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： 學號： 姓名： 教師：2012年12月7日目錄1 設計題目·······································

2、·················32 設計要求································

3、;························33 設計原理························

4、3;·······························3 3。1 DPSK調制················

5、3;···································3 3.2 DPSK解調············

6、3;·······································44 設計流程·········

7、83;··············································55 代碼實現··&#

8、183;·················································&#

9、183;···5 5。1 基帶信號的獲取············································&

10、#183;··5 5。2 差分編碼·············································

11、83;·······6 5。3 DPSK調制········································

12、83;··········7 5。4 AWGN信道·····································

13、83;·············8 5.5 限噪處理···································

14、;··················8 5。6 差分相干解調······························

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

16、;·····················11 5.7 功率譜密度圖的繪制6 測試結果·························&

17、#183;·····························12 6.1 調制解調正確性的測試·················&#

18、183;······················12 6。2 系統(tǒng)抗噪性能的測試························

19、3;·················147 總結·······························

20、3;····························178 心得體會····················&#

21、183;··································17附：完整代碼··············

22、·······································181 設計題目 用MATLAB仿真DPSK通信系統(tǒng)2 設計要求 基本參數如下：1) Fc=1800Hz2) Rb=1200bps3

23、) 考慮加入AWGN信道，Eb/N0=20dB4) 自定義一小段信息序列 結果要求：1) 繪制各階段信號波形2) 繪制信號的PSD3 設計原理二進制差分相移鍵控常簡稱為二相相對調相，記為2DPSK。它不是利用載波相位的絕對數值傳送數字信息，而是用前后碼元的相對載波相位值傳送數字信息。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字信息的一種方式。例如，假設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=數字信息1=0數字信息0則數字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關系可舉例表示如如下:數字信息：

24、 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31所示。圖3-1 2PSK及2DPSK信號的波形2DPSK的產生基本類似于2PSK，只是調制信號需要經過碼型變換，將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa。2DPSK產生的原理框圖如圖22所示1，圖(a）為模擬調制法，圖（b)為鍵控法. （a） 模擬調制法 （b) 鍵控法圖3-2 2DPSK信號的調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.3。2 DPS

25、K解調 DPSK信號可以采用相干解調法（極性比較法）和差分相干解調法（相位比較法）.本次設計采用差分相干解調法，圖3-3為差分相干解調法原理圖。差分相干解調法的思想是直接比較前后碼元的相位差.由于此時的解調已同時完成了碼變換作業(yè),故無需另加碼變換器。由于這種解調方法又無需專門的相干載波，故事一種比較實用的方法。圖33 2DPSK差分相干解調解調原理圖4 設計流程 設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。bndn modmodz 差分編碼 DPSK調制 AWGN信道 BPF對比rBn mt demod 抽樣判決 LPF 延時相乘 差分相干解調5 代碼實現5。1 基帶信號的獲取

26、利用MATLAB自帶函數randint 產生定長度的二進制隨機序列sign，為了將sign轉換為單極性NRZ信號,要對sign的每個隨機碼進行T點增樣，最后得到基帶數字信號bn代碼實現如下：% 初始參量定義 %fc=1800; 載波頻率Rb=1200; 基帶數據傳輸速率Tb=1/Rb；T=50; 每個Tb內進行的增樣點數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點增樣后的基帶數字信號 %bn=； for n=1：Mif sign(n）=0； F=zeros（1，T）;e

27、lse F=ones（1，T）;end bn=bn,F；end繪圖5.2 差分編碼 設差分碼cfm(二進制序列），差分編碼原理為cfmn = bn xor cfmn1 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）。代碼實現如下：% 差分編碼得到差分碼cfm %cfm=；cfm（1）=1; 設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

28、: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調制 DPSK調制由于PSK調制的主要原因是DPSK調制解決了“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。 在代碼實現這一步的過程中,我假設了一個相鄰時隙相位差變量delta，易知，當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DPSK調制。代碼實現如下:% DPSK調制 %t=Tb/T：Tb/T:

29、Tb； %對Tb=1/Rb間隔進行T點劃分mod=cos（2*fc*pi*t）； %調制后的信號delta=0； 相位差for n=1：Mif sign(n）=1; delta=delta+pi； else delta=delta; end c2=cos（2fcpit+delta）； mod=mod c2; end繪圖5。4 AWGN信道 利用MATLAB自帶函數awgn實現對已調信號mod進行加噪處理。代碼實現如下:% 調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MATLAB自帶函數fir1構造FIR I型 帶通濾波器，使其

30、對準信號頻帶，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.（由于設計的是數字濾波器，所以不要忘記對頻率進行歸一化處理) 值得注意的是，由于設計的濾波器是100階，所以通過BPF后的信號會有出現接近于一個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。代碼實現如下：% BPF %modz_broad=modz modz（(N1）*T+1：N

31、*T)；fs=Rb*T；hBPF=fir1(100，2pifc-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 差分相干解調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） 延時相乘代碼實現如下：% 延時相乘 %r_shift=r(T+1：NT)；demod=；for i=1:MT； a=r_shift（i) 。* r（i）; demod=demod a；end繪圖(2) LPF利用MATLAB自帶函數fir1構造FIR I型 低通濾波器，此處取L

32、PF的通帶寬度為Rb。 同BPF一樣，由于設計的濾波器是100階，所以通過LPF后的信號會有出現接近于一個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.代碼實現如下：% LPF %demod_broad=demod demod（M1）T+1:MT）hLPF=fir1（100，2pi*Rb/fs）;mt0=filter(hLPF，1,demod_broad）；mt=mt0(T+1:（M+1）*T）； 對mt0進行截取繪圖（

