基于MATLAB的DPSK通信系統(tǒng)仿真

1、通信原理課程實驗報告基于MATLAB的DPSK通信系統(tǒng)仿真 院系： 班級： 學(xué)號： 姓名： 教師： 2012年12月7日目錄1 設(shè)計題目······································

2、3;·················32 設(shè)計要求·······························

3、83;························33 設(shè)計原理························&#

4、183;·······························3 3.1 DPSK調(diào)制················&#

5、183;···································3 3.2 DPSK解調(diào)············&#

6、183;·······································44 設(shè)計流程·········&

7、#183;··············································55 代碼實現(xiàn)··

8、··················································

9、····5 5.1 基帶信號的獲取············································

10、;···5 5.2 差分編碼·············································&

11、#183;·······6 5.3 DPSK調(diào)制········································&

12、#183;··········7 5.4 AWGN信道·····································&

13、#183;·············8 5.5 限噪處理··································

14、83;··················8 5.6 差分相干解調(diào)·····························

15、83;···················9 5.4 AWGN信道····························

16、83;·····················11 5.7 功率譜密度圖的繪制6 測試結(jié)果·························

17、;······························12 6.1 調(diào)制解調(diào)正確性的測試·················

18、·······················12 6.2 系統(tǒng)抗噪性能的測試························&#

19、183;·················147 總結(jié)·······························&#

20、183;····························178 心得體會····················

21、···································17附：完整代碼·············

22、3;·······································181 設(shè)計題目 用MATLAB仿真DPSK通信系統(tǒng)2 設(shè)計要求 基本參數(shù)如下：1) Fc=1800Hz2) Rb=1200bp

23、s3) 考慮加入AWGN信道，Eb/N0=20dB4) 自定義一小段信息序列 結(jié)果要求：1) 繪制各階段信號波形2) 繪制信號的PSD3 設(shè)計原理 二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調(diào)相，記為2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數(shù)字信息。所謂相對載波相位是只本碼元初相與前一碼元初相之差。3.1 DPSK調(diào)制 DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。例如，假設(shè)相位值用相位偏移表示（定義為本碼元初相與前一碼元初相只差），并設(shè)=數(shù)字信息1=0數(shù)字信息0則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如如下：數(shù)

24、字信息： 0 0 1 1 1 0 0 1 0 12DPSK信號相位： 0 0 0 0 0 0 或 0 0 0 0 0畫出的2PSK及DPSK信號的波形如圖3-1所示。圖3-1 2PSK及2DPSK信號的波形2DPSK的產(chǎn)生基本類似于2PSK，只是調(diào)制信號需要經(jīng)過碼型變換，將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa。2DPSK產(chǎn)生的原理框圖如圖2-2所示1，圖（a）為模擬調(diào)制法，圖（b）為鍵控法。 (a) 模擬調(diào)制法 (b) 鍵控法圖3-2 2DPSK信號的調(diào)制原理圖從上面分析可見，無論接收信號是2DPSK還是2PSK信號，單從接收端看是區(qū)分不開的。因此2DPSK信號的功率譜密度和2PSK信號的功率譜密度是完全一樣的。

25、3.2 DPSK解調(diào) DPSK信號可以采用相干解調(diào)法（極性比較法）和差分相干解調(diào)法（相位比較法）。本次設(shè)計采用差分相干解調(diào)法，圖3-3為差分相干解調(diào)法原理圖。差分相干解調(diào)法的思想是直接比較前后碼元的相位差。由于此時的解調(diào)已同時完成了碼變換作業(yè)，故無需另加碼變換器。由于這種解調(diào)方法又無需專門的相干載波，故事一種比較實用的方法。圖3-3 2DPSK差分相干解調(diào)解調(diào)原理圖4 設(shè)計流程 設(shè)計流程如下框圖所示，箭頭上的信號表示實際傳遞的信號名稱。 bn dn mod modz 差分編碼 DPSK調(diào)制 AWGN信道 BPF 對比 r Bn mt demod 抽樣判決 LPF 延時相乘 差分相干解調(diào)5 代碼

