第一篇:通信電子電路高頻功率放大器的設(shè)計(jì)仿真
實(shí)驗(yàn)室 時(shí)間段 座位號(hào)
實(shí)驗(yàn)報(bào)告
實(shí)驗(yàn)課程 實(shí)驗(yàn)名稱 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 高頻諧振功率放大器的設(shè)計(jì)仿真預(yù)習(xí)報(bào)告
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
1.掌握高頻功率放大器的電路組成和工作原理。2.掌握負(fù)載變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。
3.掌握集電極電源電壓對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。4.掌握輸入激勵(lì)電壓對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.觀察高頻功率放大器丙類工作狀態(tài)的現(xiàn)象,并分析其特點(diǎn); 2.測(cè)試丙類功放的調(diào)諧特性;
3.測(cè)試負(fù)載變化時(shí)三種狀態(tài)(欠壓、臨界、過壓)的余弦電流波形; 4.觀察激勵(lì)電壓、集電極電壓變化時(shí)余弦電流脈沖的變化過程; 5.觀察功放基極調(diào)幅波形。
實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1.認(rèn)真整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)和波形進(jìn)行分析,說明輸入激勵(lì)電壓、集電極電源電壓,負(fù)載電阻對(duì)工作狀態(tài)的影響。
2.用實(shí)測(cè)參數(shù)分析丙類功率放大器的特點(diǎn)。3.總結(jié)由本實(shí)驗(yàn)所獲得的體會(huì)。一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
1.掌握高頻功率放大器的電路組成和工作原理。2.掌握負(fù)載變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。
3.掌握集電極電源電壓對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。4.掌握輸入激勵(lì)電壓對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響。
二.實(shí)驗(yàn)原理(簡(jiǎn)述)
高頻功放的電原理圖如圖3-1所示(共發(fā)射極放大器)
icUbEb?CLUcEc?
圖3-1 由于丙類調(diào)諧功率放大器采用的是反向偏置,波形如圖所示。
icicEb0Uj0UbUbet?t
圖3-2 折線法分析非線性電路電流波形
(1)激勵(lì)電壓幅值Ubm變化對(duì)工作狀態(tài)的影響
ic231icAUbm3Ubm2Ubm1Ubewt0321ECQ0Uce0wtUceUcm2Ucm1Ucm3wt
圖3-3 Ubm變化對(duì)工作狀態(tài)的影響
由圖可以看出,當(dāng)Ubm增大時(shí),icmax、Ucm也增大;當(dāng)Ubm增大到一定程度,放大器的工作狀態(tài)由欠壓進(jìn)入過壓,電流波形出現(xiàn)凹陷,但此時(shí)Ucm還會(huì)增大(如Ucm3)。
(2)負(fù)載電阻Rc變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響
當(dāng)EC、Eb、Ubm保持恒定時(shí),改變集電極等效負(fù)載電阻Rc對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響,如圖3-4所示。
icicA2A30180°UbeUbe maxA123ECQUce0wtRc1wtA'300UceUc1mUc2mUc3mwt
圖3-4 不同負(fù)載電阻時(shí)的動(dòng)態(tài)特性
(3)電源電壓EC變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響
在Eb、Ubm、RC保持恒定時(shí),集電極電源電壓EC變化對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響如圖所示。
icicA22330過壓臨界欠壓wt012EC3Q3EC2Q2EC1Q13UceA11Ube maxEc3 EC改變時(shí)對(duì)工作狀態(tài)的影響 三.實(shí)驗(yàn)電路或仿真電路圖 完整的高頻諧振功率放大器電路如圖3-6所示。 (1)諧振功放主體電路 選擇2N2222作為功放晶體管。L2與C2決定的諧振頻率為15MHz;扼流線圈L3組成串聯(lián)饋電;扼流線圈L1和R1組成基極自偏置電路,如圖3-7所示電路。由于該功放晶體管的等效負(fù)載電阻小于30歐姆,使得該諧振回路的品質(zhì)因數(shù)Q約為4.8,濾波效果比較差。需要通過匹配網(wǎng)絡(luò)提高選頻特性。 圖3-7 由2N2222組成的高頻調(diào)諧功放主體部分 (2)輸出端改進(jìn)的L型匹配網(wǎng)絡(luò) 高頻功放后面的負(fù)載通常是50歐姆的天線,與功放主體部分電路的輸出電阻(Rc約30歐姆)不相等,因而需要輸出匹配電路。 圖3-8 改進(jìn)的L型匹配網(wǎng)絡(luò) (3)輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 仿真輸入端電壓電流的基波分量值,可以計(jì)算出高頻調(diào)諧功放輸入電阻Ri約為70歐姆。一般的高頻設(shè)備和單元的阻抗都為50歐姆,因而需要進(jìn)行阻抗匹配。利用π形阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì),取Q=3,可以得到以下的元件參數(shù)。 圖3-9 輸入端π形阻抗匹配網(wǎng)絡(luò) 四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)(1)畫出仿真電路圖; (2)調(diào)節(jié)輸入端信號(hào)的電壓值,觀察電路工作狀態(tài)的變化情況。 保持Ec=12V,改變Ubm=1V,1.5V,2V,2.5V,3V,3.5V,4V 調(diào)節(jié)Ubm=3V,改變Ec=7.5V,10V,12V,15V(3)觀察負(fù)載電阻和電源電壓對(duì)工作狀態(tài)的影響。 保持EC=12V,Ubm=3V,改變RL=25Ω,50Ω,75Ω 五.實(shí)驗(yàn)結(jié)果或仿真結(jié)果(測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)波形) 圖3-10 當(dāng)Ec=12V,Ubm=1V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-11 當(dāng)Ec=12V,Ubm=1.5V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-12 當(dāng)Ec=12V,Ubm=2V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-13 當(dāng)Ec=12V,Ubm=2.5V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-14 當(dāng)Ec=12V,Ubm=3V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-15 當(dāng)Ec=12V,Ubm=3.5V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-16 當(dāng)Ec=12V,Ubm=4V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-17 當(dāng)Ubm=3V,Ec=7.5V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-18 當(dāng)Ubm=3V,Ec=10V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-19 當(dāng)Ubm=3V,Ec=12V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-20 當(dāng)Ubm=3V,Ec=15V時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-21 當(dāng)Ubm=3V,Ec=12V,RL=25Ω時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-22 當(dāng)Ubm=3V,Ec=12V,RL=50Ω時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 圖3-23 當(dāng)Ubm=3V,Ec=12V,RL=75Ω時(shí)的示波器顯示、萬用表顯示以及瓦特計(jì)顯示 六.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(計(jì)算、分析誤差,作曲線) (1)觀察保持Ec=12V,調(diào)節(jié)Ubm顯示的數(shù)據(jù)可得當(dāng)Ec一定時(shí),隨著Ubm的增大,集電極電流逐漸增大,輸出功率也隨之增大,放大器的工作狀態(tài)由欠壓到臨界再到過壓。(2)觀察保持Ubm=3V,調(diào)節(jié)Ec顯示的數(shù)據(jù)可得當(dāng)Ubm一定時(shí),隨著Ec的增大,集電極電流逐漸增大,輸出功率也隨之增大,放大器的工作狀態(tài)由過壓到臨界再到欠壓。(3)觀察保持Ubm=3V,Ec=12V調(diào)節(jié)RL顯示的數(shù)據(jù)可得當(dāng)Ubm一定時(shí),隨著Ec的增大,集電極電流逐漸增大,輸出功率也隨之增大,放大器的工作狀態(tài)由欠壓到臨界再到過壓。 七.本實(shí)驗(yàn)小結(jié)、體會(huì)和建議 通過本次實(shí)驗(yàn),我學(xué)會(huì)了如何繪制高頻功率放大器的仿真電路圖,以及如何判斷放大器的工作狀態(tài)是在欠壓、臨界還是過壓。在繪制原理圖的過程中調(diào)試了很多地方,才將電路圖的波形完整的顯示出來,還需多加改進(jìn)。 通信原理仿真實(shí)驗(yàn)提綱 1.任意產(chǎn)生一個(gè)調(diào)制信號(hào),畫出其波形及其頻譜; 2.產(chǎn)生一個(gè)余弦載波信號(hào),畫出其波形及其頻譜; 3.分別采用AM(幅度),DSB(雙邊),SSB(單邊)的方式對(duì)調(diào) 制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,畫出已調(diào)信號(hào)的波形及頻譜; 4.