北交大无线通信实验一数字调制解调1

《无线通信基础》课程研究性学习手册数字调制解调实验Ⅰ姓名：学号：同组成员：指导教师：时间：20155月目 录一、实验任务： 31、subMOD子程序 32、subPulseShaping和subMatchFilter子程序 33、d子程序 4、实验结果验证 4二、理论分析： 41BPSK与QPSK调制 42、脉冲成型滤波 5三、实验步骤： 51BPSK调制程序设计 52BPSK解调程序设计： 63、QPSK调制程序 64、QPSK解调程序 75、脉冲成形滤波器程序设计 76、匹配滤波器程序设计 8四、结论及分析： 91BPSK调制解调程序验证 92、QPSK调制解调程序验证 103、更改参数对实验结果的影响 12五、遇到的问题及解决方法： 13六、扩展问题： 14七、心得： 14八、参考文献： 15一、实验任务：、subPulseShaping、、subDemod这四个子程序。需要按照下面的步骤正确的完成这四个子程序，在完成实验后上交完整的程序以及实验报告。1、subMOD子程序BPSKQPSK的基带调制，即将输入的信源bit序列映射到符号域，输出是复数形式的符号。以BPSK为例，BPSK把一个信息位表示成一个符号，即映射出的符号有两种可能的相位。在数学上，每比特调制信号表示为：sb