26、實現(xiàn)5.1 基帶信號的獲取 利用MATLAB自帶函數(shù)randint 產(chǎn)生定長度的二進制隨機序列sign，為了將sign轉(zhuǎn)換為單極性NRZ信號，要對sign的每個隨機碼進行T點增樣，最后得到基帶數(shù)字信號bn代碼實現(xiàn)如下：% 初始參量定義 %fc=1800; %載波頻率Rb=1200; %基帶數(shù)據(jù)傳輸速率Tb=1/Rb;T=50; %每個Tb內(nèi)進行的增樣點數(shù)M=8; %原始碼字序列的長度N=9; %差分碼字序列的長度sign=randint(1,M); %產(chǎn)生長度為M的隨機二進制序列SNR=20; %信噪比% 對sign進行T點增樣后的基帶數(shù)字信號 %bn=; for n=1:M if sign(

27、n)=0; F=zeros(1,T); else F=ones(1,T); end bn=bn,F;end繪圖5.2 差分編碼 設(shè)差分碼cfm（二進制序列），差分編碼原理為cfmn = bn xor cfmn-1 例如，如果 sign= 1 0 0 1 0 0 1 1 ,那么cfm=1 0 0 0 1 1 1 0 1 ; 同時，還要對得到的差分碼cfm進行T點增樣，得到差分信號dn（單極性NRZ信號）。代碼實現(xiàn)如下：% 差分編碼得到差分碼cfm %cfm=;cfm(1)=1; %設(shè)cfm的初值為1for i=1:M cfm(i+1)=xor(sign(i),cfm(i);end % 對cfm進

28、行T點增樣 %dn=; %差分信號for n=1:N; if cfm(n)=0; A=zeros(1,T); %每個symbol進行T點增樣 else A=ones(1,T); end dn=dn A; end繪圖5.3 DPSK調(diào)制 DPSK調(diào)制由于PSK調(diào)制的主要原因是DPSK調(diào)制解決了“不確定性反相”問題，即DPSK信號通過相鄰時隙載波相位的變化與否來“攜帶”信息。 在代碼實現(xiàn)這一步的過程中，我假設(shè)了一個相鄰時隙相位差變量delta，易知，當(dāng)sign的一個碼字為1時，delta=pi，否則delta=0.通過delta就能反映前后時隙的載波相位變化，進而實現(xiàn)DPSK調(diào)制。代碼實現(xiàn)如下：%

29、 DPSK調(diào)制 %t=Tb/T:Tb/T:Tb; %對Tb=1/Rb間隔進行T點劃分mod=cos(2*fc*pi*t); %調(diào)制后的信號delta=0; %相位差for n=1:M if sign(n)=1; delta=delta+pi; else delta=delta; end c2=cos(2*fc*pi*t+delta); mod=mod c2; end繪圖5.4 AWGN信道 利用MATLAB自帶函數(shù)awgn實現(xiàn)對已調(diào)信號mod進行加噪處理。代碼實現(xiàn)如下：% 調(diào)制信號過高斯白噪聲的信道 %modz=awgn(mod,SNR); %過AWGN信道繪圖5.5 限噪處理 利用MATLA

30、B自帶函數(shù)fir1構(gòu)造FIR I型 帶通濾波器，使其對準(zhǔn)信號頻帶，讓信號幾乎無失真通過，同時抑制帶外噪聲，此處取BPF的通帶寬度為2*Rb，中心頻率為fc。（由于設(shè)計的是數(shù)字濾波器，所以不要忘記對頻率進行歸一化處理） 值得注意的是，由于設(shè)計的濾波器是100階，所以通過BPF后的信號會有出現(xiàn)接近于一個symbol寬度的時延。所以在信號modz接入BPF前，要對其進行一個拓寬處理，對modz最后一個symbol進行復(fù)制，得到modz_broad，再接入到BPF上。 同時，不要忘記對從BPF出來的信號r0進行截取，因為r0的第一個symbol是濾波器時延帶來的。代碼實現(xiàn)如下：% BPF %modz_