采用適當(dāng)?shù)姆绞剑謩e對(duì)3中得到的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào),畫 出解調(diào)信號(hào)的波形; 5.產(chǎn)生一個(gè)高斯白噪聲,疊加在已調(diào)信號(hào)上,然后進(jìn)行解調(diào),畫出解調(diào)信號(hào)的波形; 6.比較4和5中的結(jié)果; 7.編寫A律13折線PCM編碼的程序,能夠?qū)θ我廨斎胄盘?hào)輸 出其PCM編碼; 8.產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)字信號(hào),分別進(jìn)行ASK,F(xiàn)SK,PSK調(diào)制解調(diào),畫出解調(diào)前后的波形 基于MATLAB的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信仿真 摘 要 在當(dāng)前飛速發(fā)展的信息時(shí)代,隨著數(shù)字通信技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,以及通信網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相互融合,信息技術(shù)已成為21世紀(jì)社會(huì)國際化的強(qiáng)大動(dòng)力。Matlab軟件包含眾多的功能各異的工具箱,涉及領(lǐng)域包括:數(shù)字信號(hào)處理、通信技術(shù)、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、數(shù)值統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。作為一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)工具軟件,在很多領(lǐng)域中得到本文利用Matlab對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)信號(hào)從信源到信宿過程的模擬并獲得信噪比與誤碼率的曲線圖,研究了相移鍵控調(diào)制下信噪比與誤碼率的關(guān)系并比較了不同進(jìn)制相移鍵控調(diào)制下誤碼率—信噪曲線的異同,同時(shí)也研究了不同中繼信道對(duì)誤碼率—信噪比曲線的影響了廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵字:MATLAB仿真;點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信;PSK;中繼信道;誤碼率 基于MATLAB的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信仿真............................................................................................1 摘 要............................................................................................................................1 1 引言.................................................................................................................................2 1.1 課程設(shè)計(jì)的目的和意義...........................................................................................2 1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容.........................................................................................................2 2仿真環(huán)境簡(jiǎn)介....................................................................................................................3 3系統(tǒng)理論分析....................................................................................................................3 3.1通信系統(tǒng)模型..........................................................................................................3 3.2 相移鍵控原理.........................................................................................................4 3.2.1二進(jìn)制相移鍵控原理......................................................................................4 3.2.2 多進(jìn)制相移鍵控調(diào)制原理..............................................................................5 4 仿真過程基于Matlab的實(shí)現(xiàn).............................................................................................6 4.1仿真條件及符號(hào)說明................................................................................................6 4.1.1仿真條件:....................................................................................................6 4.1.2符號(hào)說明........................................................................................................6 5仿真結(jié)果...........................................................................................................................8 6仿真模型分析....................................................................................................................9 6.1模型結(jié)果分析..........................................................................................................9 6.2模型優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)方案...................................................................................10 6.2.1優(yōu)缺點(diǎn)分析..................................................................................................10 6.2.2改進(jìn)發(fā)案......................................................................................................10 7小結(jié)體會(huì).........................................................................................................................10 參考文獻(xiàn)............................................................................................................................11 附錄...................................................................................................................................12 1 8PSK信噪比—誤碼率作圖代碼................................................................................12 2 QPSK信噪比—誤碼率作圖代碼................................................................................13 3 BPSK信噪比—誤碼率作圖程序................................................................................15 4 QPSK加三跳中繼作圖程序....................................................................................16 5 QPSK信號(hào)加兩跳中繼作圖程序................................................................................18 6 QPSK信號(hào)加一跳中繼作圖程序................................................................................20 引言 1.1 課程設(shè)計(jì)的目的和意義 鞏固所學(xué)的專業(yè)技術(shù)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),分析和解決工程技術(shù)問題的能力,培養(yǎng)初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力;通過課程設(shè)計(jì)仿真試驗(yàn),了解并掌握通信系統(tǒng)、通信調(diào)制解調(diào)等技術(shù)的一般設(shè)計(jì)方法,訓(xùn)練并提高學(xué)生在理論計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范和應(yīng)用計(jì)算機(jī)等方面的能力,更好地將理論與實(shí)踐相結(jié)合,提高綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問題的能力。