課程設(shè)計OQPSK通信系統(tǒng)的matlab仿真分析

1、說 明1. 課程設(shè)計任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，并經(jīng)專業(yè)學(xué)科組審定，下達(dá)到學(xué)生。2. 學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)書獨立完成課程設(shè)計。3. 本任務(wù)書在課程設(shè)計完成后，與論文一起交指導(dǎo)教師，作為論文評閱和課程設(shè)計答辯的主要檔案資料。一、課程設(shè)計的主要內(nèi)容和基本要求1 產(chǎn)生等概率且相互獨立的二進(jìn)制序列，畫出時域和頻域的波形；2 產(chǎn)生均值為0，方差為1的加性高斯隨機(jī)噪聲；3 進(jìn)行OQPSK調(diào)制，畫出波形；4 進(jìn)行誤碼率分析，并與理論值比較；5 解調(diào)OQPSK，畫出眼圖。6 畫出星座圖二、課程設(shè)計圖紙內(nèi)容及張數(shù)本實驗沒有規(guī)定的圖紙內(nèi)容，在實驗結(jié)果中附有本次實驗的結(jié)果圖三、課程設(shè)計應(yīng)完成的軟硬件的名稱、內(nèi)容及主

2、要技術(shù)指標(biāo)MATLAB 7.0四、主要參考資料通信原理基礎(chǔ) （北京郵電大學(xué)出版社)通信原理 （國防工業(yè)出版社）樊昌信 曹麗娜 編著信號與系統(tǒng)MATLAB綜合實驗（高等教育出版社）MATLAB7輔助信號處理技術(shù)與應(yīng)用(電子工業(yè)出版社)飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心編著窗體頂端窗體底端 OQPSK通信系統(tǒng)的matlab仿真分析1 設(shè)計目的和意義1. 對oqpsk進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，通過MATLAB編程，掌握MATLAB的使用，熟練掌握OQPSK的調(diào)制原理，解調(diào)原理。2. 對OQPSK通信系統(tǒng)進(jìn)行matlab仿真分析，分析起信噪比和差錯率。為現(xiàn)實中通信系統(tǒng)的調(diào)制，解調(diào)，及信道傳輸進(jìn)行理論指導(dǎo)。2 設(shè)計原理1. O

3、PSK的調(diào)制它和QPSK有著同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們對系統(tǒng)的帶寬、頻譜利用率和抗干擾性能要求越來高。而與普通的QPSK比較，交錯正交相移鍵控的同相與正交兩支路的數(shù)據(jù)流在時問上相互錯開了半個碼元周期，而不像QPSK那樣I、Q兩個數(shù)據(jù)流在時間上是一致的(即碼元的沿是對齊的)。由于OQPSK信號中的I(同相)和Q(正交)兩個數(shù)據(jù)流，每次只有其中一個可能發(fā)生極性轉(zhuǎn)換，所以，每當(dāng)一個新的輸入比特進(jìn)入調(diào)制器的I或Q信道時，其輸出的OQPSK信號中只有0°、+90°三個相位跳變值，而根本不可能出現(xiàn)180°相

4、位跳變。所以頻帶受限的OQPSK信號包絡(luò)起伏比頻帶受限的QPSK信號要小，而經(jīng)限幅放大后的頻帶展寬也少。2OQPSK的基本原理OQPSK信號的數(shù)學(xué)公式可以表示為：OQPSK的調(diào)制方法與QPSK類似，僅在一條正交支路上引入了一個比特的延時，以使得兩支路的數(shù)據(jù)不會同時發(fā)生變化，降低最大相位跳變。其中電平映射關(guān)系為:11,0-1.圖3：OQPSK調(diào)制原理框圖經(jīng)OQPSK調(diào)制后，調(diào)制點的星相圖以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示。OQPSK解調(diào)OQPSK信號可采用正交相干解調(diào)方式解調(diào)，其解調(diào)原理如圖a所示。由圖a可以看出，OQPSK與QPSK信號的解調(diào)原理基本相同，其差別僅在于對Q支路信號抽樣判決后要延遲Tb2，

