用matlab實現(xiàn)16psk通信課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計目的…………………………………………………………1</p><p>　　2 課程設(shè)計要求…………………………………………………………1</p><p>　　3 相關(guān)知識………………………………………………………………1</p><p>　　4

2、 課程設(shè)計分析…………………………………………………………4</p><p>　　5 仿真……………………………………………………………………7</p><p>　　6結(jié)果分析……………………………………………………………12</p><p>　　7 參考文獻……………………………………………………………14</p><p><b>

3、;　　16PSK系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　1.課程設(shè)計目的</b></p><p>　?。?）根據(jù)題目，查閱有關(guān)資料，掌握16進制相移鍵控的基本原理。</p><p>　　（2）學習MATLAB軟件，掌握MATLAB中元器件使用及參數(shù)的設(shè)置。</p><p>　?。?）鍛煉我們分析問題和解

4、決問題的能力同時對我們進行良好的獨立工作習慣和科學素質(zhì)的培養(yǎng)為今后參加科學工作打下良好的基礎(chǔ)</p><p><b>　　2.課程設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）掌握相移鍵控的相關(guān)知識、概念清晰。</p><p>　?。?）掌握MATLAB使用方法，利用軟件繪制圖像。</p><p>　　（3）程序設(shè)計合

5、理、能夠正確運行。</p><p><b>　　3.相關(guān)知識</b></p><p>　　3.1數(shù)字通信系統(tǒng)簡介</p><p>　　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

6、，這個過程稱為“模數(shù)變換”。模擬信號數(shù)字化最基本的方法有三個過程，第一步是“抽樣”，就是對連續(xù)的模擬信號進行離散化處理，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。數(shù)字信號送入數(shù)字網(wǎng)進行傳輸。

7、接收端則是一個還原過程，把收到的數(shù)字信號變?yōu)槟M信號，即“數(shù)據(jù)摸變換”，從而再現(xiàn)聲音或圖像。</p><p>　　數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖為：</p><p>　　信源→信源編碼→信道編碼→調(diào)制→信道→解調(diào)→信道解碼→信源解碼→信宿</p><p>　　↑

8、 噪聲</p><p>　　3.2 MATLAB 簡介</p><p>　　3.2.1 基本功能</p><p>　　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可以進行運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接接其他編程語言的程序等，主要應用于

9、工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 </p><p>　　MATLAB的基本數(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等語言完成相同的事情簡捷得多，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。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自

10、己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。</p><p>　　3.2.2 MATLAB 產(chǎn)品應用</p><p>　　MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作： </p><p><b>　　● 數(shù)值分析 </b></p><p>　　● 數(shù)值和符號計算 <

11、;/p><p>　　● 工程與科學繪圖 </p><p>　　● 控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 </p><p>　　● 數(shù)字信號處理技術(shù) </p><p>　　● 通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真 </p><p>　　3.2.3 MATLAB 特點</p><p>　　●此高級語言可用于技術(shù)計算 </p>

12、;<p>　　●此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進行管理 </p><p>　　●交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題 </p><p>　　●二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) </p><p>　　●各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 </p><p>　　3.2.4 MATLAB系列工具優(yōu)勢</p>

13、;<p>　　（1）友好的工作平臺和編程環(huán)境</p><p>　　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(diào)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

14、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)境提供了比較完備的調(diào)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)的錯誤及進行出錯原因分析。 </p><p>　　（2）簡單易用的程序語言</p><p>　　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)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)?/p>

15、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＋＋語言基礎(chǔ)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(lǐng)域的重要原因。 </p>&l

16、t;p>　　（3）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力</p><p>　　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。 </

17、p><p>　　3.3絕對相移鍵控調(diào)制仿真</p><p>　　為了提高通信系統(tǒng)的頻帶利用率，多元數(shù)字調(diào)制是一個重要的途徑。相同的碼元寬度占據(jù)相同頻帶寬度的資源，多元調(diào)制情況下一個符號(碼元)代表了若干比特的信息。相同資本資源下，傳輸了更多信息。</p><p>　　提高頻帶利用率是以降低功率利用率為代價的。相同的發(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，

