合成双极性码，与载波相乘后加入随机噪声。在解调时，与对应的载波相乘经过低通滤波、抽样判决后，解调出基带信号与原基带信号一致，可以看出实现了本次设计目的。2.4二进制差分相移键控所用流程图如图2—２４所示:图2－242DPSK调制解调框图2。４．1DPSＫ调制原理二进制差分相移键控。2DPSＫ方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为,可定义一种数字信息与之间的关系为:为前一码元的相位。实现二进制差分相移键控的最常用的方法是:先对二进制数字基带信号进行差分编码，然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。２DＰSK调制原理图如图2—２5所示。图2—252DPSK调制原理框图2。4。2DＰSK解调原理２DＰＳK信号解调有相干解调方式和差分相干解调。用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波,只要将ＤＰSK信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与DPＳＫ信号相乘,相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系，经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息,而不需要在进行差分解码。相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是,先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中,若相干载波产生相位模糊,解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后,输出的绝对码不会发生任何倒置现象,从而解决了载波相位模糊的问题。本次设计采用相干解调。两种解调方式的原理图如图2—2６和图2－27所示。图2—26２DPSＫ差分相干解调原理图图2－272DＰSK相干解调原理图2DPＳK相干解调各点波形图如图２—28所示。图２—282DPSK相干解调各点波形图2。4。３仿真结果及分析通过编写M文件程序（见附录）,产生随机信号，按流程图2－2４所示顺序对每一模块编程后。程序中注有需注意语句及解释。本次设计采用相干解调法。运行程序，实现2DPＳK的调制与解调过程。仿真后调制过程及解调过程的图形分别如图２—2９、图2—3０和图２-31所示。由图可以看出,产生的绝对随机码为“０1００１11010",经码差分变化产生相对码,经反相产生相对码反码，分别与两个载波相乘后加入随机噪声.在解调时,分别与对应的载波相乘经过低通滤波、抽样判决后，解调出基带信号与原基带信号一致,可以看出实现了本次设计目的。图2-292ＤPSK调制过程仿真图图2—30２DPSK调制过程仿真图图２-312ＤPSK相干解调过程仿真图3总结与体会通过本次课程设计,我对课本上数字通信传输系统特别是二进制频移键控（2FSK）有了重新的认识。对2FSK调制数字基带信号加深了理解。对于使用键控法产生2FSＫ信号、添加高斯白噪声、使用相干解调、抽样判决等，我比较系统地认识了数字通信传输系统。本课程设计使用的MATＬAB仿真软件和Simｕｌink仿真环境，通过写其源程序代码，加深了我对每一步进行的理解,即要明白每一步都是怎么来的。通过使用Simulinｋ仿真环境，我可以直观地放置相应的模块，搭建通信系统,并能够动态的显示仿真结果，使学习设计不再枯燥３．1程序设计与系统实施。ＭＡTLＡＢ提供了程序设计仿真环境，可以通过编写代码完成某些模块的仿真。同时利用其提供的画图功能，可以使人直观地观察程序设计及调试的结果。每一步都得十分细心,需要具体到一个小小的标点符号,否则程序就会在调试中出错.本设计中，根据设计规划包括基带信号的产生和调制、加入高斯白噪声、带通滤波和低通滤波、相干解调、计算误码率等。本过程使我将学习过但并不熟练的ＭATＬAB软件重新学习和使用了一下，并通过查阅和引用相关资料学习使用其相关的函数功能。MATＬAB中的画图功能是本课程设计的亮点，将结果直观地表现出来。3。2理论模糊造成设计困难。通过进行设计我发现，没有熟悉的理论知识搞设计是困难的。在设计每一步时，必须搞清楚每一步是干什么的,怎么进行，这些都需要理论进行指导。当哪一步不会弄时，我就去查书，将书中的理论细细研读，这样通过本课程设计我又把书中相关的部分细细看了几遍,对书中的理论有了更深的认识。因为多次调试，结果越来越接近理论情况下的结果，可见实验其实就是对理论的验证.所以，清楚地掌握理论是进行设计的关键步骤。参考文献［1]樊昌信，詹道庸,徐炳祥，吴成柯.通信原理［M]．北京:国防工业出版社,198０：171~260。［2］薛鹏骞.电子与通信电路计算机仿真［M］。北京：煤炭工业出版社，2003：１1３～144。[3］邓华．MATLAＢ通信仿真及应用实例详解[M］。北京:人民邮电出版社,200３：9９～1１5．［４］陈怀琛．MATLＡB及其在理工课程中的应用指南[Ｍ］.西安：西安电子科技大学出版社，2002:１46~１８0。［５]张谦．通信系统中MAＴＬＡB基础与仿真应用[M].西安:西安电子科技大学出版社，20１０：85~10９．［6］孙屹.MATＬＡB通信仿真开发手册[M］．北京：国防工业出版社，2005:138~168．［7]王立宁，乐光新，詹菲．MAＴＬAＢ与通信仿真[M]．北京:人民邮电出版社，20００:７4~８6．[8]约翰·G·普罗克斯。现代通信系统的使用MＡTLＡB［M]．西安:西安交通学出版社，2001：95~１２1．[9]陈萍．现代通信实验系统的计算机仿真[Ｍ］。北京：国防工业出版社,２003:1７1～260。［10］孙亮.ＭATLAＢ语言与控制系统仿真[Ｍ］．北京：北京工业大学出版社,2001:64～83。［１1]WilliamAＳhay．UndｅrstａnｄｉngDaｔaCoｍmunｉｃatioｎｓaｎｄNetwｏｒks［Ｍ]：WａｄswortｈＰublishinｇComｐａny，１998:1６２～16４．［12］WillｉａmStallｉｎgｓ。DataandCｏmpuｔeｒCommｕnicationｓ，ＳeventhEｄiｔiｏn［Ｍ]:PｒｅnticｅHaｌl，２0０3:２０1~207。北京邮电大学基于Matlab的MIMO通信系统仿真专业：信息工程班级：2011211126姓名：学号：目录TOC\o”1-3"\h\u28961一、概述162651、课题的研究背景137412、课程设计的研究目的180893、MIMO系统110909【1】MIMO的三种主要技术118202【2】MIMO系统的概述24788【3】MIMO系统的信道模型232678二、基本原理3288641、基本流程3164042、MIMO原理3191743、空时块码424050三、仿真设计5287871、流程图5254592、主要模块及参数688593、信源产生655284、信道编码61195、调制7135146、AWGN信道7142557、输出统计84943四、程序块设计8183551、代码814384五、仿真结果分析12213561、仿真图12149932、结果分析127628六、重点研究的问题128329七、心得与体会1328597八、参考文献13一、概述1、背景MIMO表示多输入多输出。在第四代移动通信技术标准中被广泛采用，例如IEEE802。16e（Wimax），长期演进（LTE)。在新一代无线局域网(WLAN）标准中，通常用于IEEE

802。11n,但也可以用于其他802.11技术。MIMO有时被称作空间分集,因为它使用多空间通道传送和接收数据。只有站点（移动设备)或接入点（AP）支持MIMO时才能部署MIMO。MIMO技术可以显著克服信道的衰落，降低误码率。该技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源,并能够增加无线系统的覆盖范围。通常，多径要引起衰落,因而被视为有害因素。然而研究结果表明，对于MIMO