33、3） 抽樣判決 實現思想：對mt一個symbol的T個采樣點進行求和，如果sum大于0，則Bn對應這個symbol內的所有點的值為1,反之為0。代碼實現如下：% 抽樣判決 %Bn=zeros（1，M*T)； for i=1：M；if sum（ mt（ (i1）*T+1 ：iT ） ） 0； Bn（i1）*T+1：iT）=0； else Bn（(i1）*T+1：iT）=1； endend繪圖從上圖可知，最終經DPSK通信系統(tǒng)調制解調后得到的信號Bn與一開始的基帶數字信號bn完全一致。5。7 功率譜密度圖的繪制 采用Welch法繪制DPSK調制信號mod的功率譜密度圖(Power spectrum

34、 magnitude）。選擇適當的窗函數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。本設計中嘗試了三種窗，分別是矩形窗、海明窗和Blacman窗。代碼實現如下：% PSD %window=boxcar(100）； 矩形窗 window1=hamming（100); 海明窗 window2=blackman（100）； %Blackman窗 Nfft=NTRb；noverlap=0; 數據無重疊 range=onesided; %計算單邊帶功率譜密度Pxx，f=pwelch（mod,window,nov

35、erlap，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）；subplot（312）plot(f，Pxx1）；axis（0 5000 0 0.0006）；title（Hamming PSD）；xlabel(

36、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fcRb和fc+Rb處。6 測試結果6.1 調制解調正確性的測試 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 產生定長度的二進制隨機序列sign,多次運行結果都顯示最終差分相干解調得

37、出的信號Bn與基帶數字信號bn一致，說明此次基于MATLAB設計的DPSK通信系統(tǒng)能夠成功實現DPSK信號的調制與解調。某幾次運行結果的截圖如下:6。2 系統(tǒng)抗噪性能的測試 在前面調制解調正確性的測試中，設定信噪比SNR=20。下面通過檢驗在不同信噪比值下，系統(tǒng)調制解調的正確性，來簡單評定系統(tǒng)的抗噪性能. SNR=10時，正確解調 SNR=5時,正確解調 SNR=2時，正確解調 SNR=1。5時，有誤碼出現 所以，可以定性判斷該系統(tǒng)的抗噪性能良好.7 總結經過兩周的MATLAB課程設計,我收獲多多。總結后主要有一下幾點可談1) 良好編程習慣的培養(yǎng) 我們編程時要有良好的風格,源代碼的邏輯簡明清晰

38、，易讀易懂是好程序的重要標準。我的幾點小收獲是：標識符命名盡量含義鮮明，適當的注解，注意程序的視覺組織。2) 信息篩查能力的訓練 拿到一個課程設計題目后，應該從何下手，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）,再閱讀別人的設計報告，重復別人所做的工作是一種不錯學習方法，但是需要懂得去粗取精，提取有效信息，否則會浪費大量時間.3) 調試思想的建立 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，經老師指點后才懂得要按一定方法進行調試糾錯，結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,有針對地進

39、行測試。調試方法多種多樣,但調試思想的建立卻是最為基礎、根本。8 心得體會 課程實驗是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現,提出，分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。在這兩周的時間里我切切實實的學到了許多知識，尤其是提高了在MATLAB中的編程能力.回顧起此次通信原理課程實驗,至今我仍感慨頗多，在整整兩周的時間里，我的心情和課程設計的進展起起伏伏,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，我確實學到很多很多的的東西，同時鞏固了所學知識.整個設計的過程，可以說得是困難重重,這畢竟算是自己第一次獨立完

40、成，在設計的過程中發(fā)現了自己的不足之處，對軟件不熟悉，動手能力比較欠缺.設計的過程很糾結，調試的過程也很痛苦，但是知識就是在這個過程中學習的，經驗也是在這個過程中積累的。經歷過困難才會有更多的收獲.掌握正確的方法,保持認真的作風和平和的心態(tài)，這樣才能真正的學到知識。 這次課程實驗終于完成了，在設計中遇到了很多問題,多謝李曉峰老師的耐心講解，從老師的身上我學到了很多實用的知識，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們也表示忠心的感謝。附:完整代碼% DPSK調制解調 % 初始參量定義 %fc

41、=1800; %載波頻率Rb=1200； 基帶數據傳輸速率Tb=1/Rb;T=50； 每個Tb內進行的增樣點數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點增樣后的基帶數字信號 %bn=； for n=1：Mif 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cfm的初值為1for i=1：M cfm(i+1）=

42、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調制 %t=Tb/T：Tb/T：Tb； 對Tb=1/Rb間隔進行T點劃分mod=cos（2fcpi*t）; 調制后的信號delta=0； 相位差for n=1:Mif sign（n）=1； delta=delta+pi； else delta=delta; end c2=cos(2fc*pit+delta)； mod=mo

43、d c2； end% 調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（N1）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 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

44、 demod（M1）T+1：MT）hLPF=fir1（100，2*piRb/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（ mt( （i1）T+1 :iT ） ） 0； Bn(i1）T+1：iT）=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 TN 2 2）;title(基帶數字信號bn)；figure（1）；subplot(3,3，2）；plot（dn)；grid on；axis(0 TN -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調制信號mod)；figure（1）;subplot(3，3,4);plot(modz）;grid onaxis（0 TN 2 2);title（'過AWGN信道后的modz信號');figure（1）;subplot（