(完整word版)16PSK系统仿真

1、成绩评定表学生姓名专业电子信息工程班级学号课程设计题目16PSK系统仿真评语组长签字：成绩201年月日日期课程设计任务书学 院学生姓名课程设计题目信息科学与工程专 业班级学号16PSK系统仿真电子信息工程实践教学要求与任务 :利用 MATLAB/Simulink 进行编程和仿真，仿真的内容是16PSK系统性能仿真，并设置其相关参数，要求实现 16PSK在高斯白噪声信道下信号的星座图和误码率的性能。工作计划与进度安排 :2015 年 03月 09日选题目查阅资料2015 年 03月 10日编写软件源程序或建立仿真模块图2015 年 03月 11日调试程序或仿真模型2015 年 03月 12日性能

2、分析及验收2015 年 03月 13日撰写课程设计报告、答辩指导教师：专业负责人：学院教学副院长：2016年3 月9日2016年3 月9日2016年3 月9日沈阳理工大学通信系统课程设计报告摘要针对 16PSK调制解调在加性高斯白噪声信道下的性能，本次课程设计基于MATLAB的 Simulink 模块进行了 16PSK系统性能的仿真，该仿真应用了 16PSK调制与解调器模块、高斯白噪声通道模块、眼图与误码率分析模块，通过设置相关参数，得到了16PSK在高斯白噪声通道下的信号星座图、信号波形图及其误码率，该仿真结果在 16PSK信号码元不等概率出现下得到，验证了 16PSK在高斯白噪声通道下信号

3、的抗噪声能力。关键词：16PSK；MATLAB；Simulink ；调制与解调I沈阳理工大学通信系统课程设计报告目 录1.课程设计目的 .12.课程设计要求 .13.相关知识 .13.1 MATLAB 简介 .13.1.1基本功能.13.1.2MATLAB产品应用 .23.1.3MATLAB特点 .23.1.4MATLAB 系列工具优势 .23.216 进制相移键控调制仿真 .34.课程设计分析 .44.1 MPSK的概念 .44.216PSK 调制解调 .54.2.116PSK.54.2.2 16PSK 调制解调框图 .65 仿真 .65.116PSK 仿真模块建模 .65.2相关参数设置

4、.75.3仿真结果 .96.结论 .107.参考文献 .12II沈阳理工大学通信系统课程设计报告16PSK系统仿真1. 课程设计目的（ 1）根据题目，查阅有关资料，掌握 16 进制相移键控的基本原理。（ 2）学习 MATLAB软件，掌握 MATLAB中元器件使用及参数的设置。（ 32. 课程设计要求（ 1）掌握相移键控的相关知识、概念清晰。（ 2）掌握 MATLAB使用方法，利用软件绘制图像。（ 3）程序设计合理、能够正确运行。3. 相关知识3.1 MATLAB 简介基本功能MATLAB是很实用的数学软件它在数学类科技应用软件中在数值运算方面首屈一指。 MATLAB可以进行运算、绘制函数和数据

5、、实现算法、创建用户界面、连接接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C， FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork 也吸收了像Maple 等软件的优点 , 使 MATLAB 成为一个强大的数学软件。可以直接调用, 用户也可以将自己编写的实用程1沈阳理工大学通信系统课程设计报告序导入到 MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用

6、。产品应用MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作：1) 数值分析2) 数值和符号计算3) 工程与科学绘图4) 控制系统的设计与仿真5) 数字信号处理技术特点1) 此高级语言可用于技术计算2) 此开发环境可对代码、文件和数据进行管理3) 交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题4) 二维和三维图形函数可用于可视化数据5) 各种工具可用于构建自定义的图形用户界面系列工具优势（ 1）友好的工作平台和编程环境MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于

7、用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB 的用户界面也越来越精致，更加接近Windows 的标准界面，人机交互性更2沈阳理工大学通信系统课程设计报告强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。（ 2）简单易用的程序语言MATLAB一个高级的矩阵 / 阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也

8、可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C语言基础上的，因此语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（ 3）强大的科学计算机数据处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600 多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下

9、，可以用它来代替底层编程语言，如C 复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。3.2 16进制相移键控调制仿真为了提高通信系统的频带利用率，多元数字调制是一个重要的途径。相同的码元宽度占据相同频带宽度的资源，多元调制情况下一个符号( 码元 ) 代表了若干比特的信息。相同资本资源下，传输了更多信息。提高频带利用率是以降低功率利用率为代价的。相同的发射功率下，信号空间中元数越多，各个信号之间的距离越小，抗干扰能力越差。因为相同的噪声功率使信号偏离原有位置相同的距离，信号之间的距离俞小接收时判错的概率越大。为了降低误码率，只有提高发射功率。对于移动设备等场合提高功率

10、又是难以实现的。工程实践中应权衡二者的关系。3沈阳理工大学通信系统课程设计报告应用仿真的方法，可以得出多元调制情况下频带利用率，功率利用率，误码率与调制方式，传输环境之间的定量关系，为系统规划，设计提供有参考的价值的信息。4. 课程设计分析4.1 MPSK 的概念MPSK即多进制相移键控，又称为多相制。这种键控方式是多进制键控的主要方式。在 M进制的相移键控信号，用M 个相位不同的载波分别代表M个不同的符号。如果载波有 2n 个相位，它可以代表 n 位二进制码元的的不同组合的码组。多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对相移键控。在 MPSK信号中，载波相位有M种可能取值，qn=2n