并且掌握Matlab的簡(jiǎn)單操作方法。 1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 1)設(shè)計(jì)一個(gè)四進(jìn)制相移鍵控調(diào)制系統(tǒng),繪出誤碼率與信噪比的關(guān)系曲線。2)繪制不同進(jìn)制相移鍵控下誤碼率與信噪比的關(guān)系曲線,并分析是否與理論相符,得出結(jié)論。 3) 設(shè)計(jì)一個(gè)加中繼且的四進(jìn)制相移鍵控系統(tǒng),繪出其誤碼率與信噪比的關(guān)系曲線。 4)繪出四進(jìn)制相移系統(tǒng)加不同跳數(shù)中繼情況下其誤碼率與信噪比的關(guān)系曲線,并分析是否與理論相符,得出結(jié)論。 2仿真環(huán)境簡(jiǎn)介 本次課程設(shè)計(jì)使用 MATLAB,運(yùn)用蒙特?卡羅方法(Monte Carlo method),對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件,用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。MATLAB是一個(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和C++。在計(jì)算要求相同的情況下,使用MATLAB的編程工作量會(huì)大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn)單最基本的函數(shù)到諸如矩陣,特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、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。 蒙特?卡羅方法(Monte Carlo method),也稱統(tǒng)計(jì)模擬方法,是二十世紀(jì)四十年代中期由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明,而被提出的一種以概率統(tǒng)計(jì)理論為指導(dǎo)的一類非常重要的數(shù)值計(jì)算方法。是指使用隨機(jī)數(shù)(或更常見的偽隨機(jī)數(shù))來解決很多計(jì)算問題的方法。 這里主要使用MATLAB提供的功能,包括:數(shù)值和符號(hào)計(jì)算,工程與科學(xué)繪圖等,實(shí)現(xiàn)蒙特?卡羅過程,對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真。最后給出幾種不同通信系統(tǒng)的通信效果的可視化結(jié)果,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,比較。 3系統(tǒng)理論分析 3.1通信系統(tǒng)模型 圖2-1:通信系統(tǒng)模型 如圖2-1所示為通信系統(tǒng)的模型,由一下幾個(gè)部分組成: 信息源(簡(jiǎn)稱信源):把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào),如麥克風(fēng)。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。 發(fā)送設(shè)備:產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。信道:將來自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無線信道兩大類。 信道是信息論中的一個(gè)主要概念。它是用來傳送信息的,所以理論上應(yīng)解決它能無錯(cuò)誤地傳送的最大信息率,也就是計(jì)算信道容量問題,并證明這樣的信息率是能達(dá)到或逼近的,最好還能知道如何實(shí)現(xiàn),這就是信道編碼問題。 在理論研究中,一條信道往往被分成信道編碼器、信道本身和信道譯碼器。人們可以變更編碼器、譯碼器以獲得最佳的通信效果,因此編碼器、譯碼器往往是指易于變動(dòng)和便于設(shè)計(jì)的部分,而信道就指那些比較固定的部分。但這種劃分或多或少是隨意的,可按具體情況規(guī)定。例如調(diào)制解調(diào)器和糾錯(cuò)編譯碼設(shè)備一般被認(rèn)為是屬于信道編碼器、譯碼器的,但有時(shí)把含有調(diào)制解調(diào)器的信道稱為調(diào)制信道;含有糾錯(cuò)編碼器、譯碼器的信道稱為編碼信道。信息通過信道傳輸,由于物理介質(zhì)的干擾和無法避免噪聲,信道的輸入和輸出之間僅具有統(tǒng)計(jì)意義上的關(guān)系,在做出唯一判決的情況下將無法避免差錯(cuò),其差錯(cuò)概率完全取決于信道特性。因此,一個(gè)完整、實(shí)用的通信系統(tǒng)通常包括信道編譯碼模塊。視頻信號(hào)在傳輸前都會(huì)經(jīng)過高度壓縮以降低碼率,傳輸錯(cuò)誤會(huì)對(duì)最后的圖像恢復(fù)產(chǎn)生極大的影響,因此信道編碼尤為重要。噪聲源:集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。 接收設(shè)備:從受到減損的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。 受信者(信宿):把原始電信號(hào)還原成相應(yīng)的消息,如揚(yáng)聲器等。 3.2 相移鍵控原理 數(shù)字相位調(diào)制(phase shift keying,PSK)又稱相移鍵控。二進(jìn)制相移鍵控記做2PSK是相移鍵控最簡(jiǎn)單的形式,還有多進(jìn)制相移鍵控MPSK是二進(jìn)制相移鍵控的推廣,本次仿真實(shí)驗(yàn)主要用到了二進(jìn)制相移鍵控(BPSK),四進(jìn)制相移鍵控(QPSK)及八進(jìn)制相移鍵控(8PSK)三種調(diào)制方式 3.2.1二進(jìn)制相移鍵控原理 二進(jìn)制相移鍵控是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)去控制載波的相位,使已調(diào)等幅、恒定載波的載波相位與待發(fā)數(shù)字信號(hào)相對(duì)應(yīng);只有兩種對(duì)應(yīng)狀態(tài),例如載波相位以0相與(傳號(hào))和“0”(空號(hào))。如果數(shù)字基帶信號(hào)g(t)的的幅度是 1、p相分別代表“1”寬度為Tb的矩形脈沖,則2PSK信號(hào)可表示為: j2PSK(t)=Acos(w0t+q) q取0時(shí)代表“1”,取p時(shí)代表“0” 由于2PSK信號(hào)相當(dāng)于DSB信號(hào),因而不能采用包絡(luò)解調(diào),要采用相干解調(diào);但必須在DSB解調(diào)后加一抽樣判決以便恢復(fù)原數(shù)字信號(hào)。其判決準(zhǔn)則為:抽養(yǎng)值大于0,判為1 ;抽養(yǎng)值小于0,判為0 下圖為2PSK信號(hào)的波形圖及矢量圖 圖3-1:2PSK信號(hào)波形圖 圖3-2:2PSK信號(hào)矢量圖 3.2.2 多進(jìn)制相移鍵控調(diào)制原理 多進(jìn)制相移鍵控是二進(jìn)制的推廣。它用多個(gè)相位狀態(tài)的正弦震蕩分別表示不同的數(shù)字信息,通常相位用M=2n計(jì)算,有2,4,8,16相制等,M取不同的相位,分別于n為二進(jìn)制碼元的不同組合相對(duì)應(yīng)。其信號(hào)的產(chǎn)生于BPSK類似只是維度不同在處理時(shí)略有差別,在此不再詳細(xì)介紹 圖3-3和圖3-4分別為QPSK信號(hào)及8PSK信號(hào)的矢量圖 010011013π/4相11π/4相1103π/8相111π/8相0-π/8相101-3π/8相100 5π/8相7π/8相-7π/8相0010-3π/4相 0010-π/4相-5π/8相000 圖3-3:QPSK信號(hào)矢量圖 圖3-4:8PSK信號(hào)矢量圖 仿真過程基于Matlab的實(shí)現(xiàn) 4.1仿真條件及符號(hào)說明 4.1.1仿真條件: (1)整個(gè)通信的等效高斯白噪聲方差為1;(2)假設(shè)信道估計(jì)是理想的; (3)經(jīng)過不同跳數(shù)中繼的QPSK信號(hào)總的增益相同 4.1.2符號(hào)說明 (1)ray為瑞利衰落信道(2)n為高斯噪聲 (3)r為信號(hào)經(jīng)過瑞利衰落信道后的接受信號(hào)(4)y為接收端對(duì)接收信號(hào)還原處理后的信號(hào)(5)snr為信噪比 (6)xigma為噪聲方差(7)ber為誤碼率(8)li為單位虛數(shù)i(9)s為調(diào)制信號(hào)的相位 (10)G為經(jīng)過中繼轉(zhuǎn)發(fā)是信號(hào)的增益 4.2仿真過程的實(shí)現(xiàn) (1)調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生(以QPSK為例) 產(chǎn)生兩個(gè)(0,1)的隨機(jī)數(shù),根據(jù)兩個(gè)數(shù)的范圍,規(guī)定發(fā)送的兩位原碼的值及其相位 ss1=rand(1,2);if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))s1(1,1)=1;s1(1,2)=1;s=exp(1i*(pi/4));elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5))s1(1,1)=0;s1(1,2)=1;s=exp(1i*pi*(3/4));elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5))s1(1,1)=0;s1(1,2)=0;s=exp(1i*pi*(5/4)); else s1(1,1)=1;s1(1,2)=0;s=exp(1i*pi*(7/4)); (2)信道的產(chǎn)生 ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); (3)高斯噪聲的產(chǎn)生 n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); (4)接收信號(hào) r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;(5)接收信號(hào)的還原 y=r/ray;(6)接受判決的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)接受信號(hào)最終落在矢量圖中的位置判斷發(fā)送的QPSK信號(hào)的值,程序如下: if(real(y)>0)y1=1;else y1=-1;end if(imag(y)>0)y2=1;else y2=-1;end if((y1==1)&&(y2==1))rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4));elseif((y1==-1)&&(y2==1))rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4));elseif((y1==-1)&&(y2==-1))rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4));else rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4)); (7)信號(hào)經(jīng)過中繼轉(zhuǎn)發(fā)過程的實(shí)現(xiàn) r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n;y1=r/ray;ray1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));n1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1));r1=y1*ray1*G1+n1; 5仿真結(jié)果 仿真結(jié)果如下圖所示: 圖5-1為8PSK,QPSK,BPSK信號(hào)加高斯白噪聲經(jīng)過相同信道,其誤碼率與信噪比的關(guān)系曲線 圖5-2為QPSK信號(hào)分別經(jīng)過一跳中繼,兩跳中繼及三跳中繼后信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線 100 M進(jìn)制相位調(diào)制誤碼率—信噪比曲線圖8PSK10-1QPSKBPSKber(誤碼率)10-210-310-410-50 ***0snr(信噪比)圖5-1:M進(jìn)制相位調(diào)制信噪比—誤碼率曲線圖 100對(duì)比加不同跳數(shù)中繼是信噪比與誤碼率的關(guān)系加三跳中繼加兩跳中繼加一跳中繼10-1誤碼率10-210-3012345678910信噪比(dB)圖5-2:對(duì)比加不同跳數(shù)中繼時(shí)信噪比與誤碼率的關(guān)系 6仿真模型分析 6.1模型結(jié)果分析 圖5-1所示為M進(jìn)制相位調(diào)制信號(hào)誤碼率—信噪比的關(guān)系曲線 由圖可知:誤碼率隨著信噪比的增大而減小,即要想減小信號(hào)在傳輸過程中的失真度必須增加信號(hào)的發(fā)射功率以減小信號(hào)的誤碼率;對(duì)于BPSK、QPSK及8PSK相位調(diào)制,在相同信噪比的情況下BPSK的誤碼率最小QPSK次之,8PSK的誤碼率最大;同時(shí),要想實(shí)現(xiàn)想同的誤碼率,8PSK調(diào)制時(shí)必須提供更大的信號(hào)功率,QPSK次之,BPSK所需的信號(hào)功率最小。然而對(duì)于MPSK系統(tǒng),M的值越大,其功率譜的主瓣越大頻帶利用率越高,發(fā)送數(shù)據(jù)的速率越快。因此為提供較高的服務(wù)質(zhì)量,在實(shí)際的運(yùn)用中需均衡考慮信號(hào)的誤碼率及發(fā)送速率,因而MPSK系統(tǒng)一般很少取較大的M值,一般取M £16,并且以M=4的QPSK使用最多,其次是8PSK,16PSK及BPSK都較少使用。 圖5-2所示為在信號(hào)的總增益相同的情況下對(duì)比QPSK信號(hào)加不同跳數(shù)中繼時(shí)信噪比與誤碼率的關(guān)系的曲線圖。由圖可知在相同信噪比的情況下,信號(hào)所經(jīng)過的中繼跳數(shù)越多其誤碼率就越大,原因是所經(jīng)過的中繼跳數(shù)增加后所加入噪聲也怎加了,同時(shí)每經(jīng)過一個(gè)信道時(shí)也會(huì)增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率。 6.2模型優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)方案 6.2.1優(yōu)缺點(diǎn)分析 本文對(duì)MPSK信號(hào)經(jīng)高斯信道傳輸?shù)慕邮苷`碼率進(jìn)行蒙特卡羅仿真,仿真過程取了1000000個(gè)點(diǎn),得到了較為準(zhǔn)確的信噪比—誤碼率的關(guān)系曲線;同時(shí)本文還考慮了加入中繼時(shí)的情況,對(duì)比了加不同跳數(shù)中繼對(duì)信噪比—誤碼率曲線的影響獲得了比較正確的結(jié)論;當(dāng)然本模型也有一些不足之處,例如通信系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單沒有加入編碼和解碼的過程,算法的設(shè)計(jì)也還不是特別簡(jiǎn)化,所獲得的信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線也沒有和實(shí)際的曲線進(jìn)行對(duì)比,數(shù)據(jù)的說服力還不夠強(qiáng)。 6.2.2改進(jìn)發(fā)案 由于時(shí)間有限,我們現(xiàn)在所學(xué)的知識(shí)有限,整個(gè)仿真模型存在大量的不足之處,我在此提出以下改進(jìn)方案: (1)本通信仿真模型還可以加入編碼解碼的過程 (2)加中繼時(shí)的模型還可以討論一下協(xié)作中繼時(shí)的情況(3)本模型還可以用Simulink模塊來進(jìn)行仿真 (4)可以把仿真所獲得的的曲線與實(shí)際情況下的信噪比—誤碼率的曲線拿來對(duì)比 7小結(jié)體會(huì) 歷時(shí)兩個(gè)月的軟件課程設(shè)計(jì)讓我們受益良多,從開始不懂matlab做起課程設(shè)計(jì)來一頭霧水到后期可以和老師討論自己想法,這中間都離不開老師的悉心教誨。 這次軟件課程設(shè)計(jì)的開展,其目的在于讓我們了解通信過程是如何實(shí)現(xiàn)的,以及讓我們深入了解matlab是如何作為仿真軟件仿真通信過程并結(jié)合相關(guān)的實(shí)例讓我們?cè)谠辛私獾幕A(chǔ)上設(shè)計(jì)完成老師布置的課題。 在進(jìn)行軟件課程設(shè)計(jì)的過程中我們遇到了一系列的問題,首先是對(duì)于matlab軟件的不熟悉,好在在大家的摸索和交流以及和老師的交流中慢慢熟悉。其次,由于在本專業(yè)的推薦課表中未導(dǎo)入通信原理等相關(guān)課程,使得我們對(duì)于調(diào)制解調(diào),信道,編碼,接受判別等方面并不了解,大家一起查閱相關(guān)書籍,積極交流,積極主動(dòng)的詢問老師,自己嘗試編碼,錯(cuò)誤共享,成果共享,在老師的幫助下將上述模糊的概念一一攻克,并在錯(cuò)誤中學(xué)會(huì)了進(jìn)步。 在老師未布置課程題目時(shí),老師給了我們積極思考的空間,通過自己在個(gè)人電腦上的編碼實(shí)踐和結(jié)合借閱的有關(guān)書籍,老師傳給我們的實(shí)例和學(xué)習(xí)資料,自己摸索,在上課時(shí)間和老師溝通,進(jìn)行每人為時(shí)3分鐘的問題陳述,自己進(jìn)程的陳述,結(jié)合陳述,老師給予相應(yīng)的解答和指導(dǎo)。大家都表示在這個(gè)自主學(xué)習(xí)的過程中受益匪淺。 老師布置課程設(shè)計(jì)題目后,大家結(jié)合開始做的準(zhǔn)備工作一步一個(gè)腳印的慢慢完善我們的程序和功能,在學(xué)會(huì)如何對(duì)多進(jìn)制調(diào)制進(jìn)行編碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行課程題目相關(guān)的仿真,并針對(duì)matlab仿真的結(jié)果進(jìn)行交流,在原本點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單信道通信的基礎(chǔ)上加了中繼信道,實(shí)現(xiàn)了對(duì)于不同跳數(shù)的仿真,并進(jìn)行了對(duì)比。同時(shí)由于不同的調(diào)制方式對(duì)誤碼率也有一定的影響,我們?cè)诨诙噙M(jìn)制調(diào)制方式仿真上做了一個(gè)單信道的8PSK,QPSK,BPSK不同調(diào)制方式對(duì)接受端誤碼率的影響的仿真,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比得出了相同信噪比時(shí)BPSK的誤碼率最低,QPSK其次,8PSK的誤碼率最高的仿真結(jié)果。 在本次課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)中,我們認(rèn)識(shí)到了實(shí)訓(xùn)遠(yuǎn)比理論學(xué)習(xí)更有樂趣,仿真的意義就在于無需花費(fèi)過大的成本就可以在計(jì)算機(jī)上通過matlab等仿真軟件模擬通信的過程,對(duì)最終的結(jié)果有一個(gè)大致的認(rèn)識(shí)和了解,并與理論結(jié)果進(jìn)行比對(duì),找出產(chǎn)生差異的原因,同時(shí)節(jié)省了移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的成本。 而對(duì)于這歷時(shí)兩個(gè)月的自我學(xué)習(xí)和共同學(xué)習(xí),我們意識(shí)到學(xué)習(xí)有時(shí)候不是一個(gè)人的過程,它可以是一群人共同進(jìn)步的過程。在交流和溝通中共同學(xué)習(xí),共同協(xié)作,共同完成課題。在老師的幫助、在理解的基礎(chǔ)上、在實(shí)踐和理論相結(jié)合的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí),無疑是進(jìn)步和積極的。 總之,在這次軟件課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過程中無論是學(xué)習(xí)方法還是軟件仿真方法,我們都獲益匪淺,同時(shí)也感謝在課程設(shè)計(jì)過程中智慧老師不遺余力的教誨和給予我們的幫助。