31、broad=modz modz(N-1)*T+1:N*T);fs=Rb*T;hBPF=fir1(100,2*pi*fc-Rb fc+Rb/fs);r0=filter(hBPF,1,modz_broad);r=r0(T+1:(N+1)*T); %對r0進行截取繪圖5.6 差分相干解調(diào) 差分相干解調(diào)的核心思想是比較兩個相鄰時隙上信號的相位，從而直接還原出信號Bn，分為三步：(1) 延時相乘代碼實現(xiàn)如下：% 延時相乘 %r_shift=r(T+1:N*T);demod=;for i=1:M*T; a=r_shift(i) .* r(i); demod=demod a;end繪圖(2) LPF 利用M

32、ATLAB自帶函數(shù)fir1構(gòu)造FIR I型 低通濾波器，此處取LPF的通帶寬度為Rb。 同BPF一樣，由于設(shè)計的濾波器是100階，所以通過LPF后的信號會有出現(xiàn)接近于一個symbol寬度的時延。所以要對信號demod接入LPF前，進行拓寬處理，得到demod_broad，再接入到LPF上。 同樣，不要忘記對從LPF出來的信號mt0進行截取，因為mt0的第一個symbol是濾波器時延帶來的。 代碼實現(xiàn)如下：% LPF %demod_broad=demod demod(M-1)*T+1:M*T)hLPF=fir1(100,2*pi*Rb/fs);mt0=filter(hLPF,1,demod_br

33、oad);mt=mt0(T+1:(M+1)*T); %對mt0進行截取繪圖(3) 抽樣判決 實現(xiàn)思想：對mt一個symbol的T個采樣點進行求和，如果sum大于0，則Bn對應(yīng)這個symbol內(nèi)的所有點的值為1，反之為0.代碼實現(xiàn)如下：% 抽樣判決 %Bn=zeros(1,M*T); for i=1:M; if sum( mt( (i-1)*T+1 :i*T ) ) > 0; Bn(i-1)*T+1:i*T)=0; else Bn(i-1)*T+1:i*T)=1; endend繪圖 從上圖可知，最終經(jīng)DPSK通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)后得到的信號Bn與一開始的基帶數(shù)字信號bn完全一致。5.7 功率譜

34、密度圖的繪制 采用Welch法繪制DPSK調(diào)制信號mod的功率譜密度圖（Power spectrum magnitude)。選擇適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)w(n)，并再周期圖計算前直接加進去，加窗的優(yōu)點是無論什么樣的窗函數(shù)均可使譜估計非負。二是在分段時，可使各段之間有重疊，這樣會使方差減小。本設(shè)計中嘗試了三種窗，分別是矩形窗、海明窗和Blacman窗。代碼實現(xiàn)如下：% PSD %window=boxcar(100); %矩形窗 window1=hamming(100); %海明窗 window2=blackman(100); %Blackman窗 Nfft=N*T*Rb;noverlap=0; %數(shù)據(jù)無重疊

35、 range='onesided' %計算單邊帶功率譜密度Pxx,f=pwelch(mod,window,noverlap,Nfft,fs,range); Pxx1,f=pwelch(mod,window1,noverlap,Nfft,fs,range); Pxx2,f=pwelch(mod,window2,noverlap,Nfft,fs,range); figure(3)subplot(311)plot(f,Pxx);axis(0 5000 0 0.0008);title('rectangular window PSD');xlabel('f/Hz&