5、這是因為在調(diào)制時，Q支路信號在時間上偏移了Tb2，所以抽樣判決時刻也相應(yīng)偏移了Tb2，以保證對兩支路的交錯抽樣。眼圖是信號由垂直掃描進(jìn)入與同周期的水平掃描鋸齒波疊加到示波器上時到得圖案。眼圖能夠反映信號在傳輸過程中受到的信道噪聲影響的強(qiáng)度，眼圖越模糊，眼睛越閉合，則說明噪聲越強(qiáng)，反之，則說明噪聲強(qiáng)度弱，也能說明信道性能更優(yōu)良。3 設(shè)計結(jié)果及分析輸入的二進(jìn)制序列以及串并轉(zhuǎn)換成的上下兩路信號，下支路信號已延時，由產(chǎn)生的隨機(jī)序列可以知道前十個碼元為1001001101，映射電平為1-1-11-1-111-11，下面的抽樣脈沖與ts=1的矩形脈沖相卷即為輸入信號上下支路分別經(jīng)過調(diào)制后的信號調(diào)制后的信號

6、以及加了高斯白噪聲的信號調(diào)制后的信號乘以相干載波后的信號，通過低通濾波器以及經(jīng)過抽樣判決后的信號（前面上下支路的信號的與判決后的信號對比，可以看出都有延時）恢復(fù)成的最終信號與原始信號的對比oqpsk的星座圖oqpsk的眼圖oqpsk系統(tǒng)的理論誤碼率此次實驗中實際誤碼率加入不同的噪聲進(jìn)行循環(huán) rt=1.8%(四)matlab程序及其功能主程序以及注釋clc;A=1; % 載波幅度fc=2; % 載波頻率Ts=1; % 碼元寬度fs=1/TsB1=fs; %低通濾波器的寬度N_sample=32; % 基帶碼元抽樣點數(shù)N=500; % 碼元數(shù) dt=Ts/fc/N_sample; % 抽樣時間間隔

7、T=N*Ts; % 信號持續(xù)時間長度t=0:dt:T-dt; % 時間向量Lt=length(t); % 時間向量長度tx1=0; % 時域波形圖橫坐標(biāo)起點tx2=10; % 時域波形圖橫坐標(biāo)終點ty1=-2; % 時域波形圖縱坐標(biāo)起點ty2=2; % 時域波形圖縱坐標(biāo)終點fx1=-10; % 功率譜圖橫坐標(biāo)起點fx2=10; % 功率譜圖橫坐標(biāo)終點fy1=-40; % 功率譜圖縱坐標(biāo)起點fy2=25; % 功率譜圖縱坐標(biāo)終點EsN0dB = 3:0.5:10 ; %設(shè)定EbNo范圍EsN0 = 10.(EsN0dB/10);rt=zeros(1,length(EsN0dB); %初始化誤碼率

8、向量M=4;%產(chǎn)生二進(jìn)制信源m=randn(1,N); % 產(chǎn)生1到n的隨機(jī)數(shù)d=sign(m); % 將大于0的變?yōu)?小于0的變?yōu)?1dd=sigexpand(d,fc*N_sample); %將序列d的周期變?yōu)門sgt=ones(1,fc*N_sample); % 產(chǎn)生寬度為Ts的矩形窗d_NRZ=conv(dd,gt); % 卷積產(chǎn)生基帶信號figure(5);subplot(2,2,1);plot(t,dd(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);figure(1);subplot(2,4,1);plot(t,d_NRZ(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,t

9、y2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('基帶信號時域波形圖');grid;f,d_NRZf=T2F(t,d_NRZ(1:Lt);% 進(jìn)行傅里葉變換figure(1);subplot(2,4,5);plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('基帶信號功率譜圖');grid;figure(4);subplo

10、t(2,2,1);plot(t,d_NRZ(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('基帶信號時域波形圖');grid;figure(4);subplot(2,2,2);plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('基帶信號功率譜圖');grid;% 串并轉(zhuǎn)換

11、d1=;d2=;for i=1:N if rem(i,2)=1 d1(i+1)/2)=d(i); else d2(i/2)=d(i); endenddd1=sigexpand(d1,2*fc*N_sample); %功能同上 gt1=ones(1,2*fc*N_sample); d_NRZ1=conv(dd1,gt1); figure(1);subplot(2,4,2);plot(t,d_NRZ1(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('上支路基帶信號時域波形圖

12、9;);grid;f1,d_NRZ1f=T2F(t,d_NRZ1(1:Lt);figure(1);subplot(2,4,6);plot(f1,10*log10(abs(d_NRZ1f).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('上支路基帶信號功率譜圖');grid;figure(3);subplot(2,4,1);plot(t,d_NRZ1(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)'

