基于matlab的移动通信中数字调相技术的研究与仿真

本科生毕业论文(设计)基于MATLAB的移动通信中数字调相技术的研究与仿真院系电信学院专业通信工程班级05通信一班学号0612050536学生姓名李恩博联系方式13782356437指导教师陈静职称：讲师2009年5月6日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第1页共3页摘要在日常的生活中，通信是人们用来传递信息的方式。随着数字系统的飞速发展,对数字系统的性能和调制解调技术要求也越来越高。同时，由于计算技术的发展，通信系统的仿真已日益普遍，已逐渐成为今天设计和分析通信系统的主要工具。本次设计将使用MATLAB软件设计函数和Smulink建模对数字调相技术进行仿真和研究。本文首先介绍了通信系统的组成、MATLAB的使用以及Simulink模块的组建。然后深入分析了PSK、QPSK、OQPSK的调制解调原理，熟悉了原理后，用MATLAB编程和Simulink对它们进行仿真和研究。本设计主要实现PSK、QPSK、OQPSK调制解调过程的仿真，并分析它们的性能差异。关键词：MATLAB；调制解调；PSK；QPSKAbstractInthedailylife,communicationisveryimportantforus.Alongwithdevelopmentofdigitalsystemthetechnicalcriterionofmodulationanddemodulationwillbeadjustedtomeethigherrequirement.Atthesametime,becauseofthedevelopmentofthecomputingtechnology,thesimulationofthecommunicationsystemhasbeenalreadypopulardaybyday,italreadyismaintoolofdesignandanalysessystemofcommunicationtoday.ThisdesignwillusetheMATLABsoftwaredesignfunctionandthesimulinkmodellingcarriesonthesimulationandtheresearchforPhasemodulationtechnology.ThisarticlediscussesthecompositionofCommunicationssystem,theuseofMATLABandbriefintroductionofthemoduleofSimulink.Andthenthoroughanalysistheprinciplemodulation&demodulation.LateruseMATLABandSimulinkCarryonthesimulationandtheresearch.ThisdesignmostlyachievestheprocesssimulationofthePSK、QPSK、OQPSKmodulation&demodulation,andanalyzestheirperformancedifference.Keywords：MATLAB;Modulationanddemodulation;PSK；QPSK桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第2页共3页目录引言……………………………………………………………………………11绪论…………………………………………………………………………21.1课题研究的意义……………………………………………………………21.2国内外研究及发展情况……………………………………………………21.3本课题主要内容……………………………………………………………42通信系统和调相信号研究及MATLAB简介……………………………42.1通信系统的组成…………………………………………………………42.1.1数字通信系统……………………………………………………………52.2调相技术的初步研究……………………………………………………62.3MATLAB和Simulink简要介绍………………………………………………73研究和仿真的要求………………………………………………………83.1研究和仿真的任务…………………………………………………………83.2研究和仿真的技术要求………………………………………………………83.3课题的主要工作流程…………………………………………………………84研究和仿真的构思和理论………………………………………………84.1PSK信号的调制解调及其原理……………………………………………94.2PSK信号的性能…………………………………………………………134.2.1PSK信号的频谱………………………………………………………134.2.2PSK信号的误码率和星座图………………………………………………134.3QPSK信号的调制解调及其原理………………………………………………144.3.1QPSK调制和解调方式……………………………………………………154.4QPSK信号的性能……………………………………………………………204.4.1QPSK信号和PSK信号的功率谱比较………………………………………204.4.2QPSK误码率和星座图……………………………………………………244.5OQPSK信号的调制解调及其原理……………………………………………245PSK、QPSK、OQPSK三种调制解调方式的比较…………………………265.1不同性噪比下误码率的比较………………………………………………265.2不同性噪比下星座图的比较……………………………………………266总结及心得体会…………………………………………………………28谢辞…………………………………………………………………………29参考文献……………………………………………………………………30桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第1页共30页引言在这样一个信息化的社会，通信是很重要的，尤其是移动通信在现代化进程中起到的巨大作用是不容质疑的。