11、/M(n=1,2, M)(4.1)因此 MPSK信号可表示为S(t) = cos(0 t+ n) = cos (0t+2 n/M)(4.2)若载波频率是基带信号速率的整数倍，则上式可改写为S(t)= g(t-nTs)cos( t+ )=cos t g(t-nTs)cos -sin t g(t-0n0n0nT)sin n(4.3)式中 g(t) 是高度为 1、宽度为 Ts 的矩形脉冲。式中表明， MPSK信号可等效为两个正交载波的MASK信号之和。所以，MPSK信号的带宽和 MASK信号的带宽相同。因此， MPSK系统是一种高效率的信息传输方式。但是，当M 的取值增加时，载波间的相位差也随之减少

12、，这就使它的抗噪声性能变差。16PSK (16 Phase Shift Keying 16移相键控 )是一种相位调制算法。相位调制（调相）是频率调制（调频）的一种演变，载波的相位被调整用于把数字信息的比特编码到每一词相位改变（相移）。"16PSK" 中的 "PSK 表示使用移相键控方式，移相键控是调相的一种形式，用于表达一系列离散的状态，16PSK对应 16 种状态的 PSK。如果是其一4沈阳理工大学通信系统课程设计报告半的状态，即8 种，则为 EPSK，如果是其2 倍的状态，则为32PSK。4.216PSK调制解调图 4.14 位比特信息到16PSK符号的映射关

13、系如图 4.1 为 4 位比特信息到16PSK付好的映射关系图。 16PSK（16 进制相移键控）是用载波的16 种不同相位表示不同的数字信息的一种调制技术。16PSK调制的 16 个矢量端点均匀分布在圆上，其数学表达式包括同相分量和正交分量两部分。 16PSK 是将输入的二进制信号序列经过串并转换每次将一个4位的码元映射为一个符号的相位，因此符号速率为比特率的1/4 。5沈阳理工大学通信系统课程设计报告调制解调框图b,naic,n成型滤波器L(t)1G(t)Tb2,n八电平序列cosct二进制将每4比特bk16PSK信号串/并变换码元变换为相应的aic,a成型滤波器sin ctisb3,na

14、is,nQ(t)b4,n八电平序列GT(t)图 4.2 16PSK 调制框图如图 4.2 为 16PSK的调制框图，二进制信号每4 比特码元变换、滤波，得到 16PSK信号。TsTs(_)dtr10r (x)f1(t )最大似然检测输出f 2(t )Tsr2Ts(_)dt0图 4.3 16PSK 最佳接收框图如图 4.3 是 16PSK最佳接收框图， r(x) 信号与经过载波信号积分检测输出。5 仿真5.1 16PSK 仿真模块建模16PSK基带调制仿真系统见图5.1 所示：6沈阳理工大学通信系统课程设计报告图 5.1 16PSK 基带调制仿真如图 5.1 为 16PSK系统性能的仿真图，由信

15、号发生器模块、16PSK调制解调器、眼图仪、星座图模块和误码率分析模块组成。二进制信号经过 16PSK调制，加入高斯白噪声，最后解调输出，并计算误码率。5.2 相关参数设置图 5.2 随机整数发生器主要参数如图 5.2为随机整数发生器模块的参数设置，其中将多进制数设为16，初始化种子设为123456，采样时间设为 0.001 。7沈阳理工大学通信系统课程设计报告图 5.3 MPSK 调制器主要参数如图 5.3 为 MPSK调制器主要参数设置，其中将多进制数设为 16，相位偏移量设为 pi/16 ，输入类型选为整型。图 5.4 AWGN信道的主要参数8沈阳理工大学通信系统课程设计报告如图 5.4

16、AWGN信道的主要参数设置。其中将初始化种子设为6666，模式选为 SNR，dB 设为 20。5.3仿真结果图 5.5 16PSK 的信号图如图 5.5 为信号发生器产生的16 进制信号经过 16PSK调制器输出的信号。图 5.6 16PSK 信号的星座图如图 5.6 为 16PSK信号的星座图9沈阳理工大学通信系统课程设计报告图 5.7 含高斯白噪声的信号星座图如图 5.7 为 16PSK信号经过加性高斯白噪声信道后的星座图。图 5.8含高斯白噪声的16PSK信号眼图如图 5.8 为含高斯白噪声的16PSK信号眼图。6. 结论本次课程设计以 16PSK系统性能为研究对象，通过在 MATLAB的 Simulink 模块上建立了对 16PSK系统性能的仿真，得到 16PSK信号在加性高斯白噪声信10沈阳理工大学通信系统课程设计报告道下信号的波形图、星座图以及误码率的性能，仿真结果表明16PSK 信号经过AWGN信道后系统的通信质量有所降低。该仿真结果是在16PSK信号不等概率出现下得到，验证了16PSK系统的抗噪声能力。11沈阳理工大学通信系统课程设计报告7. 参考文献1 樊昌信，曹丽娜 . 通信原理 M. 北京：国防工业出版社， 2006，216-2252 丁亦农 . Simulink 与信号处理 M. 北