過程是艱辛的,但成果是美麗的。 參考文獻(xiàn) [1] 王秉鈞,馮玉珉 通信原理 清華大學(xué)出版社 [2] 樊昌信.通信原理.國防工業(yè)出版社 [3] 黃載祿,殷蔚華.通信原理.科學(xué)出版社 [4] 李宗豪.基本通信原理.北京郵電大學(xué)出版社 [5] 甘勤濤.MATLAB 2012數(shù)學(xué)計(jì)算與工程分析從入門到精通.機(jī)械工業(yè)出版社 [6] 求是科技編著.MATLAB 7.0從入門到精通.人民郵電出版社 [7](美)William J.Palm III著;黃開枝譯.MAtlab基礎(chǔ)教程.清華大學(xué)出版社 附錄 部分程序代碼: 8PSK信噪比—誤碼率作圖代碼 clear all;clf; snrindb=0:1:20; snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1; count=zeros(1,length(snrindb));ber8PSK=zeros(1,length(snrindb));for L=1:length(snrindb) for num=1:1000000 ss1=rand(1,3); if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)&&(ss1(1,3)>0.5)) s1=[1,1,1]; s=exp(1i*(pi/8)); elseif((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)&&(ss1(1,3)<0.5)) s1=[1,1,0]; s=exp(1i*pi*(3/8)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)&&(ss1(1,3)<0.5)) s1=[0,1,0]; s=exp(1i*pi*(5/8)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)&&(ss1(1,3)>0.5)) s1=[0,1,1]; s=exp(1i*pi*(7/8)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)&&(ss1(1,3)>0.5)) s1=[0,0,1]; s=exp(1i*pi*(9/8)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)&&(ss1(1,3)<0.5)) s1=[0,0,0]; s=exp(1i*pi*(11/8)); elseif((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)&&(ss1(1,3)<0.5)) s1=[1,0,0]; s=exp(1i*pi*(13/8)); elseif((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)&&(ss1(1,3)>0.5)) s1=[1,0,1]; s=exp(1i*pi*(15/8)); end ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n; y=r/ray; a=real(y); b=imag(y); c=atan(b/a); if(a>0&&b>0&&c>=0&&c<(pi/4)) rs=[1,1,1]; elseif(a>0&&b>0&&c>=(pi/4)&&c<(pi/2)) rs=[1,1,0]; elseif(a<0&&b>0&&c>=(-pi/2)&&c<(-pi/4)) rs=[0,1,0]; elseif(a<0&&b>0&&c>=(-pi/4)&&c<0)rs=[0,1,1]; elseif(a<0&&b<0&&c>=0&&c<(pi/4)) rs=[0,0,1]; elseif(a<0&&b<0&&c>=(pi/4)&&c<(pi/2)) rs=[0,0,0]; elseif(a>0&&b<0&&c>=(-pi/2)&&c<(-pi/4)) rs=[1,0,0]; elseif(a>0&&b<0&&c>=(-pi/4)&&c<0) rs=[1,0,1]; end if(rs(1,1)~=s1(1,1)||rs(1,2)~=s1(1,2)||rs(1,3)~=s1(1,3)) count(L)=count(L)+1; end end ber8PSK(L)=count(L)/1000000; end semilogy(snrindb,ber8PSK,'r>-');gtext('8PSK')hold on;QPSK信噪比—誤碼率作圖代碼 snrindb=0:1:20; snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1; count=zeros(1,length(snrindb));berQPSK=zeros(1,length(snrindb));for L=1:length(snrindb) for num=1:1000000 ss1=rand(1,2); if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)) s1(1,1)=1; s1(1,2)=1; s=exp(1i*(pi/4)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)) s1(1,1)=0; s1(1,2)=1; s=exp(1i*pi*(3/4)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)) s1(1,1)=0; s1(1,2)=0; s=exp(1i*pi*(5/4)); else s1(1,1)=1; s1(1,2)=0; s=exp(1i*pi*(7/4)); end ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n; y=r/ray; if(real(y)>0) y1=1; else y1=-1; end if(imag(y)>0) y2=1; else y2=-1; end if((y1==1)&&(y2==1)) rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4)); elseif((y1==-1)&&(y2==1)) rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4)); elseif((y1==-1)&&(y2==-1)) rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4)); else rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4));end if((rs(1,1)~=s1(1,1))||rs(1,2)~=s1(1,2)) count(L)=count(L)+1; end end berQPSK(L)=count(L)/1000000; end semilogy(snrindb,berQPSK,'r>-');gtext('QPSK')hold on; BPSK信噪比—誤碼率作圖程序 snrindb=0:1:20; snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1; count=zeros(1,length(snrindb));ber=zeros(1,length(snrindb));for L=1:length(snrindb) for num=1:1000000 ss1=rand;if ss1>0.5 s1=1; s=exp(1i*0); elseif ss1<0.5 s1=0; s=exp(1i*pi); end ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n; y=r/ray; if(real(y)>0) rs=1; else rs=0; end if(rs~=s1) count(L)=count(L)+1; end end ber(L)=count(L)/1000000;end semilogy(snrindb,ber,'r>-');gtext('BPSK')hold on;QPSK加三跳中繼作圖程序 clear all;clf; snrindb=0:1:10;snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1; count=zeros(length(snrindb));ber=zeros(length(snrindb));G1=2; G2=3;G3=6; for L=1:length(snr) for num=1:100000 ss1=rand(1,2); if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)) s1(1,1)=1; s1(1,2)=1; s=exp(1i*(pi/4)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)) s1(1,1)=0; s1(1,2)=1; s=exp(1i*pi*(3/4)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)) s1(1,1)=0; s1(1,2)=0; s=exp(1i*pi*(5/4)); else s1(1,1)=1; s1(1,2)=0; s=exp(1i*pi*(7/4)); end ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n; y1=r/ray; ray1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r1=y1*ray1*G1+n1; y2=r1/ray1; ray2=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n2=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r2=y2*ray2*G2+n2; y3=r2/ray2; ray3=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n3=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r3=y3*ray3*G3+n3; y=r3/ray3; if(real(y)>0) y1=1; else y1=-1; end if(imag(y)>0) y2=1; else y2=-1; end if((y1==1)&&(y2==1)) rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4)); elseif((y1==-1)&&(y2==1)) rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4)); elseif((y1==-1)&&(y2==-1)) rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4)); else rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4)); end if((rs(1,1)~=s1(1,1))||rs(1,2)~=s1(1,2)) count(L)=count(L)+1; end end ber(L)=count(L)/100000; end semilogy(snrindb,ber);hold on;QPSK信號(hào)加兩跳中繼作圖程序 snrindb=0:1:10; snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1; count=zeros(length(snrindb));ber=zeros(length(snrindb));G1=3; G2=12; for L=1:length(snr) for num=1:100000 ss1=rand(1,2); if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)) s1(1,1)=1; s1(1,2)=1; s=exp(1i*(pi/4)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)) s1(1,1)=0; s1(1,2)=1; s=exp(1i*pi*(3/4)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)) s1(1,1)=0; s1(1,2)=0; s=exp(1i*pi*(5/4)); else s1(1,1)=1; s1(1,2)=0; s=exp(1i*pi*(7/4)); end ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n; y1=r/ray; ray1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r1=y1*ray1*G1+n1; y2=r1/ray1; ray2=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n2=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r2=y2*ray2*G2+n2; y=r2/ray2; if(real(y)>0) y1=1; else y1=-1; end if(imag(y)>0) y2=1; else y2=-1; end if((y1==1)&&(y2==1)) rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4)); elseif((y1==-1)&&(y2==1)) rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4)); elseif((y1==-1)&&(y2==-1)) rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4)); else rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4)); end if((rs(1,1)~=s1(1,1))||rs(1,2)~=s1(1,2)) count(L)=count(L)+1; %í3??′í?óbitêy end end ber(L)=count(L)/100000; end semilogy(snrindb,ber);hold on;QPSK信號(hào)加一跳中繼作圖程序 snrindb=0:1:10; snr=10.^(0.1*snrindb);xigma=1; count=zeros(length(snrindb));ber=zeros(length(snrindb));G=36; for L=1:length(snr) for num=1:100000 ss1=rand(1,2); if((ss1(1,1)>0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)) s1(1,1)=1; s1(1,2)=1; s=exp(1i*(pi/4)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)>0.5)) s1(1,1)=0; s1(1,2)=1; s=exp(1i*pi*(3/4)); elseif((ss1(1,1)<0.5)&&(ss1(1,2)<0.5)) s1(1,1)=0; s1(1,2)=0; s=exp(1i*pi*(5/4)); else s1(1,1)=1; s1(1,2)=0; s=exp(1i*pi*(7/4)); end ray=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r=s*(snr(L)*xigma)*ray+n; y1=r/ray; ray1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); n1=sqrt(1/2)*(randn(1,1)+1i*randn(1,1)); r1=y1*ray1*G+n1; y=r1/ray1; if(real(y)>0) y1=1; else y1=-1; end if(imag(y)>0) y2=1; else y2=-1; end if((y1==1)&&(y2==1)) rs=[1,1];sre=exp(1i*(pi/4)); elseif((y1==-1)&&(y2==1)) rs=[0,1];sre=exp(1i*pi*(3/4)); elseif((y1==-1)&&(y2==-1)) rs=[0,0];sre=exp(1i*pi*(5/4)); else rs=[1,0];sre=exp(1i*pi*(7/4)); end if((rs(1,1)~=s1(1,1))||rs(1,2)~=s1(1,2)) count(L)=count(L)+1; end end ber(L)=count(L)/100000; end semilogy(snrindb,ber);hold on; 大連理工大學(xué) 本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱: 通信仿真實(shí)驗(yàn) 學(xué) 院: 電信學(xué)部 專 業(yè): 電子信息工程 班 級(jí): 電子1301 學(xué) 號(hào): 201383022 學(xué)生姓名: 陳冠謀 2016年 12 月 12 日 大連理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告 學(xué)院(系): 電信學(xué)部 專業(yè): 電子信息工程 班級(jí): 電子信息工程 姓 名: 陳冠謀 學(xué)號(hào): 201383022 組: ___ 實(shí)驗(yàn)時(shí)間: 2016.12.5 實(shí)驗(yàn)室: 實(shí)驗(yàn)臺(tái): 指導(dǎo)教師簽字: 成績(jī): 實(shí)驗(yàn)名稱:USRP 通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p> 1.學(xué)習(xí)ubuntu 基本命令和文件系統(tǒng); 2.學(xué)習(xí)usrp 觀測(cè)無線信號(hào)頻譜圖和時(shí)域圖的方法; 3.學(xué)習(xí)如何生成和發(fā)送一個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)包; 4.學(xué)習(xí)benchmark 之間的通信機(jī)制; 5.學(xué)習(xí)benchmark 如何傳輸文件; 6.學(xué)習(xí)GRC 的信號(hào)處理模塊、流程圖及其使用方法; 7.學(xué)習(xí)DPSK 調(diào)制解原理。 二、實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容 基于USR的DPSK系統(tǒng)眾所周知,在數(shù)字蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)中,采用抗干擾能力強(qiáng)、無碼性能好、頻譜利用率高的線性調(diào)制和頻譜泄露小的恒包絡(luò)(連續(xù)相位)調(diào)制技術(shù),以盡可能地提高單位頻帶內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的比特速率。PSK調(diào)制是線性調(diào)制技術(shù)的典型,而GSM蜂窩網(wǎng)絡(luò)才用的GMSK調(diào)制技術(shù)是恒定包絡(luò)調(diào)制技術(shù)的典型。在本實(shí)驗(yàn)和下一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,將通過軟件無線電平臺(tái)實(shí)現(xiàn)這兩種技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸。 三、實(shí)驗(yàn)步驟 (1)DPSK(差分相移鍵控)是為了解決普通 PSK 相位模糊問題提出來的。基于GRC的DPSK 信號(hào)產(chǎn)生的流程圖如圖所示。其中 Pecket Encoder 模塊的作用是對(duì)抽樣數(shù) 據(jù)進(jìn)行包編碼。通過 GNURadio平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn) DBPSK、DQPSK、D8PSK。其流程圖都是一樣的,只需改變調(diào)制模塊中的調(diào)制方式參數(shù)即可。 (2)在接收機(jī)端調(diào)用 usrp_fft.py和usrp_oscope.py,觀測(cè)DPSK 調(diào)制產(chǎn)生的射頻信號(hào)的時(shí)域圖、頻譜圖、以及星座圖等。 (3)DPSK 解調(diào)及認(rèn)證 DPSK 的 GRC 解調(diào)流程圖如下: 該流程圖中以USRP作為信號(hào)源,以接收空間中的無線調(diào)制信號(hào)。設(shè)計(jì)解調(diào)流程圖應(yīng)該注意的是其參數(shù)如 samp_rate、Samples/Symbol、Type 等都要與調(diào)制流程圖中的參數(shù)設(shè)置對(duì)應(yīng),并且要符合個(gè)參數(shù)具體要求。此外最值得注意的是 USRP Source的Decimation 要設(shè)置為調(diào)制流程圖中 USRPSink的Interpolation的一半。否則不能正確解調(diào)出信號(hào)源數(shù)據(jù)。DPSK調(diào)制流程圖解調(diào)流程圖接下來分別以 500Hz的正弦信號(hào)、[001]的向量以及文件作為信源,通過比較解調(diào)數(shù)據(jù)與信源是否一致 來驗(yàn)證整個(gè)調(diào)制解調(diào)過程的正確性。 