13、);ylabel('幅度');title('上支路基帶信號時域波形圖');grid;dd2=sigexpand(d2,2*fc*N_sample); gt1=ones(1,2*fc*N_sample); d_NRZ2=conv(dd2,gt1); d_NRZ2DLY=-ones(1,N_sample*fc),d_NRZ2(1:end-N_sample*fc); %進(jìn)行延時，在前面添-1figure(1);subplot(2,4,3);plot(t,d_NRZ2DLY(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)

14、9;);ylabel('幅度');title('下支路基帶信號時域波形圖');grid;f2,d_NRZ2f=T2F(t,d_NRZ2DLY(1:Lt); figure(1);subplot(2,4,7);plot(f2,10*log10(abs(d_NRZ2f).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('下支路基帶信號功率譜圖');grid;figure(3);subplot(2,4,5);plot(t,d_

15、NRZ2DLY(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('下支路基帶信號時域波形圖');grid;% 載波h1t=A*cos(2*pi*fc*t);h2t=A*sin(2*pi*fc*t);figure(1);subplot(2,4,4);plot(t,h1t);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('載波信號時域波形圖');grid;f3

16、,h1tf=T2F(t,h1t);figure(1);subplot(2,4,8);plot(f3,10*log10(abs(h1tf).2/T); % p=2/T *10*log10(abs(h1tf)為求功率譜的公式axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('載波信號功率譜圖');grid;% 生成OQPSK信號s_qpsk1=d_NRZ1(1:Lt).* h1t; %上下支路分別調(diào)制s_qpsk2=d_NRZ2DLY(1:Lt).* h2t; fi

17、gure(2);subplot(2,2,1);plot(t,s_qpsk1);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('上支路頻帶信號時域波形圖');grid;f4,s_qpsk1f=T2F(t,s_qpsk1);figure(2);subplot(2,2,3);plot(f4,10*log10(abs(s_qpsk1f).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)

18、');title('上支路頻帶信號功率譜圖');grid;figure(2);subplot(2,2,2);plot(t,s_qpsk2);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('下支路頻帶信號時域波形圖');grid;f5,s_qpsk2f=T2F(t,s_qpsk2);figure(2);subplot(2,2,4);plot(f5,10*log10(abs(s_qpsk2f).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel

19、('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('下支路頻帶信號功率譜圖');grid;s_oqpsk=s_qpsk1+s_qpsk2; %兩路信號相加得到調(diào)制后的信號figure(8);subplot(2,2,1);plot(t,s_oqpsk);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('已調(diào)信號時域波形圖');grid;f6,s_oqpskf=T2F(t,s_oqpsk);figure(8)

20、;subplot(2,2,3);plot(f6,10*log10(abs(s_oqpskf).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('已調(diào)信號功率譜圖');grid;% 信道加入高斯白噪聲進(jìn)行接收解調(diào)% 產(chǎn)生高斯白噪聲m=1;p1=-10;noise = wgn(m,Lt,p1);% 接收信號 y_qpsk = s_oqpsk + noise;figure(8);subplot(2,2,2);plot(t,y_qpsk);axis(tx1,

21、tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('接收信號時域波形圖 ');grid;f7,y_qpskf=T2F(t,y_qpsk);figure(8);subplot(2,2,4);plot(f7,10*log10(abs(y_qpskf).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('接收信號功率譜圖 Pn=-10dB');grid;%t,ny_

22、qpsk=bpf(f7,y_qpskf,1,8);% 相干解調(diào)% 通過乘法器1r_qpsk1 = y_qpsk .* h1t;figure(3);subplot(2,4,2);plot(t,r_qpsk1);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('上支路通過乘法器信號時域波形圖');grid;%通過低通濾波器f8,r_qpsk1f=T2F(t,r_qpsk1);B1=1;t1,r_qpsk11=lpf(f8,r_qpsk1f,B1);figure(3);subplot(2

23、,4,3);plot(t1,r_qpsk11)axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('上支路通過低通濾波器信號時域波形圖');grid;%抽樣判決dd11=r_qpsk11(fc*N_sample:2*fc*N_sample:end); dd22=sign(dd11); %判決dd222=sigexpand(dd22,2*fc*N_sample); d_NRZ11=conv(dd222,gt1); %得到上支路信號d_NRZ11DLY=-ones(1,N_sample*f