18、抗干擾能力越差。因為相同的噪聲功率使信號偏離原有位置相同的距離，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(shè)備等場合提高功率又是難以實現(xiàn)的。工程實踐中應權(quán)衡二者的關(guān)系。</p><p>　　應用仿真的方法，可以得出多元調(diào)制情況下頻帶利用率，功率利用率，誤碼率與調(diào)制方式，傳輸環(huán)境之間的定量關(guān)系，為系統(tǒng)規(guī)劃，設(shè)計提供有參考的價值的信息。

19、 </p><p><b>　　4.課程設(shè)計分析</b></p><p>　　4.1 MPSK的概念</p><p>　　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

20、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。</p><p>　　在MPSK信號中，載波相位有M種可能取值，qn=2πn/M(n=1,2,…M)。因此MPSK信號可表示為</p><p>　　S(t) = cos(ω0t+θn) = cos (ω0t+2πn/M)</p><p>　　若載波頻率是基

21、帶信號速率的整數(shù)倍，則上式可改寫為</p><p>　　S(t)=∑g(t-nTs)cos(ω0t+θn)=cosω0tΣg(t-nTs)cosθn-sinω0tΣg(t-nT)sinθn</p><p>　　式中g(shù)(t)是高度為1、寬度為Ts的矩形脈沖。</p><p>　　式中表明，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M

22、ASK信號的帶寬相同。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。</p><p>　　16PSK (16 Phase Shift Keying 16移相鍵控) 是一種相位調(diào)制算法。</p><p>　　相位調(diào)制（調(diào)相）是頻率調(diào)制（調(diào)頻）的一種演變，載波的相位被調(diào)整用于把數(shù)字信息的比特編碼到每一詞相位改變（相移）

23、。</p><p>　　"16PSK"中的"PSK表示使用移相鍵控方式，移相鍵控是調(diào)相的一種形式，用于表達一系列離散的狀態(tài)，16PSK對應16種狀態(tài)的PSK。如果是其一</p><p>　　半的狀態(tài)，即8種，則為EPSK，如果是其2倍的狀態(tài)，則為32PSK。</p><p>　　4.2 16PSK調(diào)制解調(diào) </p>&

24、lt;p>　　4.2.1 16PSK</p><p>　　圖4.1　4位比特信息到16RSK符號的映射關(guān)系</p><p>　　16PSK（絕對相移鍵控）是用載波的16種不同相位表示不同的數(shù)字信息。16PSK調(diào)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部分。16PSK是將輸入的二進制信號序列經(jīng)過串并轉(zhuǎn)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

25、率為比特率的1/4。不同的碼元和對應的相位映射如圖4-1所示</p><p>　　4.2.2 16PSK調(diào)制解調(diào)框圖</p><p>　　圖4.2 16PSK調(diào)制框圖</p><p>　　圖4.3 16PSK最佳接收框圖</p><p><b>　　5仿真</b></p><p>　　5.1

26、 16PSK仿真模塊建模</p><p>　　16PSK基帶調(diào)制仿真系統(tǒng)如圖5-1</p><p>　　圖5.1 16PSK基帶調(diào)制仿真</p><p>　　仿真系統(tǒng)中各模塊的主要參數(shù)</p><p>　　圖5-2隨機整數(shù)發(fā)生器主要參數(shù)</p><p>　　圖5-3 16PS調(diào)制器主要參數(shù)</p>

27、<p>　　圖5-4信道的主要參數(shù)</p><p><b>　　5.２程序內(nèi)容</b></p><p>　?。?）生成一個隨機的二進制比特流。</p><p>　?。?）將二進制比特流轉(zhuǎn)換成對應的十六進制信號。</p><p>　　（3）用16PSK調(diào)制器對信號進行調(diào)制并畫出信號的星座圖。</p>