四、儀器設(shè)備 PC 兩臺(tái) USRP 一臺(tái) 大連理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 學(xué)院(系): 電信學(xué)部 專業(yè): 電子信息工程 班級(jí): 電子信息工程 姓 名: 陳冠謀 學(xué)號(hào): 201383022 組: ___ 實(shí)驗(yàn)時(shí)間: 2016.12.5 實(shí)驗(yàn)室: 實(shí)驗(yàn)臺(tái): 指導(dǎo)教師簽字: 成績(jī): 實(shí)驗(yàn)名稱:USRP 通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?/p> 見預(yù)習(xí)報(bào)告。 二、實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容 見預(yù)習(xí)報(bào)告。 三、實(shí)驗(yàn)步驟 見預(yù)習(xí)報(bào)告。 四、儀器設(shè)備 PC 兩臺(tái) USRP 一臺(tái) 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 1、通過命令行檢查硬件設(shè)備的連接狀況。輸入sudosu獲取管理員權(quán)限,輸入密碼即1234,若不進(jìn)行此操作將無法檢查硬件設(shè)備。輸入usrp_probe回車,彈出顯示窗口。子板選擇為RXA,點(diǎn)擊 Probe即可檢查接受板 A 的連接情況。 圖1受檢板A的連接情況 2、用快速傅里葉變換 FFT 分析信號(hào) 圖2信號(hào)及時(shí)域波形圖 3、改變輸出波形數(shù)據(jù),和發(fā)射頻率 圖3 更改后的發(fā)射數(shù)據(jù) 4、改變接收端頻率 圖4更改后的接收端頻率 5、在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上加設(shè)FFT 圖5 加設(shè)FFT 6.輸出.XY通道的波形 圖6 輸出的XY通道 可見XY通道相位差90度 7遮擋天線后接收的數(shù)據(jù)如下 圖7接收到的誤碼 8用如下指令進(jìn)行音樂播放 圖8 指令圖 9基于USRP的DPSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 圖9.1 DPSK發(fā)射系統(tǒng) 圖9.2DPSK解調(diào)系統(tǒng) 10.調(diào)制解調(diào)分析 圖10.1 碼元序列-1 0 1時(shí),接收的信號(hào)與頻譜圖 圖10.2碼元序列-1,-2,-3時(shí),接收的信號(hào)與頻譜圖 圖10.3碼元序列1,2,3,4,5,6時(shí),接收的信號(hào)與頻譜圖 圖10.4碼元序列-1,-2,-3,-4,-5,-6,0,1,2,3,4,5,6時(shí),接收的信號(hào)與頻譜圖 圖10.5實(shí)驗(yàn)中的操作指令 圖10.6實(shí)驗(yàn)中的操作指令 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 在本次試驗(yàn)中,三人一組進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中三個(gè)人相互緊密配合,成功的完成了實(shí)驗(yàn)。我和另一組分別進(jìn)行了數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送,發(fā)現(xiàn)如果選用的發(fā)射頻率相同會(huì)產(chǎn)生干擾。學(xué)習(xí)了一系列計(jì)算機(jī)指令。實(shí)驗(yàn)過程中老師提出的各種問題讓我們耳目一新,了解了信號(hào)壓制解調(diào)的的原理和操作步驟。Ubuntu的學(xué)習(xí)使得我對(duì)這個(gè)系統(tǒng)有了初步的了解,有助于我運(yùn)用這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作使用,有助于增加我的知識(shí)儲(chǔ)備。 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求: 1.所有實(shí)驗(yàn)均要手畫仿真模型框圖,或?qū)Ψ抡嬖斫忉屨f明;2.必須清楚的標(biāo)題仿真系統(tǒng)中所設(shè)置的參數(shù);3.仿真程序一般不要放在正文內(nèi)部,而就是改在每個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的最后,作為附件。但正文部分可以解釋說明所用到的重要的仿真技巧,庫數(shù)等等。 4.所有仿真程序產(chǎn)生的結(jié)果都要有手寫分析,即要判決仿真結(jié)果就是否正確,說明了什么問題,能夠得出什么結(jié)論,要如何改進(jìn)等等。 實(shí)驗(yàn)一 隨機(jī)信號(hào)的計(jì)算機(jī)仿真 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?仿真實(shí)現(xiàn)各種分布的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: 1、均勻分布隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生 用線性同余法,編寫 Matlab 程序,產(chǎn)生均勻分布的隨機(jī)數(shù)。 ? ? ? ?)5000 mod(] 1323 241 [ 1 ? ? ? n x n x 初始種子 x(0)自己選擇。 線性同余算法就是使用最為廣泛的偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器,該算法含有 4 個(gè)參數(shù):模數(shù) m(m>0),乘數(shù) a(0≤a< m),增量 c(0≤c 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2、用反函數(shù)法,將均勻分布的隨機(jī)變量變換為具有單邊指數(shù)分布的隨機(jī)變量。編寫 Matlab 程序,產(chǎn)生指數(shù)分布的隨機(jī)數(shù)。計(jì)算并比較理論 pdf 與從直方圖得到的 pdf。 指數(shù)分布隨機(jī)變量 pdf 定義為: 0),()exp(2)(? ? ? ? ??x u x x p X ,)(x u 為單位階躍函數(shù)。 先自行設(shè)置取樣點(diǎn)數(shù),取 a=5;產(chǎn)生均勻分布隨機(jī)變量,轉(zhuǎn)化為單邊指數(shù)分布,理論與仿真符合通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 設(shè)計(jì)題: 3、用 Matlab 編程分別產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布、指定均值方差正態(tài)分布、瑞利分布、賴斯分布、中心與非中心χ2 分布的隨機(jī)數(shù),并畫出相應(yīng)的 pdf。 y1=normpdf(x,0,1); y2=normpdf(x,4,2); 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 瑞麗 p1= ncfpdf(x,5,20,10);非中心 p= fpdf(x,5,20);中心 4、設(shè)輸入的隨機(jī)變量序列 X(n)為 N=1000 獨(dú)立同分布高斯分布的離散時(shí)間序列,均值為 0,方差為 1,采樣間隔 0、01s。通過某線性時(shí)不變?yōu)V波器,輸出隨機(jī)變量序列 Y(n)的功率譜密度為: 2)2(11)(ff S Y? ?? (1) 設(shè)計(jì)該濾波器 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告(2) 產(chǎn)生隨機(jī)變量序列 Y(n)。 X0=0; %設(shè)置產(chǎn)生序列的遞推公式的初始值:X(0)N=1000; %設(shè)置序列的長(zhǎng)度 rh=0、9; %設(shè)置產(chǎn)生序列的遞推公式的系數(shù) X=zeros(1,N); %定義序列 X w=rand(1,N)-1/2; %產(chǎn)生序列 w:在(-1/2,1/2)內(nèi)均勻分布 %計(jì)算序列 X 的 N 個(gè)樣本:X(1),X(2),…,X(N) X(1)=rh*X0+w(1); for i=2:N X(i)=rh*X(i-1)+w(i); End X(n)的功率譜密度 濾波器的幅度響應(yīng) 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 附件: 實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字基帶調(diào)制 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?數(shù)字通信系統(tǒng)中,基帶傳輸?shù)姆抡妗?/p> 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: 用 MATLAB 編程仿真實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制脈沖幅度調(diào)制(PAM)數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制過程。要求畫出 12bit 隨機(jī)輸入與對(duì)應(yīng)的已調(diào)波形輸出。 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1.繪出 40bit 隨機(jī)輸入條件下調(diào)制波形形成的眼圖。 2.用蒙特卡羅仿真方法計(jì)算在信道為加性高斯白噪聲時(shí),該系統(tǒng)在不同信噪比下的差錯(cuò)概率。 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 3.畫出該系統(tǒng)的理論誤碼率(報(bào)告中還要寫出理論公式),與蒙特卡羅仿真結(jié)果比較,就是否一致,分析結(jié)果。 