无线通信实验1_数字调制解调

1、无线通信基础课程研究性学习手册第xx小组姓名：学号：同组成员：指导教师： 时间： 一、实验任务：1、完成一个LabVIEW程序，它能够将PN序列或文本作为信源并对其进行数字调制解调。2、进一步熟悉LabVIEW编程软件的基本操作，并在编程的过程中可以加深对常见数字调制方式的理解，巩固基础知识。二、理论分析：本实验的程序设计流程如图1所示。图1程序设计流程图在程序中首先要完成对信源的生成和调制方式的选择，再按照所选的调制方式对信源进行调制；然后对调制后的信号添加噪声；之后对信号进行数字解调来恢复信源信息；最后对比解调后的数据和原始的信源数据，计算误码率。本实验包含一个主程序和若干子程序。其中主程

2、序为Digital modulation，它的前面板如图2所示。图2主程序前面板前面板中左上角是参数配置选项卡，其中信源参数界面可以设置信源的类型、文本的内容以及PN序列的长度；调制参数界面可以配置调制类型、采样率、过采样率等参数；滤波参数界面用来配置脉冲成型和匹配滤波器的相关参数，例如滤波器类型和滤波器长度等。前面板右上角可以观察发送端和接收端的星座图。前面板其余的部分用来显示接收端的各种信息，包括当信源为文本时解调后恢复的文本内容；当前的信噪比以及实时的误码数、接收点数和误码率数据；接收端接收到的解调前的I/Q数据；根据信噪比和误码率生成的误码率曲线。Digital modulation主

3、程序的核心程序框图如图3所示。图3 Digital modulation程序框图主程序中包括四个主程序。subTX子程序用来实现信源的产生、调制和滤波，输出是经过调制后的信号；subAddAWGN子程序的作用是向信号添加AWGN噪声；subRX子程序实现subTX子程序的逆过程，即对接收信号进行匹配滤波、解调并还原信源信息；最后subGetBer子程序用来根据信源数据和接收数据计算当前信噪比下的误码率。程序最主要的部分是subTX和subRX两个子程序。subTX子程序的程序框图如图4所示。图4 subTX程序框图其中subSource子程序的作用是根据要求的信源类型生成信源信息，输出是bit

4、序列；subMOD子程序用来对生成的信源bit序列进行调制，输出是调制后的符号数据；subAddControl子程序的作用是对调制后的符号添加控制序列；subPulseShaping子程序用来对符号数据进行上采样和脉冲成型；最后通过subMakeWave子程序生成输出的已调信号波形。subRX子程序的程序框图如图5所示。图5 subRX程序框图其中subRXint子程序的作用是计算并调整一些参数；subMatchFilter子程序用来对接收波形进行匹配滤波；subSync子程序的作用是对接收的信号进行同步并去除训练序列，输出是数据符号；subDemod子程序的作用是对接收的数据符号进行解调，输

5、出是解调后的PN序列或是根据bit序列恢复的文本内容。三、实验步骤：1、subMOD子程序的设计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：式中，是基带调制的频率，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/2和3/2的话，可以将调制信号表示为：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

6、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/4、3/4、5/4和7/4，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sub

7、MatchFilter子程序的设计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子程序的设计subDemod子程序实现对接收符号的解映射，即发送端subMOD子程序的

8、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、运行主程序来验证编写的模块是否正确。首先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，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

9、结果有何异同。四、结论及分析：1、选择QPSK调制方式，Zero Pad Length为16，samples per symbol为16，TX oversample factor为8，sample rate为500k；成形滤波与匹配滤波的滤波器为平方根升余弦滤波器，filter parameter为0.7，filter length (symbols)为8；当前信噪比为12时得到的发端星座图如图6所示。图6得到的收端星座图如图7所示。图7得到的误码率曲线如图8所示。图8得到的实时误码数据如图9所示。图9(1) 当信噪比降低时，收端的星座图如图10所示。图10此时的实时误码数据如图11所示。图1

10、1可以看出，数字调制解调中，信噪比下降导致解调误码率增加。（2）将Zero Pad Length降为0，得到的发送端和接收端的星座图分别如图12的（a）（b）所示。（a）（b）图12此时的误码率曲线如图13所示。图13比较图13与图8可知道，Zero Pad Length的减小使得低信噪比时的误码率得到相应减小。（3）将samples per symbol由16降为8，得到接收端的星座图与误码率曲线分别如图14的（a）（b）所示。（a）（b）图14比较图14（b）与图13可知道，samples per symbol的减小使得解调误码率随着信噪比的增大而迅速减小。（4）由于本实验的信源是数字的，

11、改变sample rate对误码率没有影响。（5）将TX oversample factor由8降为4，得到到发送端，接收端的星座图和误码率曲线如图15的（a）（b）（c）所示。（a）（b）（c）图15比较图15与图14可知道，降低TX oversample factor使得误码率性能得到一些恶化。（6）将filter parameter由0.7降为0.2，得到到发送端，接收端的星座图和误码率曲线如图16的（a）（b）（c）所示。（a）（b）（c）图16比较图15与图16可知道，降低filter parameter使得误码率性能恶化。（6）将filter length 由8增加到为16，得到到

12、发送端，接收端的星座图和误码率曲线如图17的（a）（b）（c）所示。（a）（b） （c）图17比较图17与图16可知道，增加filter length使得误码率性能改善。2、使用BPSK调制方式，Zero Pad Length为16，samples per symbol为16，TX oversample factor为8，sample rate为500k；成形滤波与匹配滤波的滤波器为平方根升余弦滤波器，filter parameter为0.7，filter length (symbols)为8；当前信噪比为12时得到的发端星座图如图18所示。图18得到的收端星座图如图19所示。图19得到的误码

13、率曲线如图20所示。 图20得到的实时误码数据如21所示。图21比较图20与图6知道，相同信噪比下，BPSK的误码性能比QPSK好。五、遇到的问题及解决方法：1、从工具包调用的子程序与主调程序接口不对应。解决方法：照工具包中相应程序的原理，自创同样功能的子程序。2、主面板“接收到的文本”显示不到内容或显示乱码。解决方法：察看相关控件是否按算法的方式返回数值，适应控件修改符号映射与解映射算法。六、扩展问题：1、Samples per symbol和Oversample factor这两个参数的物理意义是什么，它们的取值与调制方式之间有什么关系？答：（1）Oversample factor是过采样

14、因子，就是用高于nyquist频率进行采样，好处是可以提高信噪比，缺点是处理数据量大。Samples per symbol是上采样因子，上采样和下采样都是对数字信号进行重采，重采的采样率与原来获得该数字信号（比如从模拟信号采样而来）的采样率比较，大于原信号的称为上采样，小于的则称为下采样。上采样的实质也就是内插或插值。（2）Oversample factor越大，信噪比越大，可可使用功率效率较高的调制方式；上采样越大，就能使用频谱效率较高的调制方式。2、为什么要在发送端和接收端分别添加脉冲成型滤波器和匹配滤波器，它们有什么作用？答：在发送端加成形滤波器，使频谱收敛，同时使信号的符号周期不混叠，减小旁瓣能量；接收端加匹配滤波，滤掉信号在传送过程中因信号反射而造成的干扰，同时进行相干解调，减小判决误差。七、心得：在编写子程序过程中遇到各种问题，有的是逻辑性的问题，有的是方法性的问题，在以后的学习过程中要学会先分析清楚问题再动手进行实际操作，否则就会前功尽弃，徒劳无功。还有就是学好英语，因为大部分软件都是英文版的，会碰到各种麻烦，比如这次调制工具包下载下来以后安装的过程