无线传输系统_cdio_项目报告

'.科信学院无线传输系统（二级项目）设计说明书（2013/2014学年第一学期）课程名称：通信工程CDIO二级项目——无线传输系统题目：时分多址接入和QPSK调制技术专业班级：通信工程10级2班学生姓名：张元超学号：100312222指导教师：贾少锐、李晓东、付佳、王鹏设计周数：1周设计成绩：2013年1月2日.. .1、设计要求与任务本次课程设计的设计要求是使用Matlab仿真软件模拟无线通信系统。具体内容有：⑴研究无线通信系统的主要原理及技术，包括有时分多址接入技术、四进制相移键控、以及相关的调制解调技术、信道加噪原理等；⑵建立起完整的基于时分多址和四进制相移键控的数字通信系统仿真模型，可以采用通过不同时隙来区分用户的时分多址技术和QPSK调制解调技术；⑶在通信信道中加入高斯噪声，比对用户在通信系统中的误码率，对不同用户的性能进行分析总结。⑷考虑TDMA系统信号传播中的多径效应，以及由此导致的时延。设计具体要求是：⑴建立无线传输系统的数学模型；⑵利用Mtlab建立无线传输系统的仿真模型；⑶对传输系统进行时间流上的仿真，得到仿真结果；⑷将得到的仿真结果进行比较分析。2、设计正文2.1设计思路分析⑴针对本次CDIO项目中的各个设计要求，我们小组通过讨论研究，决定采用两路用户的语音信息作为信息源，之后调用系统函数进行录制和存储。得到语音信号之后利用脉冲编码调制技术、采用8000Hz的采样频率来对其进行采样，采样后经过编码，成为二进制数据流。系统中我们设定语音录制的时间是0.5s，8000Hz采样后得到4000个采样值，进行编码得到32000个比特信息。两路信号故总共会有64000个比特信息。⑵TDMA技术就是利用时间分片来区分不同的用户。在设计中，我们将用户一的信息放在基数位上，而用户二的信息都放在偶数位上。这就得到要通过系统来传输的一个一路单一频率信号。⑶在进行QPSK调制之前要将二进制数据转换为四进制数据。利用for循环就可以完成。此时再经过QPSK调制，就得到要发送的信号。⑷多径效应是因为信号通过不同的路径到达信号接收端引起的。多径效应也带来时延，造成信号相位的变化。不同相位的多径信号相加后其幅值也变化了。考虑到多径现象的随机性，我们组编写的多径函数时延大小随时间变化，每径时延变化规律呈正弦型，频率从0~2Hz随机均匀抽取。⑸将经过多径的信号QPSK解调，得到对应的四进制信号，再对四进制码字进行二进制转换，按照奇偶位来分别送给不同的用户。.. .⑹对不同用户的信号进行脉冲编码解调，就得到相应的语音信息。2.2设计流程图开始获取两路语音信息对信号进行解多址及PCM解调二进制到四进制转换进行脉冲编码调制QPSK调制QPSK解调通过多径和高斯信道图1程序流程图2.3原理技术2.3.1TDMA技术TDMA：TimeDivisionMultipleAccess时分多址.. .。时分多址是把时间分割成周期性的帧(Frame)每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时，基站发向多个移动终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各移动终端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来。TDMA帧的完整结构实质上是在无线链路上重复的物理帧。（1）TDMA帧－每个TDMA帧含8个时隙，整个帧时长约为4.615ms，每个时隙含156.25个码元，时隙时长为0.577ms。（2）TDMA复帧－多个TDMA帧构成复帧，其结构有两种：连续的26个TDMA帧构成的复帧。连续的51个TDMA帧构成的复帧。（3）TDMA超帧－多个连续的TDMA复帧构成超帧，它是一个连续的51×26TDMA帧，一个超帧的持续时间为6.12s。（4）TDMA超高帧它包括2048个超帧，每个周期包括2715648个TDMA帧。TDMA帧号是以TDMA高帧（2715648个TDMA帧）为周期循环编号的。2.3.2QPSK调制解调技术QPSK即四进制移向键控（QuaternaryPhaseShiftKeying），它利用载波的四种不同相位来表示数字信息，由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一个码元用a表示，后一个码元用b表示。QPSK信号可以看作两个载波正交2PSK信号的合成，下图表示QPSK正交调制器。图2QPSK调制原理图.. .