設(shè)計(jì)題 4、設(shè)計(jì) FIR 根升余弦濾波器,具體指標(biāo)如下: (1)碼片速率為 1、28MHz,采樣率為 4 倍碼片速率(2)滾 降 系 數(shù) 0、22, 沖 激 響 應(yīng) 序 列 長(zhǎng) 度 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 65 N_T=8; %沖激響應(yīng)序列長(zhǎng)度為 2*N_T*Fs/Fc+1 R=0、22 %滾降系數(shù) Fc=1、28e+6;Fs=4*Fc; %抽樣率為 4 倍碼片速率 Tc=1、0e-6/1、28; %碼片周期 %[Num,Den] = rcosine(Fc,Fs,“sqrt”,R); Num=rcosfir(R,N_T,4,Tc,“sqrt”);[H,w]=freqz(Num,[1],1000,“whole”);H=(H(1:1:501))“;w=(w(1:1:501))”;Mag=abs(H);db=20*log10((Mag)/max(Mag));pha=angle(H);plot(w/pi,db);grid; 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 axis([0 1-60 1]);xlabel(“歸一化角頻率”);ylabel(“RRC 濾波器幅度響應(yīng)(dB)”);(1)[H,w]=freqz(B,A,N)(2)[H,w]=freqz(B,A,N,’whole’) (1)中 B 與 A 分別為離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量,返回量 H 則包含了離散系統(tǒng)頻響在 0~pi 范圍內(nèi) N 個(gè)頻率等分點(diǎn)的值(其中N 為正整數(shù)),w 則包含了范圍內(nèi) N 個(gè)頻率等分點(diǎn)。調(diào)用默認(rèn)的 N 時(shí),其值就是 512。 (2)中調(diào)用格式將計(jì)算離散系統(tǒng)在0~pi范內(nèi)的N個(gè)頻率等分店的頻率響應(yīng)的值。 因此,可以先調(diào)用 freqz()函數(shù)計(jì)算系統(tǒng)的頻率響應(yīng),然后利用 abs()與angle()函數(shù)及 plot()函數(shù),即可繪制出系統(tǒng)在 或 范圍內(nèi)的頻響曲線(3)產(chǎn)生一串(-1、1)等概率分布的隨機(jī)序列,并對(duì)該序列進(jìn)行脈沖成形濾波。 附件: 實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字頻帶調(diào)制 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?對(duì)數(shù)字信息的頻帶傳輸進(jìn)行仿真。 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: 1.用 MATLAB 編程仿真實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制相位調(diào)制(BPSK)數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制過程。要 求 畫 出 12bit 隨 機(jī) 輸 入 與 對(duì) 應(yīng) 的 已 調(diào) 波 形 輸 出。 2.并用蒙特卡羅仿真方法計(jì)算在信道為加性高斯白噪聲時(shí),該系統(tǒng)在不同信噪比下的差錯(cuò)概率 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 3.畫出該系統(tǒng)的理論誤碼率,與蒙特卡羅仿真結(jié)果比較,就是否一致,分析結(jié)果。 設(shè)計(jì)題 4.QPSK 調(diào)制,解調(diào)與檢測(cè)的 MATLAB 仿真,并用蒙特卡羅方法估計(jì)該系統(tǒng)在加性高斯白噪聲情況下的差錯(cuò)概率。 (1) 使用范圍在(0,1)內(nèi)的均勻分布隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,來產(chǎn)生等概率出現(xiàn)的四 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 進(jìn)制符號(hào)序列,再將序列映射到對(duì)應(yīng)的信號(hào)向量。 s11=-j;s10=-1;s00=j;s01=1; %定義 QPSK 信號(hào):4 種可能的取值 N=10000; %設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)的個(gè)數(shù) %產(chǎn)生待發(fā)送的二進(jìn)制比特?cái)?shù)據(jù)流:長(zhǎng)度為 2N signal=rand(1,2*N); qpsk=zeros(1,N); %定義經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)序列 %產(chǎn)生調(diào)制后的信號(hào)序列 qpsk for i=1:N if signal(2*i-1)<0、5 if signal(2*i)<0、5 qpsk(i)=s00; else qpsk(i)=s01; end; else if signal(2*i)<0、5 qpsk(i)=s10; else qpsk(i)=s11; end; end; end; (2) 利用高斯隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生均值為 0,方差為 N0/2 的高斯噪聲。 NO=(10^(SNR_in_DB/10))sgma=sqrt(N0/2); n(1)=gngauss(sgma)(3) 設(shè)計(jì)檢測(cè)器,用蒙特卡羅方法估計(jì)檢測(cè)器產(chǎn)生的符號(hào)誤差。 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)四 通信信道建模仿真 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?無線通信信道的仿真實(shí)現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: 確定信號(hào)的 DTFT 譜分析 窗對(duì)頻率分辨率的影響 1-1 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1-2 1-3 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1-4 2-1 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2-1 2-2 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 3-1 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 %% Zero padding DFT v=2; dft_vn = fftshift(fft(vn,v*N)); figure(3); stem([-v*N/2:v*N/2-1]/(v*N/2),abs(dft_vn),“、”); axis([-1 1 0 35]); title(“DFT spectrum with 64 zeros padded”); xlabel(“Normalized digital frequency”); %% Zero padding DFT 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 v=4; dft_vn = fftshift(fft(vn,v*N)); figure(4); stem([-v*N/2:v*N/2-1]/(v*N/2),abs(dft_vn),“、”); title(“DFT spectrum with 3*64 zeros padded”); xlabel(“Normalized digital frequency”); axis([-1 1 0 35]); %% v = 8; dft_vn = fftshift(fft(vn,v*N)); figure(5); stem([-v*N/2:v*N/2-1]/(v*N/2),abs(dft_vn),“、”); title(“DFT spectrum with 7*64 zeros padded”); xlabel(“Normalized digital frequency”); axis([-1 1 0 35]); 4-1: 產(chǎn)生并繪制 10 個(gè)高斯-馬爾科夫序列樣本 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 4-1: 功率譜、4-2 R=0、5 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 4-2 R=0、5 功率譜、5 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)五 信道衰落的影響與分集接收仿真 單徑 A=0° 單路徑移動(dòng)臺(tái)包絡(luò)幅度-移動(dòng)距離 單路徑移動(dòng)臺(tái)包絡(luò)相位 單路徑移動(dòng)臺(tái)歸一化頻譜 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩徑幅度 兩徑相位 兩徑頻譜 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩徑 R=0、5 幅度 兩徑 R=0、5 相位 兩徑 R=0、5 頻譜 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 3:3-1 30°幅度 3-1 30°相位 3-1 30°頻譜 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 3-1 45°幅度 3-1 45°相位 3-1 45°頻譜 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 3-1 90°幅度 3-1 90°相位 3-1 90°頻率 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 3-1 180°幅度 3-1 180°相位 3-1 180°頻譜 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 4-1N=124-1N=256 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 5-1 幅度分布 N=12 5-1 幅度分布 N=64 5-1 幅度分布 N=256 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 6-1 相位分布 N=12 6-1 相位分布 N=64 6-1 相位 N=256 7-17-1 功率分布 N=12 7-1 功率 N=64 通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 7-1 功率分布 N=256第二篇:通信原理仿真
第三篇:通信仿真課程設(shè)計(jì) 初稿
第四篇:通信仿真實(shí)踐實(shí)驗(yàn)報(bào)告
第五篇:通信仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告