tm b

(4.1)式中，f

是基带调制的频率，m

b是b=0或1时的相位偏移。如果我们选择的两个相位sπ/23π/2的话，可以将调制信号

表示为： 0costjsint

ifb0stb

m

m0cos2ftm

j

m

ifb1(4.2)对应前面所说的将每一个bit映射成一个复数符号，可以很容易的看出BPSK的映射关系为：将信源0映射成0+i，信源1映射成0-i。当调制方式为QPSK时，原理与BPSK类似。不同的是QPSK是将信源的2个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输入的信源bit数据流映射到符号域上。例如输入bitQPSK-0.707-0.707i、0.707-0.707i、-0.707+0.707i0.707+0.707i。2、subPulseShaping和subMatchFilter子程序这两个子程序的功能类似，分别是实现发端的脉冲成型滤波和收端的匹配滤波。信号通过滤波器就相当于信号和滤波器的时域脉冲响应做卷积。以发端为例，你首先需要做的就已经在发端进行了上采样，因此在收端匹配滤波前不再需要上采样操作。3、subDemod子程序subDemodsubMODbit数据。如果是BPSK调制，你需要将每bitQPSK调制，则需要将每个输入符号解映射成两位bit能够正确的解调出数据。4、实验结果验证QPSK调制，你还可以通过信噪数下程序是否能够正确运行，并对比运行的结果有何异同。最后按照要求完成实验报告。二、理论分析：1、BPSK与QPSK调制BPSK(BinaryPhaseShiftBPSK(BinaryPhaseShiftKeying)，把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。BPSK信号属于DSB正交相移键控（QuadraturePhaseShift是一种数字调制方式。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式DQPSK。目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。）号分布2关系，这种关系称为“映射星座图来完全定义。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是号分布2关系，这种关系称为“映射星座图来完全定义。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK2调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。2、脉冲成型滤波基带脉冲成型滤波器实际上就是一个内插滤波器。如图2-1所示图2-1内插滤波器框图图2图21为一内插器，内插（码元间差1个0，增加数模转换的精度，脉冲成形滤波器h(t),h(t)可视为发送滤波器，直接将成形波形发射出去，在频带中经过调制后发射出去。三、实验步骤：1、BPSK调制程序设计BPSK调制程序的主要功能是将收入比特映射为数组中对应的BPSK调制程序的主要功能是将收入比特映射为数组中对应的0+1i0-1i程序如下：图3-1BPSK调制程序2、BPSK解调程序设计：将收到的数据挨个与标准的数据相减将收到的数据挨个与标准的数据相减然后用数组最大值和最小值取出最小值的索引，这就完成了BPSK的解调。图3-2BPSK解调程序3、QPSK调制程序QPSK调制首先得将二进制比特流转换为四进制数据流，使用一个串并变换，将高位数据乘以2QPSK调制首先得将二进制比特流转换为四进制数据流，使用一个串并变换，将高位数据乘以2索引一个维度为4的复数数组，其中每一个数对应了一个相位，使用这个相位就可以完成QPSK的调制。图3-3QPSK调制程序4、QPSK解调程序QPSKQPSKQPSK取模，完成求距离运算。寻找得到的数组中的最小值，求出其索引，这就得到了对应的四进制输出数据。然后将其除以2，得到余数和商，在进行串并变换，恢复为二进制比特流。图3-4QPSK解调程序5、脉冲成形滤波器程序设计将要发送的数据流与脉冲形成滤波器卷积，就是实现了脉冲成型滤波。将要发送的数据流与脉冲形成滤波器卷积，就是实现了脉冲成型滤波。图3-5脉冲成形滤波器程序6、匹配滤波器程序设计匹配滤波就是将接收的信号通过匹配滤波器，从而消除码间干扰。使接收达到最佳的效果。匹配滤波就是将接收的信号通过匹配滤波器，从而消除码间干扰。使接收达到最佳的效果。图3-6匹配滤波器程序四、结论及分析：1、BPSK调制解调程序验证实验参数设置如下：TXoversamplefactor——8ZeroPadLength——12samplerate——500ksamplespersymbol——16滤波器参数：pulseshapingfilter——none程序运行结果如下：收发端星座图图4-1发送（左）接收（右）星座图接收文本内容图4-2接收文本误码率曲线图4-3接收误码率曲线结果分析：BPSK0+1i0-1i两个坐i和此外，在实际误码率曲线中可以看到，当信噪比大于17dB再变化，可以看出，该种调制参数下的误码率对信噪比要求较低。2、QPSK调制解调程序验证实验参数设置如下：TXoversamplefactor——8ZeroPadLength——12samplerate——500ksamplespersymbol——16滤波器参数：pulseshapingfilter——none程序运行结果如下：收发端星座图图4-4发送（左）接收（右）星座图接收文本内容图4-5接收文本误码率曲线图4-6接收误码率曲线结果分析：实验结果基本符合要求QPSK0.707+-0.707+0.707i0.707–0.707i-0.707-0.707i0+1i，这是由于程序运行时的初始相位造成的，该坐标并不代表任何有用信息。此外，在实际误码率曲线中可以看到，当信噪比大于15dB再变化，可以看出，该种调制参数下的误码率对信噪比要求较低。3、更改参数对实验结果的影响这里主要探讨的是脉冲成形滤波器对调制解调的影响。BPSK收发端星座图：图4-7采用升余弦脉冲成形后的发送（左）接收（右）星座图实际误码率曲线（信噪比变化范围为025dB：图4-8采用升余弦脉冲成形后的接收误码率曲线BPSKQPSK收发端星座图：图4-9采用升余弦脉冲成形后的发送（左）接收（右）星座图实际误码率曲线（信噪比变化范围为025dB：图4-10采用升余弦脉冲成形后的接收误码率曲线QPSK调制解调。五、遇到的问题及解决方法：For循环外进行了求距离，然后送入ForFor循环中，这样每次都能输出一个最小索引，最后就能输出一个比特流了。六、扩展问题：1、Samplespersymbol和Oversamplefactor这两个参数的物理意义是什么，它们的取值与调制方式之间有什么关系？答：调制器和解调器的信号采样数即SamplesperSymbolfs44.1kHz48kHz。若将采样频率提高到R×fs，RR>10~fs/20~Rfs/22、为什么要在发送端和接收端分别添加脉冲成型滤波器和匹配滤波器，它们有什么作用？（ISIH(f)是单边带宽为1/2T的矩形函数（理想奈奎斯特滤波器，其时域波形为h(t)=sinc(t/T理想奈奎斯特滤波系统（保证无码间串扰）匹配滤波器是输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的