16PSK系統(tǒng)仿真

1、成績評定表學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專業(yè)電子信息工程課程設(shè)計(jì)題目16PSK系統(tǒng)仿真組長簽字:成績201年月日期課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與工程專業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目16PSKg統(tǒng)仿真實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)：利用MATLAB/Simulink進(jìn)行編程和仿真，仿真的內(nèi)容是16PSK系統(tǒng)性能仿真，并設(shè)置其相關(guān)參數(shù)，要求實(shí)現(xiàn)16PSK在高斯白噪聲信這T信號(hào)的星座圖和誤碼率的性能。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排：2015年03月09日2015年03月10日2015年03月11日2015年03月12日2015年03月13日選題目查閱資料編寫軟件源程序或建立仿真模塊圖調(diào)試程序或仿真模型性能分析及驗(yàn)收撰寫課程設(shè)計(jì)

2、才艮告、答辯指導(dǎo)教師：專業(yè)負(fù)責(zé)人：學(xué)院教學(xué)副院長:2016年3月9日2016年3月9日2016年3月9日摘要針對16PSK制解調(diào)在加性高斯白噪聲信道下的性能，本次課程設(shè)計(jì)基于MATLAB的Simulink模塊進(jìn)行了16PS驚統(tǒng)性能的仿真，該仿真應(yīng)用了16PSKM制與解調(diào)器模塊、高斯白噪聲通道模塊、眼圖與誤碼率分析模塊，通過設(shè)置相關(guān)參數(shù)，得到了16PSK在高斯白噪聲通道下的信號(hào)星座圖、信號(hào)波形圖及其誤碼率，該仿真結(jié)果在16PSKJ號(hào)碼元不等概率出現(xiàn)下得到，驗(yàn)證了16PSK在高斯白噪聲通道下信號(hào)的抗噪聲能力。關(guān)鍵詞：16PSKMATLABSimulink;調(diào)制與解調(diào)目錄1.課程設(shè)計(jì)目的12 .課程

3、設(shè)計(jì)要求13 .相關(guān)知識(shí)13.1MATLAB簡介13.1.1基本功能13.1.2 MATLAB產(chǎn)品應(yīng)用23.1.3 MATLAB特點(diǎn)23.1.4 MATLAB系列工具優(yōu)勢23.216進(jìn)制相移鍵控調(diào)制仿真34 .課程設(shè)計(jì)分析44.1MPSK的概念44.216PSK調(diào)制解調(diào)54.2.1 16PSK54.2.2 16PSK調(diào)制解調(diào)框圖65仿真61.116PSK仿真模塊建模61.2相關(guān)參數(shù)設(shè)置71.3仿真結(jié)果96.結(jié)論107.參考文獻(xiàn)1216PSK系統(tǒng)仿真1.課程設(shè)計(jì)目的(1)根據(jù)題目，查閱有關(guān)資料，掌握16進(jìn)制相移鍵控的基本原理。(2)學(xué)習(xí)MATLA歆件，掌握MATLA呻元器件使用及參數(shù)的設(shè)置。(3

4、)鍛煉我們分析問題和解決問題的能力同時(shí)對我們進(jìn)行良好的獨(dú)立工作習(xí)慣和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)為今后參加科學(xué)工作打下良好的基礎(chǔ)2 .課程設(shè)計(jì)要求(1)掌握相移鍵控的相關(guān)知識(shí)、概念清晰。(2)掌握MATLAB6用方法，利用軟件繪制圖像。(3)程序設(shè)計(jì)合理、能夠正確運(yùn)行。3 .相關(guān)知識(shí)3.1MATLAB簡介3.1.1基本功能MATLAB很實(shí)用的數(shù)學(xué)軟件它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值運(yùn)算方面首屈一指。MATLABM以進(jìn)行運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB勺基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式

5、與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLA睞解算問題要比用C,FORTRA管語言完成相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)， 使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。 可以直接調(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAEH數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用， 此外許多的編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。3.1.2 MATLAB產(chǎn)品應(yīng)用MATLAB產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作：1)數(shù)值分析2)數(shù)值和符號(hào)計(jì)算3)工程與科學(xué)繪圖4)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真5)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)3.1.3 MATLAB特點(diǎn)1)此高級(jí)語言可用于技術(shù)計(jì)算2)此開發(fā)環(huán)境可對

6、代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理3)交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問題4)二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)5)各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面3.1.4 MATLAB系列工具優(yōu)勢(1)友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境MATLABi一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB勺函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLABt面和命令窗口、MATLAEg好者者B歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空問、文件的瀏覽器。隨著MATLAB勺商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，