28、<p>　?。?）在16PSK信號中加入高斯白噪聲。</p><p>　　（5）畫出通過信道之后接收信號的星座圖。</p><p>　?。?）生成信號眼圖。</p><p>　?。?）16PSK信號的解調(diào)。</p><p><b>　?。?）計算誤碼率。</b></p><p><

29、;b>　　5.3程序如下：</b></p><p><b>　　M=16;</b></p><p>　　k=log2(M);</p><p>　　n=100000; %比特序列長度</p><p>　　samp=1;

30、 %過采樣率</p><p>　　x=randint(n,1); %生成隨機二進制比特流</p><p>　　stem(x(1:50),'filled'); %畫出相應的二進制比特流信號</p><p>　　title

31、 %('二進制隨機比特流');</p><p>　　xlabel('比特序列');ylabel %('信號幅度');</p><p>　　x4=reshape(x,k,length(x)/k); %將原始的二進制比特序列每四個一組分組，并排列成k行l(wèi)ength(x)/k列的矩陣</p><p

32、>　　xsym=bi2de(x4.','left-msb'); %將矩陣轉(zhuǎn)化為相應的16進制信號序列</p><p><b>　　figure;</b></p><p>　　stem(xsym(1:50)); %畫出相應的16進制信號序列</p><p>　　xlabe

33、l('信號序列');ylabel ('信號幅度');</p><p>　　y=modulate(modem.pskmod(M),xsym); %用16PSK調(diào)制器對信號進行調(diào)制</p><p>　　scatterplot(y); %畫出16PSK信號的星座圖</p><p>　

34、　text(real(y)+0.1,imag(y),dec2bin(xsym));</p><p>　　axis([-5 5 -5 5]);</p><p>　　EbNo=15; %假設(shè)Eb/No=15db</p><p>　　snr=EbNo+10*log10(k)-10*log10(samp); %信噪比&l

35、t;/p><p>　　yn=awgn(y,snr,'measured'); % 加入高斯白噪聲</p><p>　　h=scatterplot(yn,samp,0,'b.'); %經(jīng)過信道后接收到的含白噪聲的信號星座圖</p><p><b>　　hold on;</b></p>

36、<p>　　scatterplot(y,1,0,'k+',h); %加入不含高斯白噪聲的信號星座圖</p><p>　　title %('接收信號星座圖');</p><p>　　legend %('含噪聲接

37、收信號','不含噪聲接收信號');</p><p>　　axis([-5 5 -5 5]);</p><p><b>　　hold off;</b></p><p>　　eyediagram(yn,2); %眼圖 </p><p>　　yd=demodulate

38、(modem.pskdemod(M),yn);%此時解調(diào)出來的是16進制信號</p><p>　　z=de2bi(yd,'left-msb'); %轉(zhuǎn)化為對應的二進制比特流</p><p>　　z=reshape(z.',numel(z),1');</p><p>　　[number_of_errors,bit

39、_error_rate]=biterr(x,z) %計算誤碼率</p><p><b>　　運行結(jié)果：</b></p><p>　　number_of_errors =94</p><p>　　bit_error_rate =9.4000e-004</p><p><b>　　6.結(jié)果分析</b>

40、</p><p>　　通過理論與編程實踐，其運行結(jié)果如圖所示：</p><p>　　圖6.1 16PSK的信號圖</p><p>　　圖6.2 16PSK信號的星座圖</p><p>　　圖6.3含高斯白噪聲的信號星座</p><p>　　圖6.4不含高斯白噪聲的信號</p><p><b

41、>　　圖6.5 眼圖</b></p><p><b>　　7參考文獻</b></p><p>　　[1]通信原理 作者：樊昌信 曹麗娜 國防工業(yè)出版社</p><p>　　[2]MATLAB仿真在通信與電子工程中的應用 作者：徐明遠 邵玉斌 </p><p>