24、c),d_NRZ11(1:end-N_sample*fc); %上支路信號延時figure(3);subplot(2,4,4);plot(t,d_NRZ11DLY(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('上支路抽樣判決后信號時域波形圖');grid;% 通過乘法器2r_qpsk2 = y_qpsk .* h2t;figure(3);subplot(2,4,6);plot(t,r_qpsk2);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('

25、時間(S)');ylabel('幅度');title('下支路通過乘法器信號時域波形圖');grid;%通過低通濾波器f9,r_qpsk2f=T2F(t,r_qpsk2);t2,r_qpsk21=lpf(f9,r_qpsk2f,B1);figure(3);subplot(2,4,7);plot(t2,r_qpsk21)axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('下支路通過低通濾波器信號時域波形圖');grid;%抽樣判決dd33=r_q

26、psk21(fc*N_sample:2*fc*N_sample:end); dd44=sign(dd33); %判決dd444=sigexpand(dd44,2*fc*N_sample); d_NRZ21=conv(dd444,gt1) figure(3);subplot(2,4,8);plot(t,d_NRZ21(1:Lt)axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間(S)');ylabel('幅度');title('下支路抽樣判決后信號時域波形圖');grid;dd22DLY=d_NRZ11DLY(fc*N_sample:

27、2*fc*N_sample:end);% 并串轉(zhuǎn)換ddd=;for s=1:N/2 ddd(2*s-1)=dd22DLY(s); ddd(2*s)=dd44(s);endrddd=sigexpand(ddd,fc*N_sample); %解調(diào)信號輸出r_qpsk=conv(rddd,gt);qr_qpsk=r_qpsk(2*N_sample*fc+1:N*N_sample*fc),ones(1,2*N_sample*fc)%去除延時figure(4);subplot(2,2,3);plot(t,qr_qpsk(1:Lt);axis(tx1,tx2,ty1,ty2);xlabel('時間

28、(S)');ylabel('幅度');title('解調(diào)信號時域波形圖 Pn=-10dB');grid;f10,qr_qpskf=T2F(t,r_qpsk(1:Lt);figure(4);subplot(2,2,4);plot(f10,10*log10(abs(qr_qpskf).2/T);axis(fx1,fx2,fy1,fy2);xlabel('頻率(Hz)');ylabel('功率譜密度(dB/Hz)');title('解調(diào)信號功率譜圖 Pn=-10dB');grid;%眼圖eyediagram(y_

29、qpsk,32,2,8);x=d_NRZ1(1:fc*N*N_sample)+j*d_NRZ2DLY(1:fc*N*N_sample);%星座圖scatterplot(x);axis(-4,4,-4,4);grid;xlabel('實部');ylabel('虛部');title('星座圖');d_NRZJ=d_NRZ(1:fc*N*N_sample);p=find(d_NRZJ<0);d_NRZJ(p)=0;q=find(qr_qpsk<0);qr_qpsk(q)=0;r=find(d_NRZ>0);d_NRZJ(r)=1;s=

30、find(qr_qpsk>0);qr_qpsk(s)=1;figurenum,rt = biterr(d_NRZJ,qr_qpsk);Ps = erfc(sqrt(EsN0)*sin(pi/M); %通過一系列計算可以得到 % %由于 %可以進(jìn)一步得到，semilogy(EsN0dB,Ps,'rd -');xlabel('Es/N0(dB)'); ylabel('誤碼率');grid on;title('QPSK系統(tǒng)的誤碼率');用到的子函數(shù)function out=sigexpand(d,M)% 將輸入的序列擴(kuò)展成間隔為

31、N-1 個 0 的序列；N=length(d);out=zeros(M,N);out(1,:)=d;out=reshape(out,1,M*N);functionf,sf=T2F(t,st);%計算信號的傅里葉變換%Input is the time and the signal vectors,the length of time must greater%than 2%Output is the frequency and the signal spectrumdt=t(2)-t(1);T=t(end);df=1/T;N=length(st);f=-N/2*df:df:N/2*df-df;sf=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf);function t,st=F2T(f,sf)%計算信號的反傅里葉變換df=f(2)-f(1);Fmx=(f(end)-f(1)+df);dt=1/Fmx;N=length(sf);T=dt*N;%t=-T/2:dt:T/2-dt;t=0:dt:T-dt;sff=fftshift(sf);st=Fmx*ifft(sff);% 低通濾波器function