36、#39;); subplot(312)plot(f,Pxx1);axis(0 5000 0 0.0006);title('Hamming PSD');xlabel('f/Hz'); subplot(313)plot(f,Pxx2);axis(0 5000 0 0.0006);title('Blackman PSD');xlabel('f/Hz');繪圖 從第一幅圖即rectangular PSD中可以看出，單邊帶功率譜密度圖的中心頻率大致在1800Hz即載波頻率處，第一零點大致在600Hz和3000Hz，即fc-Rb和fc+Rb處

37、。6 測試結(jié)果6.1 調(diào)制解調(diào)正確性的測試 在前面我取用了一個特例sign=1 0 0 1 0 0 1 1來說明每一步的正確性。下面利用randint 產(chǎn)生定長度的二進制隨機序列sign，多次運行結(jié)果都顯示最終差分相干解調(diào)得出的信號Bn與基帶數(shù)字信號bn一致，說明此次基于MATLAB設(shè)計的DPSK通信系統(tǒng)能夠成功實現(xiàn)DPSK信號的調(diào)制與解調(diào)。某幾次運行結(jié)果的截圖如下：6.2 系統(tǒng)抗噪性能的測試 在前面調(diào)制解調(diào)正確性的測試中，設(shè)定信噪比SNR=20.下面通過檢驗在不同信噪比值下，系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)的正確性，來簡單評定系統(tǒng)的抗噪性能。 SNR=10時，正確解調(diào) SNR=5時，正確解調(diào) SNR=2時，正確

38、解調(diào) SNR=1.5時，有誤碼出現(xiàn) 所以，可以定性判斷該系統(tǒng)的抗噪性能良好。7 總結(jié) 經(jīng)過兩周的MATLAB課程設(shè)計，我收獲多多?？偨Y(jié)后主要有一下幾點可談1) 良好編程習(xí)慣的培養(yǎng) 我們編程時要有良好的風(fēng)格，源代碼的邏輯簡明清晰，易讀易懂是好程序的重要標(biāo)準(zhǔn)。我的幾點小收獲是：標(biāo)識符命名盡量含義鮮明，適當(dāng)?shù)淖⒔?，注意程序的視覺組織。2) 信息篩查能力的訓(xùn)練 拿到一個課程設(shè)計題目后，應(yīng)該從何下手，如何獲取有效資源、篩查信息，是對個人能力的一種考驗。經(jīng)過這次試驗后，我認為首先需要把理論知識弄透徹（尤其是課本上的），再閱讀別人的設(shè)計報告，重復(fù)別人所做的工作是一種不錯學(xué)習(xí)方法，但是需要懂得去粗取精，提取有

39、效信息，否則會浪費大量時間。3) 調(diào)試思想的建立 這次試驗中我被很多問題難住，卻常常不知如何下手找出錯誤，經(jīng)老師指點后才懂得要按一定方法進行調(diào)試糾錯，結(jié)果這些錯誤常常是一些拼寫錯誤或符號不對稱等小錯。明確整體的架構(gòu)，有針對地進行測試。調(diào)試方法多種多樣，但調(diào)試思想的建立卻是最為基礎(chǔ)、根本。8 心得體會 課程實驗是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。在這兩周的時間里我切切實實的學(xué)到了許多知識，尤其是提高了在MATLAB中的編程能力?；仡櫰鸫舜瓮ㄐ旁碚n程實驗，至今我仍感慨頗多，在整整兩周的時間里，我的心情和課程

40、設(shè)計的進展起起伏伏，一度懷疑自己的能力開始否定自己，直到最后把每處都弄通了、達到完美了，心情才真正舒暢開來。 但是，我確實學(xué)到很多很多的的東西，同時鞏固了所學(xué)知識。整個設(shè)計的過程，可以說得是困難重重，這畢竟算是自己第一次獨立完成，在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對軟件不熟悉，動手能力比較欠缺。設(shè)計的過程很糾結(jié)，調(diào)試的過程也很痛苦，但是知識就是在這個過程中學(xué)習(xí)的，經(jīng)驗也是在這個過程中積累的。經(jīng)歷過困難才會有更多的收獲。掌握正確的方法，保持認真的作風(fēng)和平和的心態(tài)，這樣才能真正的學(xué)到知識。 這次課程實驗終于完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，多謝李曉峰老師的耐心講解，從老師的身上我學(xué)到了很多實用的知