7、操作更簡單。而且新版本的MATLAEg供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。(2)簡單易用的程序語言MATLAB-個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序(M文件)后再一起運(yùn)行。 新版本的MATLAB言是基于最為流行的C+語言基礎(chǔ)上的， 因此語法特征與C+語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于

8、非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。 而且這種語言可移植性好、 可拓展性極強(qiáng)， 這也是MATLAB夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。(3)強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力MATLAB1一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。3.216進(jìn)制相移鍵控調(diào)制仿真為了提高通信系統(tǒng)的頻帶利用率，多元數(shù)字調(diào)制是一個(gè)重要的途徑。相同的碼元

9、寬度占據(jù)相同頻帶寬度的資源，多元調(diào)制情況下一個(gè)符號(hào)(碼元)代表了若干比特的信息。相同資本資源下，傳輸了更多信息。提高頻帶利用率是以降低功率利用率為代價(jià)的。相同的發(fā)射功率下，信號(hào)空問中元數(shù)越多，各個(gè)信號(hào)之間的距離越小，抗干擾能力越差。因?yàn)橄嗤脑肼暪β适剐盘?hào)偏離原有位置相同的距離，信號(hào)之間的距離俞小接收時(shí)判錯(cuò)的概率越大。為了降低誤碼率，只有提高發(fā)射功率。對于移動(dòng)設(shè)備等場合提高功率又是難以實(shí)現(xiàn)的。工程實(shí)踐中應(yīng)權(quán)衡二者的關(guān)系。應(yīng)用仿真的方法，可以得出多元調(diào)制情況下頻帶利用率，功率利用率，誤碼率與調(diào)制方式，傳輸環(huán)境之間的定量關(guān)系，為系統(tǒng)規(guī)劃，設(shè)計(jì)提供有參考的價(jià)值的信息。4 .課程設(shè)計(jì)分析4.1MPSK

10、的概念MPSKW多進(jìn)制相移鍵控，又稱為多相制。這種鍵控方式是多進(jìn)制鍵控的主要方式。在M進(jìn)制的相移鍵控信號(hào)，用M個(gè)相位不同的載波分別代表M個(gè)不同的符號(hào)。如果載波有2n個(gè)相位，它可以代表n位二進(jìn)制碼元的的不同組合的碼組。多進(jìn)制相移鍵控也分為多進(jìn)制絕對相移鍵控和多進(jìn)制相對相移鍵控。在MPSK1號(hào)中，載波相位有M種可能取值，qn=2：tn/M(n=1,2,-M)(4.1)因此MPSKI號(hào)可表示為S(t)=cos(0t+On)=cos(0t+2nn/M)(4.2)若載波頻率是基帶信號(hào)速率的整數(shù)倍，則上式可改寫為S(t)=Eg(t-nTs)cos(ot+0n)=cos0t2g(t-nTs)cos0n-si

11、n0t2g(t-nT)sin9n(4.3)式中g(shù)(t)是高度為1、寬度為Ts的矩形脈沖。式中表明，MPSK信號(hào)可等效為兩個(gè)正交載波的MASK信號(hào)之和。所以，MPSK言號(hào)的帶寬和MASKW號(hào)的帶寬相同。因此，MPSKS統(tǒng)是一種高效率的信息傳輸方式。但是，當(dāng)M的取值增加時(shí)，載波間的相位差也隨之減少，這就使它的抗噪聲性能變差。16PSK(16PhaseShiftKeying16移相鍵控)是一種相位調(diào)制算法。相位調(diào)制(調(diào)相)是頻率調(diào)制(調(diào)頻)的一種演變，載波的相位被調(diào)整用于把數(shù)字信息的比特編碼到每一詞相位改變(相移)。16PSK中的PSK表示使用移相鍵控方式，移相鍵控是調(diào)相的一種形式，用于表達(dá)一系列離

12、散的狀態(tài)，16PSK對應(yīng)16種狀態(tài)的PSK如果是其一半的狀態(tài)，即8種，則為EPSK如果是其2倍的狀態(tài)，則為32PSK4.216PSK調(diào)制解調(diào)4.2.116PSK m mm m 4 40 0. .0 0b b0 0. .1 1 圖4.14位比特信息到16PSK符號(hào)的映射關(guān)系如圖4.1為4位比特信息到16PSK寸好的映射關(guān)系圖。16PSK（16進(jìn)制相移鍵控）是用載波的16種不同相位表示不同的數(shù)字信息的一種調(diào)制技術(shù)。16PSK調(diào)制的16個(gè)矢量端點(diǎn)均勻分布在圓上， 其數(shù)學(xué)表達(dá)式包括同相分量和正交分量兩部分。16PSK是將輸入的二進(jìn)制信號(hào)序列經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換每次將一個(gè)4位的碼元映射為一個(gè)符號(hào)的相位，因此符號(hào)

