基于matlab的DQPSK基帶調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)（瑞利信道

1、一、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和基本要求1主要內(nèi)容：通過(guò)本課程設(shè)計(jì)鞏固MATLAB編程的基礎(chǔ)知識(shí)和編程的常用算法以及使用MATLAB仿真系統(tǒng)的注意事項(xiàng)。學(xué)習(xí)使用MATLAB編程,實(shí)現(xiàn)DQPSK基帶信號(hào)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真。2. 基本要求：構(gòu)建一個(gè)在瑞利信道條件下的DQPSK仿真系統(tǒng), 觀察記錄各部分波形，功率譜、眼圖、星座圖二、課程設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容及張數(shù) 由于本設(shè)計(jì)沒(méi)有特殊要求的圖紙，為方便介紹在文中插入多圖。三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的軟硬件的名稱、內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo)MATLAB四、主要參考資料1 龐沁華 續(xù)大我 楊鴻文通信原理M. 北京郵電大學(xué)出版社20082 樊昌信. 通信原理M. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社,

2、2003.3 郭文彬 桑林.通信原理基于Matlab的計(jì)算機(jī)仿真M北京郵電大學(xué)出版社2006一課程設(shè)計(jì)目的： 1. 通過(guò)本課程設(shè)計(jì)鞏固并擴(kuò)展通信課程的基本概念、基本理論、分析方法和 實(shí)現(xiàn)方法。 2.復(fù)習(xí)DQPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，同時(shí)復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)的主要組成部分，了解調(diào)制解調(diào)方式中最基礎(chǔ)的方法。了解DQPSK的實(shí)現(xiàn)方法及數(shù)學(xué)原理。 3.通過(guò)本課程設(shè)計(jì)鞏固MATLAB編程的基礎(chǔ)知識(shí)和編程的常用算法以及使用MATLAB仿真系統(tǒng)的注意事項(xiàng)。學(xué)習(xí)使用MATLAB編程,實(shí)現(xiàn)DQPSK信號(hào)在瑞利信道下傳輸。二課程設(shè)計(jì)原理：1.調(diào)制原理 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制又稱多相制，它利用載波的多種不同相位或相位差來(lái)表征數(shù)

3、字信息的調(diào)制方式。QPSK信號(hào)的相干解調(diào)中，同樣需要使用平方環(huán)法或是科斯塔斯環(huán)法提取相干載波，這兩種方法因?yàn)榇嬖谙辔荒：龁?wèn)題，在相干解調(diào)時(shí)會(huì)造成誤碼，因此可以模仿DPSK調(diào)制方法，先對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行差分編碼再進(jìn)行QPSK調(diào)制，這種調(diào)制方法稱為DQPSK。 DQPSK（四相相對(duì)移相調(diào)制）信號(hào)是利用前后碼元之間的相對(duì)相位變化來(lái)表示數(shù)字信息。若以前一雙比特碼元相位作為參考，n為當(dāng)前雙比特碼元與前一雙比特碼元初相差，相對(duì)碼變換的邏輯關(guān)系如表一所示。表一 DQPSK編碼與載波相位變化關(guān)系本課程設(shè)計(jì)采用A方式。DQPSK信號(hào)的調(diào)制框圖如下圖所示： DQPSK信號(hào)的調(diào)制框圖圖中，串/并變換器將輸入的二進(jìn)制序列

4、分為速率減半的兩個(gè)并行序列Cn,dn。差分編碼的作用是將絕對(duì)碼變換為相對(duì)碼。編碼的規(guī)則是：（均采用模二加法）當(dāng)en-1+fn-1=0，en-1+Cn=en；fn-1+dn=fn；當(dāng)en-1+fn-1=1，fn-1+Cn=en；en-1+dn=fn。在進(jìn)行形成雙極性不歸零脈沖序列之后，上下支路分別與coswt和-sinwt相乘，相加以后形成DQPSK信號(hào)。相位與碼元對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖：1100d0110cDQPSK相位差與雙比特碼元對(duì)應(yīng)關(guān)系1100f0110eDQPSK相位與雙比特碼元對(duì)應(yīng)關(guān)系2解調(diào)原理DQPSK信號(hào)的解調(diào)通常采用碼反變換加相干解調(diào)法。DQPSK信號(hào)可以看作兩個(gè)載波正交2DPSK信號(hào)