由QPSK信号的调制可知，对它的解调可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调。解调原理图如下所示，同相支路和正交支路分别采用相干解调方式解调，得到和，经过抽样判决和并/串交换器，将上下支路得到的并行数据恢复成串行数据。图3QPSK解调原理图2.4代码设计2.4.1多径传播多径时变信道中相位的变化是随机的，故我们设计的程序中多径函数时延大小随时间变化，每径时延变化规律呈正弦型，频率从0~2Hz随机均匀抽取。代码如下：function[out]=djsb(in,dj)f=pi/2;dt=1/64000;st=in;t=0:dt:0.5-1/64000;taof=2*rand(1,dj);%时延变化频率fai0=rand(1,dj)*2*pi;%路径初始相位.. .fori=1:djfai(i,:)=sin(2*pi*taof(i)*t);s(i,:)=in.*cos(2*pi*f*t+fai(i,:)+fai0(i));endrt=sum(s)/sqrt(dj);out=rt;2.4.2误码率求解函数求误码率要用到原始的四进制信息，经过QPSK调制的信号以及通过多径和高斯信道的信号：function[out]=wumalv(yuan,tiaozhi,jiazao)%计算理论误码率和实际误码率esnodb=3:0.5:10;esno=10.^(esnodb/10);es=1;no=10.^(-esnodb/10);sigma=sqrt(no/2);error=zeros(1,length(esnodb));s_data=zeros(1,length(esnodb));fork=1:length(esnodb)error(k)=0;s_data(k)=0;whileerror(k)<1000d=yuan;s=tiaozhi;r=jiazao;form=1:4%计算距离rd(m,:)=abs(r-sqrt(es)*exp(j*2*pi/4*(m-1)));endform=1:length(s)%判决距离最近的点dd(m)=find(rd(:,m)==min(rd(:,m)));if(dd(m)~=d(m)).. .error(k)=error(k)+1;endends_data(k)=s_data(k)+1000;endendpe=error./s_data;ps=erfc(sqrt(esno)*sin(pi/4));semilogy(esnodb,pe,"b*-");holdon;semilogy(esnodb,ps,"gd-");xlabel("es/no(db)");ylabel("误码率");legend("仿真结果","理论结果");out=0;图4误码率.. .2.5设计中遇到的问题⑴我们组制定了设计思路之后首先用系统函数明确出大的框架结构，对于多径信道没有调用函数而是参看其他资料进行编写。⑵二进制到四进制的逆转换中，我们没有判断好相应位的关系，使得步伐停留在检错中。更改后：fori=1:length(recovpsk)%四进制转二进制switchrecovpsk(i)case0re(2*i-1)=0;re(2*i)=0;case1re(2*i-1)=0;re(2*i)=1;case2re(2*i-1)=1;re(2*i)=0;case3re(2*i-1)=1;re(2*i)=1;endend⑶脉冲编码调制解调的函数也是参考书籍来编写的。A律13折线的编码思想也得到了进一步的巩固。⑷多径时变信道是设计中的关键部分。参看书中有固定衰落系数和时延的题目，也有规定时延变化的频率的题目。多径得到的信号就是把不同相位的信号相加。我们参看相关内容，实现其代码的编写。⑸画出误码率曲线图，要比较原始的四进制信号和经过多径及高斯信道的四进制信号，由于多径的影响，会有较高的误码率。其图形较不满意。4设计总结本次设计题目为时分多址接入和QPSK调制技术，要用Matlab的仿真来完成。我们专业最重要的一个能力就是使用计算机来完成仿真的能力，通过二级项目，我们进一步学习了Matlab软件的仿真操作，提高了自己的学习能力。团结力量大，我们小组共同努力，按时完成了小组任务，这锻炼了我们的团结协作能力，为日后的学习工作打下基础。4、参考文献[1]郭文彬,桑林.通信原理——基于Matlab的计算机仿真[M].北京邮电大学出版社,2006,12.[2]王俊峰，孙江峰.通信原理MATLAB仿真教程[M].人民邮电出版社,2010,11... .项目设计评语项目设计成绩指导教师（签字）年月日..'