基于MATLAB的OQPSK调制解调实现课程设计

翼蹴g调制解调

基于MATLAB的OQPSK调制解调实现

摘要本课程设计的目标在于深切理解OQPSK调制与解调的基本原理，学会使用MATALB软件中的M文件来实现OQPSK的调制与解调以及分析加入不同噪声时对信号的影响程度。首先产生一个数字基带信号，接下来调用MATLAB中的相应函数对这个基带信号进行调制，然后分析调制后的波形:，记录结果后对调制后的信号进行解调, 观察解调结果并做好记录，最后在信号中加入噪声并观察其时频图的变化，分析信噪比的噪声对调制结果的影响。本课程设计的实验开发/运行平台为windowsXP/windows7,

程序设计使用MATLAB语言。通过调试运行，基本完成设计目标,达到调制与解调的目的。

关键词：MATLAB； M文件；OQPSK；调制与解调；噪声

1引言

数字调制与解调技术在数字通信中占有非常重要的地位，数字通信技术与MATLAB的结合是现代通信系统发展的一个必然趋势。在数字信号通信过程中，噪声的影响往往比较大，同时我们都希望有较高的频带利用率和功率利用率，而OQPSK也是一种恒包络调制技术，其频谱特性好，既保留着2PSK的高抗噪声性能、高频带利用率和高功率利用率，又有效地减弱了2PSK的“反相工作”缺陷，在通信研究中有着非常重要的意义，特别是在卫星通信和移动通信的领域有着广泛的应用。MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程与科学计算的高级语言，在控制系统的分析、仿真与

设计方面得到了非常广泛的应用，随着其信号处理专业函数和专业工具箱的成熟，越来越受到通信领域人士的欢迎，其在通信领域的应用也将更加广泛。

i?i课程设计目的

熟悉OQPSK的基本原理，掌握MATLAB中M文件的使用及相关函数的调用方法,在此基础上通过编程实现OQPSK的调制与解调，并通过加入的噪声来判断所设计的系统性能。这次课程设计不仅让我对OQPSK有了更加深入的了解，而且学会了如何利用MATLAB中的M文件来实现通信系统方面的应用，最重要的是，自己能够独立

完成一个小项目了，有了这方面的经验,我在以后的学习中就会有更充足的信心和动力。

1.2课程设计要求

熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在深切理解OQPSK调制解调原理的基础上，编写出OQPSK调制解调程序。绘制出OQPSK信号解调前后在时域和频域中的波形，并观察解调前后频谱有何变化以加深对OQPSK信号解调原理的理解。分别对信号叠加不同噪声，并进行解调，绘制出解调前后信号的时频波形，分析不同噪声对信号传输造成的影响大小。

1.3课程设计步骤

先产生随机信号，然后对信号进行调制和解调，在调制和解调过程中加入高斯白噪声，观察现象。

1、产生四进制数字作为数字基带信号，对其进行调制；

2、将函数调制信号改为相应的时域波形调制信号；

3、在函数调制信号中加入高斯白噪声，生成加入噪声后的时域波形调制信号；

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4、分别生成没加或加了噪声的调制信号波形图和频谱图；

5、分别对没加或加了噪声的调制信号进行解调；

6、计算误码率。

2 OQPSK调制解调原理

2.1 OQPSK调制原理

OQPSK,即Offset Quadrature Phase Shift Keying的缩写，中文意思为偏置正交相移键控，是QPSK （正交相移键控，又有4PSK之称）的改进，有关QPSK的资料请参考《通信原理（第六版）》⑴，这里就不多赘述了。OQPSK与QPSK相同的是相位关系，即：把输入信号分为两路，然后正交调制。所不同的是，OQPSK把同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。因为两支路码元上偏移了半个周期，每次只能有一路可能发生极性翻转。所以，OQPSK信号能跳变的相位只能是0。、

+90。、.90。, 不会发生180。的跳变，OQPSK与QPSK相比，信号的包络波动幅度有限，经过限幅放大后的频带范围也要小，所以性能也更加优良。其星座映射图如下（图2-1）所示：