13、速率為比特率的1/4o4.2.216PSK4.2.216PSK調(diào)制解調(diào)框圖成型濾波器圖4.216PSK調(diào)制框圖如圖4.2為16PSK的調(diào)制框圖， 二進(jìn)制信號(hào)每4比特碼元變換、濾波，得至ij16PSK信號(hào)。Ts圖4.316PSK最佳接收框圖如圖4.3是16PSKR佳接收框圖，r(x)信號(hào)與經(jīng)過載波信號(hào)積分檢測輸出5仿真5.116PSK仿真模塊建模16PSK帶調(diào)制仿真系統(tǒng)見圖5.1所示:圖5.116PSK基帶調(diào)制仿真如圖5.1為16PSKS統(tǒng)性能的仿真圖，由信號(hào)發(fā)生器模塊、16PSKM制解調(diào)器、眼圖儀、星座圖模塊和誤碼率分析模塊組成。二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過16PSK調(diào)制，加入高斯白噪聲，最后解調(diào)輸出，并計(jì)

14、算誤碼率。5.2相關(guān)參數(shù)設(shè)置RandomRandomIntegerGenerator(na?k)(link)IntegerGenerator(na?k)(link)Generaterandom,uniformlydistributedintBgetsGeneraterandom,uniformlydistributedintBgetsinintheramgstheramgs - -1 1jjwherewhereM MisisthetheM-axynumber.M-axynumber.ParametersParametersMarynumber:Marynumber:1616In.itIn.it

15、ialsesd:ialsesd:1234512345SampleSamplet tiwie:iwie:OUOU001001Frame-basedoutputsFrame-basedoutputsInterpretvectorparasietersInterpretvectorparasietersas1-Das1-DOutputOutputda.tatype:da.tatype:doubledouble口,CancelHelpCancelHelp圖5.2隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器主要參數(shù)如圖5.2為隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器模塊的參數(shù)設(shè)置，其中將多進(jìn)制數(shù)設(shè)為始化種子設(shè)為123456,采樣時(shí)間設(shè)為0.001。16,初1

16、-PSKModuliatorBasebandModulatetheinputsignalusingthephaseshiftkeyingMethod.Thisblockacceptsascalarorcolumnvectorinputsignal.TheinputsignalcanbeitherbitsorintegersWhenyousetthepInputtypeparametertopBitptheinputvidthmustbeanintegerimultipleofthenumberofbitspersyMbol.MainDataTypesParametersM&arynmb

17、ers16Phaseoffset(rad):pi/16Constellationordering:GrayInputtype:Integer.|ViewConstellationOK|CancelHelpApply圖5.3MPSK調(diào)制器主要參數(shù)如圖5.3為MPSKS制器主要參數(shù)設(shè)置，其中將多進(jìn)制數(shù)設(shè)為16,相位偏移量設(shè)為pi/16,輸入類型選為整型。服NChannel(naak)(link)AddvhiteGaui獨(dú)noisetotheinput乳gmLIheinputsignalcanberealorcoiples,ThisblocksupportJiultichannelprocessin

18、c，Vh：nusingeither匚fthevariancenodesvithcoir.plexiriputSjthevaciancevaluesareequallydivided琳噸iherealand印叩 g 就依ofthesig陋LFamete尤Inputptoc?ssingiCclmrjis招ctaiels(frwbased)，Initialseed:mNode:Signaltonoieratio(S除)SNR(dB)：20Irputsijnilp曬口rrfereticedtoIdm(intts)：OKCancelHelpApplyIFj(圖5.4AWGN信道的主要參數(shù)如圖5.4AWGNF道的主要參數(shù)設(shè)置。其中將初始化種子設(shè)為6666,模式選為SNRdB設(shè)為20。5.3仿真結(jié)果圖5.516PSK的信號(hào)圖如圖5.5為信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的16進(jìn)制信號(hào)經(jīng)過16PSK調(diào)制器輸出的信號(hào)ScatterPlot-2In-phaseAmplitude圖5.616PSK信號(hào)的星座圖如圖5.6為16PSK號(hào)的星座圖21012Bpnu_dku白aEPE3圖5.7含高斯白噪聲的信號(hào)星座圖如圖5.7