5、的合成，因此對(duì)DQPSK信號(hào)的解調(diào)可以采用與2DPSK信號(hào)類似的解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)原理如下圖所示，它可以看成是由信號(hào)解調(diào)器和碼反變換器組成，同相支路和正交支路采用相干解調(diào)方式解調(diào)，經(jīng)抽樣判決，碼元形成，差分解碼和并/串變換器，將上、下支路得到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)，如此即可完成DQPSK信號(hào)的解調(diào)。DQPSK信號(hào)的解調(diào)框圖三.課程設(shè)計(jì)步驟圖三為基于MATLAB/SIMULINK的DQPSK通信系統(tǒng)仿真模型1.利用matlab的randn及sign函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)序列（1或者0）；2.利用for循環(huán),將隨機(jī)序列分成兩個(gè)并行序列；3.利用for循環(huán)和xor函數(shù)進(jìn)行差分編碼；4.進(jìn)行電平映射0

6、映射為+1；1映射為-1（為了符合設(shè)計(jì)原理）；利用conv函數(shù)將其形成雙極性不歸零脈沖序列5. 上下支路分別與coswt和-sinwt相乘，相乘后相加即可得到DQPSK；6信號(hào)通過(guò)瑞利信道并且加入高斯白噪聲的干擾7.將接受端的信號(hào)分別與coswt,和-sinwt相乘，并讓其通過(guò)低通濾波器LPF；8.在每個(gè)碼元的中間利用sign函數(shù)進(jìn)行抽樣判決，并將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的碼。9.對(duì)其進(jìn)行解碼和并串轉(zhuǎn)換即可得到輸出碼元。（調(diào)制的逆過(guò)程）四實(shí)驗(yàn)程序：clear all;clc;close all;M=4; fc=10; % 載波頻率N_sample=32; % 基帶碼元抽樣點(diǎn)數(shù)N=200; % 碼元數(shù)Ts=

7、1;% 碼元寬度A=1; % 載波幅度dt=Ts/fc/N_sample;% 抽樣時(shí)間間隔t=0:dt:N*Ts-dt; % 時(shí)間向量%產(chǎn)生信源d=sign(randn(1,N);d1=(d+1)/2;d=d*(-1);dd1=sigexpand(d1,fc*N_sample);gt1=ones(1,fc*N_sample);dm=conv(dd1,gt1);figure(1);subplot(5,2,1);plot(t,dm(1:length(t);axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度(v);title(輸入碼元時(shí)域波形圖);grid;f,dm

8、f=T2F(t,dm(1:length(t);figure(1);subplot(5,2,2);plot(f,10*log10(abs(dmf).2/(N*Ts);axis(-20,20,-40,40);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(輸入碼元功率譜圖);grid;%串并轉(zhuǎn)換s1=;s2=;m=1;k=1;for i=1:N if mod(i,2)=1 s1(m)=d1(i); m=m+1; else s2(k)=d1(i); k=k+1; endend gt2=ones(1,2*fc*N_sample);ss1=sigexpand(s1,2*f

9、c*N_sample); sss1=conv(ss1,gt2); ss2=sigexpand(s2,2*fc*N_sample); sss2=conv(ss2,gt2); figure(1);subplot(5,2,3);plot(t,sss1(1:length(t);axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度(v);title(串并轉(zhuǎn)換上支路碼元時(shí)域波形圖);grid;figure(1);subplot(5,2,4);plot(t,sss2(1:length(t);axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度(

10、v);title(串并轉(zhuǎn)換下支路碼元時(shí)域波形圖);grid;%差分編碼f1=;f2=;c=0for i=1:N/2 if i=1 f1(1)=s1(1); f2(1)=s2(1); else if xor(f1(i-1),f2(i-1)=0 f1(i)=xor(f1(i-1),s1(i); f2(i)=xor(f2(i-1),s2(i); else f1(i)=xor(f2(i-1),s1(i); f2(i)=xor(f1(i-1),s2(i); end if s1(i)=s2(i); c=f1(i); f1(i)=f2(i); f2(i)=c; end endendgt2=ones(1,2*

11、fc*N_sample);ff1=sigexpand(f1,2*fc*N_sample); fff1=conv(ff1,gt2); ff2=sigexpand(f2,2*fc*N_sample); fff2=conv(ff2,gt2);figure(1);subplot(5,2,5);plot(t,fff1(1:length(t);axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度(v);title(上支路編碼碼元時(shí)域波形圖);grid;figure(1);subplot(5,2,6);plot(t,fff2(1:length(t);axis(0,10,-0.

