通信电子12-3李民瑞20123019

1、黑龙江工程学院目录 1、引言2 2、卷积码原理3 3、译码原理4 4、调试与解调5 4.1 BPSK调制与解调5 4.1.1 BPSK调制原理5 4.1.2 BPSK解调原理64.2 QPSK调制与解调6 4.2.1 BPSK调制原理6 4.2.2 BPSK解调原理12 5、加性高斯白噪声信道8 6、多径合并9 7、采样判决10 8、系统仿真118.1 信道编码仿真11 8.2 调制过程中的仿真14 8.3 不同调制方式下误码率分析14 9、理论数据与仿真的区别14 10、总结141、引言现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂；另一方面，要求通信系统技术研究和产品开

2、发缩短周期，降低成本，提高水平。这样尖锐对立的两个方面的要求，只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。在这种迫切的需求之下，MATLAB应运而生。它使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。 通信系统仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统性能。通信系统仿真的基本步骤如1图所示：图1 通信系统的仿真步骤2、卷积码原理 卷积码(convolutional code)是由伊利亚斯(p.Elias)发明的一种非分组码。在前向纠错

3、系统中，卷积码在实际应用中的性能优于分组码，并且运算较简单。 卷积码在编码时将k比特的信息段编成n个比特的码组，监督码元不仅和当前的k比特信息段有关，而且还同前面m=(N-1)个信息段有关。 通常将N称为编码约束长度，将nN称为编码约束长度。一般来说，卷积码中k和n的值是比较小的整数。将卷积码记作(n,k,N)。卷积码的编码流程如下所示。可以看出：输出的数据位V1,V2和寄存器D0,D1,D2,D3之间的关系。根据模2加运算特点可以得知奇数个1模2运算后结果仍是1，偶数个1模2运算后结果是0。图2 卷积码的计算方式3、译码原理 卷积码译码方法主要有两类：代数译码和概率译码。代数译码主要根据码本

4、身的代数特性进行译码，而信道的统计特性并没有考虑在内。目前，代数译码的主要代表是大数逻辑解码。该译码方法对于约束长度较短的卷积码有较好的效果，并且设备较简单。概率译码，又称最大似然译码，是基于信道的统计特性和卷积码的特点进行计算。在现代通信系统中，维特比译码是目前使用最广泛的概率译码方法。维特比译码算法基本原理是：将接收到的信号序列和所有可能的发送信号序列比较，选择其中汉明距离最小的序列认为是当前发送序列。 维特比译码的前提是建立合适的网格图，以便寻找最优路径。或者可以认为，维特比译码的关键是寻找最优路径。在实际的译码操作过程中，怎样建立网格以及建立网格后的路径的选择是译码的关键问题。4、调制

5、与解调 4.1 BPSK的调制与解调 4.1.1 BPSK的调制原理 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控2PSK信号。通常用已调信号载波的0度和180度分别表示二进制数字基带信号的1和0。二进制移相键控信号的时域表达式为 其中，与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，应选择双极性，即当发送概率为P，当发送概率为1-P, 。若是脉宽为、高度为1的矩形脉冲，则有 当发送概率为P时， 式22发送概率为1-P时， 式23由（式22）和（式23）可以看出，当发送二进制符号1时，已调信号取0度相位，当发送二进制符号为0时，取180度相位，则有，

6、其中发送符号1，发送符号0，。这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字调制信号的调制方式，称为二进制绝对移向方式。下面为2PSK信号调制原理框图4.1所示： 图4.1 2PSK信号调制原理图 4.1.2 BPSK的解调原理 2PSK信号的解调通常都采用相干解调，解调器原理如图4.2所示，在相干解调过程中需要用到和接收的2PSK信号同频同相的想干载波。图4.2 解调器原理图 图4.3 BPSK解调各点时间波形 4.2 QPSK调制与解调 4.2.1 QPSK的调制原理四相相移键控是MPSK的一种特殊情况，它是利用载波的4个不同相位来描述数字信息的调制方式，具有较强的抗干扰能力。QPSK的表达式

7、可以写为： 其中，是角频率，是第K个码元的载波相位取值，TS是一个发送码元的持续时间，它将取可能的四种相位之一，g（t）是发送的波形函数。将上式展开可以得到：从式中可以看出，四相调制的波形，可以看成是对两个正交载波进行二进制幅度调制信号之和。从XN和YN的取值，容易发现两者具有一定的适量约束关系。保证两者合成的矢量点落在同一圆周上。这个关系意味着，系统的非线性失真对QPSK系统的可靠性影响很小。 4.2.2 QPSK的解调原理 图4.4 QPSK解调原理图正交电路和同相电路分别设置两个相关器（或匹配滤波器），得到I(t)和Q(t)，经过电平判决和串并转换即可恢复原始信号。5、加性高斯白噪声信道

