北交大无线通信实验一数字调制解调1

《无线通信基础》课程研究性学习手册数字调制解调实验Ⅰ姓名：学号：同组成员：指导教师：李瑞涛时间：2015年5月目录一、实验任务：...............................................................................................................................31、subMOD子程序.................................................................................................................32、subPulseShaping和subMatchFilter子程序......................................................................33、subDemod子程序..............................................................................................................44、实验结果验证.....................................................................................................................4二、理论分析：.............................................................................................................................41、BPSK与QPSK调制.............................................................................................................42、脉冲成型滤波.....................................................................................................................5三、实验步骤：.............................................................................................................................51、BPSK调制程序设计............................................................................................................52、BPSK解调程序设计：........................................................................................................63、QPSK调制程序...................................................................................................................64、QPSK解调程序...................................................................................................................75、脉冲成形滤波器程序设计.................................................................................................76、匹配滤波器程序设计.........................................................................................................8四、结论及分析：...........................................................................................................................91、BPSK调制解调程序验证....................................................................................................92、QPSK调制解调程序验证.................................................................................................103、更改参数对实验结果的影响...........................................................................................12五、遇到的问题及解决方法：.....................................................................................................13六、扩展问题：.............................................................................................................................14七、心得：.....................................................................................................................................14八、参考文献：.............................................................................................................................15一、实验任务：本实验主程序的前面板是完整的，程序结构和大部分的子程序也都已经提供，需要自己完成的只有subMOD、subPulseShaping、subMatchFilter、subDemod这四个子程序。需要按照下面的步骤正确的完成这四个子程序，在完成实验后上交完整的程序以及实验报告。1、subMOD子程序这个子程序的作用是实现BPSK或QPSK的基带调制，即将输入的信源bit序列映射到符号域，输出是复数形式的符号。以BPSK为例，BPSK把一个信息位表示成一个符号，即映射出的符号有两种可能的相位。在数学上，每比特调制信号表示为：bmbtfts2cos(4.1)式中，mf是基带调制的频率，b是b=0或1时的相位偏移。如果我们选择的两个相位分别是π/2和3π/2的话，可以将调制信号tsb表示为：12sin2cos002sin2cos0biftfjtfbiftfjtftsmmmmb(4.2)对应前面所说的将每一个bit映射成一个复数符号，可以很容易的看出BPSK的映射关系为：将信源0映射成0+i，信源1映射成0-i。当调制方式为QPSK时，原理与BPSK类似。不同的是QPSK是将信源的2个bit映射成一个复数符号，因此有四种可能的表示符号。例如我们选择相位偏移分别为π/4、3π/4、5π/4和7π/4，则对应的复数符号分别为0.707+0.707i、-0.707+0.707i、0.707–0.707i和-0.707-0.707i。因此你在subMOD子程序中需要做的就是把输入的信源bit数据流映射到符号域上。例如输入bit数据为11011000，调制方式为QPSK的话，则输出的符号应该为-0.707-0.707i、0.707-0.707i、-0.707+0.707i和0.707+0.707i。2、subPulseShaping和subMatchFilter子程序这两个子程序的功能类似，分别是实现发端的脉冲成型滤波和收端的匹配滤波。信号通过滤波器就相当于信号和滤波器的时域脉冲响应做卷积。以发端为例，你首先需要做的就是根据设置的滤波器类型、滤波器长度等输入参数生成脉冲成型滤波器系数。然后根据设置的上采样率对输入符号进行上采样。最后将上采样后的信号与生成的滤波器系数做卷积。得到的便是成型滤波后的输出信号。接收端的实现过程与发射端类似，主要区别在于接收信号已经在发端进行了上采样，因此在收端匹配滤波前不再需要上采样操作。3、subDemod子程序subDemod子程序实现对接收符号的解映射，即发送端subMOD子程序的逆过程。子程序的输入是同步后的数据符号，输出是解调后的bit数据。如果是BPSK调制，你需要将每个输入的数据符号解映射成一位bit数据；如果是QPSK调制，则需要将每个输入符号解映射成两位bit数据。要注意在发送端进行映射的图谱要与接收端解映射的图谱对应，这样才能够正确的解调出数据。4、实验结果验证完成以上几个子程序后，可以通过运行主程序来验证编写的模块是否正确。首先你需要在前面板上合理的设置各项参数，例如信源为文本并使用QPSK调制，你还可以通过信噪比范围参数来设置所计算信噪比的最大值。之后运行程序，如果程序正确的话你可以观察到星座图、误码率数据、接收端恢复的文本等输出信息。然后你可以改变参数，验证在不同参数下程序是否能够正确运行，并对比运行的结果有何异同。最后按照要求完成实验报告。二、理论分析：1、BPSK与QPSK调制BPSK(BinaryPhaseShiftKeying)，把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。BPSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能进行相干解调。正交相移键控（QuadraturePhaseShiftKeyin，QPSK）是一种数字调制方式。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式DQPSK。目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：（1）信号分布；（2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，315°，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比