12、2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度(v);title(下支路編碼碼元時(shí)域波形圖);grid;%產(chǎn)生雙極性不歸零碼for i=1:N/2 if f1(i)=1 f1(i)=-1; else f1(i)=1; end if f2(i)=1 f2(i)=-1; else f2(i)=1; endendgt2=ones(1,2*fc*N_sample);ff1=sigexpand(f1,2*fc*N_sample); I=conv(ff1,gt2); ff2=sigexpand(f2,2*fc*N_sample); Q=conv(ff2,gt2); figure(1);subp

13、lot(5,2,7);plot(t,I(1:length(t);axis(0,10,-1.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(上支路電平映射基帶信號(hào)時(shí)域波形圖);grid;figure(1);subplot(5,2,8);plot(t,Q(1:length(t);axis(0,10,-1.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(下支路電平映射后基帶信號(hào)時(shí)域波形圖);grid;f2,If=T2F(t,I(1:length(t);figure(1);subplot(5,2,9);plot(f2,10*log10(abs(If)

14、.2/(N*Ts);axis(-20,20,-40,40);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(上支路基帶信號(hào)功率譜圖);grid;f3,Qf=T2F(t,Q(1:length(t);figure(1);subplot(5,2,10);plot(f3,10*log10(abs(Qf).2/(N*Ts);axis(-20,20,-40,40);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(下支路基帶信號(hào)功率譜圖);grid;%上下支路分別形成I.Q信號(hào)c1=A.*cos(2*pi*fc*t);c2=A.*sin(2*p

15、i*fc*t).*(-1);s_dqpsk1=I(1:length(t).* c1; s_dqpsk2=Q(1:length(t).* c2; figure(2);subplot(4,2,1);plot(t,s_dqpsk1(1:length(t);axis(0,10,-1.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(上支路頻帶信號(hào)時(shí)域波形圖);grid;figure(2);subplot(4,2,2);plot(t,s_dqpsk2(1:length(t);axis(0,10,-1.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(下支路

16、頻帶信號(hào)時(shí)域波形圖);grid;f4,s_dqpsk1f=T2F(t,s_dqpsk1(1:length(t);figure(2);subplot(4,2,3);plot(f4,10*log10(abs(s_dqpsk1f).2/(N*Ts);axis(-20,20,-40,40);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(上支路頻帶信號(hào)功率譜圖);grid;f5,s_dqpsk2f=T2F(t,s_dqpsk2(1:length(t);figure(2);subplot(4,2,4);plot(f5,10*log10(abs(s_dqpsk2f).2/(

17、N*Ts);axis(-20,20,-40,40);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(下支路頻帶信號(hào)功率譜圖);grid;%形成DQPSK信號(hào)s_dqpsk=s_dqpsk1+s_dqpsk2;figure(2)subplot(4,2,5);plot(t,s_dqpsk(1:length(t);axis(0,10,-3,3);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(已調(diào)信號(hào)時(shí)域波形圖);grid;figure(2)f6,s_dqpskf=T2F(t,s_dqpsk);subplot(4,2,6);plot(f6,10*log10

18、(abs(s_dqpskf).2/(N*Ts);axis(-20,20,-20,20);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(已調(diào)信號(hào)功率譜圖);grid;chan=rayleighchan(1/1000,1/500/Ts); chan.StoreHistory = true;y_dqpsk11=filter(chan,s_dqpsk);y_dqpsk11= y_dqpsk11.*exp(-1*j*angle(chan.PathGains);y_dqpsk= awgn(y_dqpsk11,2);figure(2)subplot(4,2,7);plot(

19、t,y_dqpsk(1:length(t);axis(0,10,-3,3);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(信號(hào)通過(guò)信道時(shí)域波形圖);grid;figure(2)f7,y_dqpskf=T2F(t,y_dqpsk);subplot(4,2,8);plot(f7,10*log10(abs(y_dqpskf).2/(N*Ts);axis(-20,20,-20,20);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(通過(guò)信道信號(hào)功率譜圖);grid;r_dqpsk1=y_dqpsk .* c1;r_dqpsk2=y_dqpsk .* c2;

20、figure(4)subplot(3,2,1);plot(t,r_dqpsk1(1:length(t);axis(0,10,-3,3);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(接收信號(hào)上支路時(shí)域波形圖);figure(4)subplot(3,2,2);plot(t,r_dqpsk2(1:length(t);axis(0,10,-3,3);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(接收信號(hào)下支路時(shí)域波形圖);%通過(guò)低通濾波器f8,r_dqpsk1f=T2F(t,r_dqpsk1);B1=1;t1,r_dqpsk11=lpf(f8,r_dqpsk1f,B1);

21、f9,r_dqpsk2f=T2F(t,r_dqpsk2);B1=1;t2,r_dqpsk22=lpf(f9,r_dqpsk2f,B1);figure(4)subplot(3,2,3);plot(t,r_dqpsk11(1:length(t);axis(0,10,-1.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(接收信號(hào)上支路通過(guò)低通濾波時(shí)域波形圖);figure(4)subplot(3,2,4);plot(t,r_dqpsk22(1:length(t);axis(0,10,-1.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(接收信號(hào)下支