8、加性高斯白噪声（AWGN）从统计上而言是随机无线噪声，其特点是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。加性高斯白噪声在通信领域中指的是一种各频谱分量服从均匀分布（即白噪声），且幅度服从高斯分布的噪声信号。因其可加性、幅度服从高斯分布且为白噪声的一种而得名。该噪声信号为一种便于分析的理想噪声信号，实际的噪声信号往往只在某一频段内可以用高斯白噪声的特性来进行近似处理。由于AWGN信号易于分析、近似，因此在信号处理领域，对信号处理系统（如滤波器、低噪音高频放大器、无线信号传输等）的噪声性能的简单分析(如：信噪比分析)中，一般可假设系统所产生的噪音或受到的噪音信号干扰在某频段或限制条件之下是高斯白噪

9、声。这种噪声假设为在整个信道带宽下功率谱密度(PDF)为常数，并且振幅符合高斯概率分布。6、多径合并最大比合并是对等增益合并的改进，即各个支路加权系数与该支路信噪比成正比，各支路信噪比越大，其相应的加权系数越大，该支路对合并信噪比的贡献也越大。假定每个支路的平均噪声功率相等，可以证明当各个支路加权系数为Gi=Ai/2时，分集合并后的平均输出信噪比最大。 其中，Ai为第i条支路信号幅度；2为每条支路噪声平均功率。合并后的输出信号幅度为7、采样判决由于从匹配滤波器出来的信号的点数8倍于原来信息的点数，为了恢复出原信号，所以需要对该信号进行采样。从匹配滤波器出来时，首先要剔除卷积过程中冗余的点，接着

10、抽取现在信号中的第1个，第9个，第8×k1个点，源代码如下：function y1,y2=pick_sig(x1,x2,ratio)y1=x1(ratio*3*2+1:ratio:length(x1);y2=x2(ratio*3*2+1:ratio:length(x1);经过前边的匹配滤波器解调或者称为相关解调产生了一组向量，在这里就是一个一维的向量，根据最大后验概率（MAP）准则（由于各个信号的先验概率相等，所以页可以认为是最大似然准则），得到了最小距离检测。具体在本仿真系统中，判断为各个信号的门限如表1所示。判决后得到的数据再按照格雷码的规则还原成0、1信号，最终将两路0、1信号

11、合成一路0、1信号，用来同最初的信号一起决定误码率。表1 判决电平对应表判决前的信号的幅度对应的判决后的幅度31138、系统仿真分析 8.1 信道编码的仿真 第一步：产生随机序列，执行随机序列生成程序，得出随机序列：0 1 1 0 1 0 1 1。 第二步：对随机序列进行卷积编码得：0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 第三步：在接收端对信号进行相干解调，结果如下： 第四步：对相干解调之后的信号进行解码得出下图所示信号：8.2 调制过程的仿真对（一）部分中卷积产生的序列 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0进行调制得出下示波形：8.3 不同调制方

12、式的误码率分析<1>BPSK调制data1=data.*2-1;data2 = oversamp( data1, nd , IPOINT); data3 = conv(data2,xh); % conv: built in function<2>QPSK调制ich,qch=qpskmod(data1_q,1,nd,2);ich1,qch1= compoversamp(ich,qch,length(ich),IPOINT); ich2,qch2= compconv(ich1,qch1,xh);将BPSK和QPSK在同样的高斯信道下传输，在相同的信噪比和发码速率的情况下，仿

13、真两种调制方式产生的误码率曲线如下所示：从误码率图可以看出，BPSK比QPSK的误码率低，BPSK性能较好。在相同的信道下，BPSK调制系统的误码率小于QPSK调制，因此相同系统情况下BPSK优于QPSK。9、 理论数据与仿真数据的区别 下图为BPSK的理论误码率与仿真误码率的曲线图，通过比较BPSK信道的理论误码率与仿真误码率的差别可看出，它们的差别很小，近似为一样的。10、总结通过MATLAB通信系统仿真的学习，使我对通信原理及仿真实践有了更深层次的理解。在学习过程中，解了MATLAB的语言基础以及应用的界面环境，基本操作和语法，让我在分析通信系统的性能时更加方便。学习当中，使我明白了通信

14、系统仿真的现实意义，系统模型是对实际系统的一种抽象，是对系统本质的一种描述。通过仿真技术和方法，可以迅速构成一个通信系统模型，提供一个便捷，高效和精确的仿真平台。学习过程中，我再次系统的学习了现代移动通信系统中送信源产生信息，再到通过发信机对信息进行信源编码和信道编码，再到在信道上受到各种噪声信号的干扰，导致传输的信息序列产生一些变化或误差，再到在新到的另一方向通过收信机接收到信号进行信道译码和信源译码，将接收到的信号还原为原始基带信号送至信宿将信息反映出来，从而完成移动通信的整个过程。在这次次设计中，进行了信号的产生（随机产生二进制序列），再通过信息的传输性能，得出结论：信道编码增强了信息在信道上的传输性能，减小了误码率。然后再通过比较BPSK调制和QPSK调制对信息传输的