图2-1 OQPSK星座映射图

OQPSK的产生原理方框图如下（图 2.2）所示：输入的数据信号是二进制不归零双极性码元，它被“串/并变换”电路变成两路码元a和b后，其每个码元的持续时间

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是输入码元的2倍，且b路码元在产生后马上增加了一个Ts/2 （半个周期）的延时电路。由a路码元和经延时后的b路码元相加的信号即为OQPSK调制信号。

2.2 OQPSK解调原理

OQPSK信号的解调原理图如下（图2.3）所示，OQPSK信号可以看作是两个正交信号2PSK信号a和b,且b路信号在时间上延退了半个周期Ts/2后再与a路信号的叠加，所以用两路正交的相干载波和一个T S/2延时器就可以分离这两路延迟正交的2PSK 信号，且b路信号应该先延时Ts/2再进行抽样判决。这样产生的两路并行信号a和b, 经过“并/串变换"后,成为串行数据输出，即解调信号。

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3仿真实现过程

3.1 OQPSK调制信号的产生

首先利用函数x = randint(a,l,[O 3])产生一串四进制数字基带信号，其中a, 1表示生成一个含a个元素的行向量，在这里可以直接表示为生成a个数字基带信号码元。[0 3]表示产生的随机数的范围是0?3。基带信号产生后可以利用fft(x,1024)对其进行傅里叶变换，得到基带信号的频谱图。再利用函数oqpskmod(x)对基带信号进行调制，由于MATLAB中的oqpskmod(X)函数功能有限，此时的调制信号还不能用波形图表示出来, 需要自己编写部分代码(见附录)，所以使用调制信号的星座图代替调制信号图，使用函数scatter(y)可生成星座图。代码编写完成后即可得到相应的OQPSK调制波形图，同样使用fft(n,1024)函数来产生波形信号的频谱图，其中n为调制信号，即在调制信号中取1024个点进行傅里叶变换。调制波形图出来以后进行加噪声处理，此处利用的是awgn(n,snr)函数，snr为信噪比的值，先设定siir为1。随后产生加入噪声后的调制信号频谱图。下面先介绍几个关键变量及重要函数，然后将展示出调制过程中出现的比较重要的图形。在这里为了更清晰地看出调制后信号的波形图、频谱图，及方便解调时对比加入噪声后出现的错码位置，只选取8个基带信号。

a=8; %基带信号码元个数

x = randint(a,l,[O 3]); %随机产生a个四进制数y =oqpskmod(x);% 进行oqpsk 调制scatterplot(y) %解调信号的星座图

fc=100; %载波频率

fs=1600; %抽样频率

b=0; %设置初始相位为0

s=0; %调制信号的波形图纵坐标初始化n=0; %调制信号波形图二维初始化

基带信号(如图3-1)：

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图3.1基带信号

基带信号的频谱图如下(图3.2 )：

r=fft(x,1024); %取1024个点对基带信号进行傅里叶变换

fr=(0:length(r)-l)*fs/length(r)-fs/2; % 横坐标为频域

plot(fr,abs(r)); % OQPSK 基带信号频谱图

函数调制信号的星座图如下(图3.3)所示： scatterplot(y) %产生调制信号的星座图

Scatter plot

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图3.3调制信号星座图

函数调制信号的星座图会随输入基带信号初值的变化而改变，即不同的第一个信 号码元对应不同的星座图。因为OQPSK 信号是由两路原本相互正交、但其中一路比另 一路早半个周期的信号组成，这就使得第一路信号刚进去时和第二路信号最后进去时系 统中都只有一路信号，此时会出现纯实数或纯虚数，即会出现上面调制信号星座图中非 角落的点。

调制信号波形图如下(图3.4)所示:

m=(2*pi*fc*k)/fs+b; % 合相位

s=sin(m); %生成波形图

n=[n sin(m)]; %将一维转化为二维

g=l:length(n); % g 为调制波形图的横坐标

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