基于matlab的通信系统仿真要点

创新实践报告

报告题目：基于matlab的通信系统仿真学院名称：信息工程学院

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二O一四年十月十五日

一、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下图所示：

二、仿真分析与测试

（1）随机信号的生成

利用Matlab 中自带的函数randsrc 来产生0、1等概分布的随机信号。源代码如下所示：

global N N=300; global p p=0.5;

source=randsrc(1,N,[1,0;p,1-p]); （2）信道编译码 1、卷积码的原理

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

D0D2D1D3

+

+

M

V1

V2

OUT

02

1V D D =⊕0123

2V D D D D =⊕⊕⊕

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。 2、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。 （3）调制与解调 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，n a 与2ASK 和2FSK 时的不同，在2PSK 调制中，n a 应选择双极性，即当发送概率为P ，1a =n ，当发送概率为1-P, 1-=n a 。若g(t)是脉宽为S T 、高度为1的矩形脉冲，则有

当发送概率为P 时，)cos()(2t w t e c PSK = （式2—2） 发送概率为1-P 时，)cos(2t w e c PSK -= （式2—3）

由（式2—2）和（式2—3）可以看出，当发送二进制符号1时，已调信号)

(e 2t PSK

取0度相位，当发送二进制符号为0时，)(e 2t P S K 取180度相位，则有

)cos(2n c PSK t w e ϕ+=，其中发送符号1，00=n ϕ，发送符号0，0180=n ϕ。

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2.1所示：

图2.1:2PSK 信号的调制原理图（模拟调制方法）

2） BPSK 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2.3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2.3：BPSK 相干解调

S(t)

码型变换

乘法器

)(cos t w c

)(e 2t PSK

)(e 2t PSK 带通滤波器

相乘器

)(cos t w c

低通滤波器

抽样 判决器

定时脉 冲

输出

a

b

c

d

e

2）QPSK 调制与解调 （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 的表达式可以写为：

其中，

是角频率，

是第K 个码元的载波相位取值，T S 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X N 和Y N 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。

T

1

0 1 0

b

1 \ t

t

t

1 1 1 0 0 a

d

e

c

图2.4 BPSK 解调各点时间波形