移动通信可以说从1897M·G·马可尼所完成的无线通信试验之日就产生了，当时的试验是在固定站与一艘拖船之间进行的，距离为18海里。移动通信的发展走过了一段很漫长的路程。通信信号处理方式也从模拟向数字通信转变。同时通信系统已经由单一的硬件系统转向与软件的结合。随着通信技术的发展，信号处理方面硬件设计与专业软件设计结合日趋紧密，已经有一些公司开发出专业数字信号处理软件。比较优秀而且得到广大技术人员认可的有MATLAB。MATLAB是MatrixLabotratory(矩阵实验室)的缩写，最初由美国CleveMoler博士在20世纪70年代末讲授矩阵理论和数据分析等课程编写的软件包Linkpack与Eispack组成，旨在使使应用人员免去大量经常重复的矩阵运算和基本数学运算等烦琐的编程工作。MATLAB作为一种仿真平台，提供了强大的功能，设计者可以自己设计函数，同时也可以调用Toolbox里的函数调用。MATLAB等优秀软件使仿真技术得到很好的应用。通过对通信过程的仿真，我们就可以在低成本的条件下检测某一个方案是否能够实现，是否有更好的方案可以代替原来的方案，这样对通信的研究就站在了一个更高的起点，使通信技术的发展日新月异，近十年来手机的普及率的迅速提高就从侧面反映移动通信技术的发展。现代移动通信系统的发展是以多种先进的通信技术为基础发展起来的。移动通信的主要基本技术包括调制技术、移动信道中电波的传播特性、多址方式、抗干扰技术以及组网技术。在移动通信中，数字调制解调技术是关键技术，其中数字调相信号具有数字通信的诸多优点,在数字移动通信中，广泛使用它来传送各种控制信息。本文就是通过使用MATLAB软件来仿真研究数字通信中常用的几种调相方式：2PSK、QPSK、OQPSK等，分析各种调相信号的产生原理以及抗干扰性能。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第2页共30页1绪论1.1课题研究的意义随着科学技术的发展，系统建模和仿真技术已经日益成为现代各领域，特别是理工科各专业进行科学探索、系统可行性研究和工程设计不可缺少的重要环节。仿真技术在今天的通信领域是一个非常重要的技术手段。随着通信技术的发展,通信系统的结构和规模越来越复杂,基于通信系统的应用也越来越多样化,单纯地依靠经验进行通信系统的规划和设计、通信设备的研发以及通信网络协议的开发,已经不能适应现代通信的发展需要。因而急需一种科学的手段来反映和预测网络的性能,这导致了仿真技术的应运而生。要规划和设计一个性能完善的通信系统,光靠理论计算或凭个人的组网经验是无法完成的。如果在真实的网络环境中进行通信性能研究、网络规划、设计和开发,不仅耗资大,而且在统计数据的收集和分析上也有一定困难。通信仿真技术是通过在计算机中构造虚拟的环境来反映现实的通信网络环境,模拟现实中的通信网络行为,从而可以有效提高通信网络规划和设计的可靠性和准确性,明显降低通信系统的投资风险,减少不必要的投资浪费。通过仿真软件来模拟和估算通信系统的性能,通过模拟和仿真来调整一些通信系统的参数以期达到最佳的使用效果具有非常重大的意义。在本课题中，用国际控制界公认的标准仿真软件MATLAB来仿真移动通信系统各种数字调制解调技术中，具有数字通信的诸多优点,广泛使用它来传送各种控制信息的数字调相信号，比较不同调相计术之间的性能差异。1.2国内外研究及发展情况MATLAB名字是由MATrix和LABoratory两词的前3个字母组合而成。20世纪70年代后期，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的CleveMoler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。经过几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、SteveBangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场，从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除了原有的数值计算功能外，还新增加了数据视图功能。MATLAB以商品形式出现后短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先在控制领域里的封闭式软件包纷纷淘汰，而改在MATLAB平台上重建。1993年，MathWorks公司推出了基于Windows平台的MATLAB4.0，在继承和发展起原有的数值计算和图形可视能力的同时，推出了SIMULIKE，一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境；推出了符号计算工具包，一个一Maple为“引擎”的SymbolicMathToolbox；构作了Notbook，一个运用DDE和OLE，实现MATLAB与Word的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融合科学计算、图形可视、文字处理为一体的高水准桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第3页共30页环境。其后MATLAB经过多个版本的不断改进，“面向对象”的特点愈加突出，数据类型愈加丰富，操做界面愈加友善，在很多科技领域得到广泛应用，对科学技术的发展起到了相当大的推动作用。在我国，传统的仿真技术基于C语言等计算机专业编程工具，编程的工作量极大，仿真程序的可读性、可重用性、可靠性都很难适应复杂的仿真，尤其是很难适应大型复杂通信系统仿真的需要。通信与电子工程师和科技工作者迫切需要一种仿真工具，以摆脱繁杂的编程工作，将精力和时间集中到解决科学问题、提出和验证创新思想和算法上来。MATLAB以及Simulink科学计算、建模和仿真软件正是能适应这一要求的优秀仿真平台软件，并已成为全世界科技工作者共同的学术交流工具以及系统仿真界事实上的工业标准。现在，我国教育科研部门对MATLAB的地位和重要作用也逐渐达成了共识，尤其是在硬件设施有限、科研经费不足的情况下，MATLAB的广泛应用必将大大提升我国科教事业的基础研究水平。