22、路通過(guò)低通濾波時(shí)域波形圖);figure(4)f10,r_dqpsk11f=T2F(t,r_dqpsk11);subplot(3,2,5);plot(f10,10*log10(abs(r_dqpsk11f).2/(N*Ts);axis(-20,20,-20,5);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(接收信號(hào)上支路通過(guò)低通濾波功率譜圖);grid;figure(4)f11,r_dqpsk22f=T2F(t,r_dqpsk22);subplot(3,2,6);plot(f11,10*log10(abs(r_dqpsk22f).2/(N*Ts);axis(

23、-20,20,-20,5);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(接收信號(hào)下支路通過(guò)低通濾波功率譜圖);grid;%抽樣判決cou11=r_dqpsk11(fc*N_sample:2*fc*N_sample:end);pp11=sign(cou11); ppp11=sigexpand(pp11,2*fc*N_sample); pan11=conv(ppp11,gt2);figure(5)subplot(4,2,1);plot(t,pan11(1:length(t);axis(0,10,-1.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);

24、title(判決信號(hào)上支路時(shí)域波形圖);cou22=r_dqpsk22(fc*N_sample:2*fc*N_sample:end); pp22=sign(cou22); ppp22=sigexpand(pp22,2*fc*N_sample); pan22=conv(ppp22,gt2);figure(5)subplot(4,2,2);plot(t,pan22(1:length(t);axis(0,10,-1.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(判決信號(hào)下支路時(shí)域波形圖);for i=1:length(t) if pan11(i)=-1 pan11(i)=

25、1; else pan11(i)=0; end if pan22(i)=-1 pan22(i)=1; else pan22(i)=0; endendfigure(5)subplot(4,2,3);plot(t,pan11(1:length(t);axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(判決信號(hào)上支路碼元波形圖);figure(5)subplot(4,2,4);plot(t,pan22(1:length(t);axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(判決信號(hào)下支路碼元波形圖);

26、%解碼r1=;r2=;for i=1:N/2 if pp11(i)=-1 pp11(i)=1; else pp11(i)=0; end if pp22(i)=-1 pp22(i)=1; else pp22(i)=0; endendfor i=1:N/2 if i=1 r1(1)=pp11(1); r2(1)=pp22(1); else if xor(pp11(i-1),pp22(i-1)=0 r1(i)=xor(pp11(i-1),pp11(i); r2(i)=xor(pp22(i-1),pp22(i); else r1(i)=xor(pp22(i-1),pp22(i); r2(i)=xor(

27、pp11(i-1),pp11(i); end endendrr1=sigexpand(r1,2*fc*N_sample); rrr1=conv(rr1,gt2); rr2=sigexpand(r2,2*fc*N_sample); rrr2=conv(rr2,gt2);figure(5);subplot(4,2,5);plot(t,rrr1(1:length(t);axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(上支解碼后信號(hào)碼元波形圖);grid;figure(5);subplot(4,2,6);plot(t,rrr2(1:length(t)

28、;axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(下支路解碼信號(hào)碼元時(shí)域波形圖);grid;%并串轉(zhuǎn)換r=;c=0;for i=1:N/2 c=c+1; r(c)=r1(i); c=c+1; r(c)=r2(i);endrr=sigexpand(r,fc*N_sample); rrr=conv(rr,gt1); figure(5);subplot(4,2,7);plot(t,rrr(1:length(t);axis(0,10,-0.2,1.2);xlabel(時(shí)間(S);ylabel(幅度);title(解調(diào)輸出碼元時(shí)域波形圖);grid;f

29、20,rrrf=T2F(t,rrr(1:length(t);figure(5);subplot(4,2,8);plot(f20,10*log10(abs(rrrf).2/(N*Ts);axis(-20,20,-40,40);xlabel(頻率(Hz);ylabel(功率譜密度(dB/Hz);title(解調(diào)輸出碼元功率譜圖);grid;%眼圖，星座圖，誤比特率eyediagram(y_dqpsk111,32);x=I(1:length(t)+j*Q(1:length(t);scatterplot(x);errbit,ro = biterr(r,d1);errbitrofunctionf,sf=

30、T2F(t,st);%計(jì)算信號(hào)的傅里葉變換%This is a function ueing the FFT function to calculate a signals Fourier%Translation%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;s

31、f=fft(st);sf=T/N*fftshift(sf);function t,st=F2T(f,sf)%計(jì)算信號(hào)的反傅里葉變換%This function calculate the time signal using ifft function for the input %signalspectrumdf=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 t,st=lpf(f,sf,B)% This function filter an input data using a lowpass filter % input:% f: frequency samples % sf: input data spectrum samples% B: lowpasss bandwidth with a rectangle lowpass% output:%