41、識，也由衷地慶幸自己能遇到這樣一位好老師，不僅專業(yè)知識扎實，而且品格高尚、謙和有禮，這就是我理想中的好老師。再次感謝李老師。同時，對給予我?guī)椭耐瑢W(xué)們也表示忠心的感謝。附：完整代碼% DPSK調(diào)制解調(diào) % % 初始參量定義 %fc=1800; %載波頻率Rb=1200; %基帶數(shù)據(jù)傳輸速率Tb=1/Rb;T=50; %每個Tb內(nèi)進行的增樣點數(shù)M=8; %原始碼字序列的長度N=9; %差分碼字序列的長度sign=zeros(1,M);sign=randint(1,N); %產(chǎn)生長度為M的隨機二進制序列SNR=1.5; %信噪比 % 對sign進行T點增樣后的基帶數(shù)字信號 %bn=; for n=

42、1:M if sign(n)=0; F=zeros(1,T); else F=ones(1,T); end bn=bn,F;end % 差分編碼得到差分碼cfm %cfm=;cfm(1)=1; %設(shè)cfm的初值為1for i=1:M cfm(i+1)=xor(sign(i),cfm(i);end % 對cfm進行T點增樣 %dn=; %差分信號for n=1:N; if cfm(n)=0; A=zeros(1,T); %每個symbol進行T點增樣 else A=ones(1,T); end dn=dn A; end % DPSK調(diào)制 %t=Tb/T:Tb/T:Tb; %對Tb=1/Rb間隔進

43、行T點劃分mod=cos(2*fc*pi*t); %調(diào)制后的信號delta=0; %相位差for n=1:M if sign(n)=1; delta=delta+pi; else delta=delta; end c2=cos(2*fc*pi*t+delta); mod=mod c2; end % 調(diào)制信號過高斯白噪聲的信道 %modz=awgn(mod,SNR); %過AWGN信道 % BPF %modz_broad=modz modz(N-1)*T+1:N*T);fs=Rb*T;hBPF=fir1(100,2*pi*fc-Rb fc+Rb/fs);r0=filter(hBPF,1,modz

44、_broad);r=r0(T+1:(N+1)*T); %對r0進行截取 % 延時相乘 %r_shift=r(T+1:N*T);demod=;for i=1:M*T; a=r_shift(i) .* r(i); demod=demod a;end % LPF %demod_broad=demod demod(M-1)*T+1:M*T)hLPF=fir1(100,2*pi*Rb/fs);mt0=filter(hLPF,1,demod_broad);mt=mt0(T+1:(M+1)*T); %對mt0進行截取 % 抽樣判決 %Bn=zeros(1,M*T); for i=1:M; if sum( m

45、t( (i-1)*T+1 :i*T ) ) > 0; Bn(i-1)*T+1:i*T)=0; else Bn(i-1)*T+1:i*T)=1; endend % 畫圖 % figure(1) %figure(1);subplot(3,3,1);plot(bn);grid on;axis(0 T*N -2 2);title('基帶數(shù)字信號bn'); figure(1);subplot(3,3,2);plot(dn);grid on;axis(0 T*N -2 2);title('差分信號dn'); figure(1);subplot(3,3,3);plot(mod);grid on;axis(0 T*N -2 2);title('DPSK調(diào)制信號mod'); figure(1);subplot(3,3,4);plot(modz);grid onaxis(0 T*N -2 2);title('過AWGN信道后的modz信號'); figure(1);subplot(3,3,5);plot(r);grid onaxis(0 T*N -2 2);title('過BPF后的信號r') figure(1);subplot(3,3,6);plot(demod);grid