1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目 錄 TOC o 1-3 h z u QPSK調制解調技術的設計與仿真摘要:在數(shù)字信號的調制方式中QPSK是目前最常用的一種數(shù)字信號調制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現(xiàn)也較為簡單。調制技術是通信領域里非常重要的環(huán)節(jié)，一種好的調制技術不僅可以節(jié)約頻譜資源而且可以提供良好的通信性能。QPSK調制是一種具有較高頻帶利用率和良好的抗噪聲性能的調制方式，在數(shù)字移動通信中已經(jīng)得到了廣泛的應用。本次設計在理解QPSK調制解調原理的基礎上應用MATLAB語言

2、來完成仿真，仿真出了QPSK的調制以及解調的仿真圖，包括已調信號的波形，解調后的信號波形，眼圖和誤碼率。在仿真的基礎上分析比較了各種調制方法的性能，并通過比較仿真模型與理論計算的性能，證明了仿真模型的可行性。關鍵字： QPSK ； 調制解調 ； MATLAB ； 分析與仿真 1 設計目的（1）鞏固和加深學生對QPSK調制解調技術的基本知識的理解和掌握；（2）掌握編程和程序調試的基本技能； （3）利用MATLAB進行基本的軟件設計，掌握軟件設計一般方法，了解軟件設計的思路；（4）掌握書寫程序設計報告的能力；（5）提高運用MATLAB解決實際問題的能力；2 設計要求（1） 掌握QPSK調制解調技術

3、，用仿真軟件設計實現(xiàn)QPSK調制解調器。（2） 深入分析各個小問題，編寫個部分程序模塊；（3） 對于設計中用到的MATLAB軟件，要聯(lián)系實際 問題進行具體介紹；（4） 上機調試，確保程序能正確運行，然后對其進行仿真；（5） 設計完成后提交課程設計報告；3 設計原理3.1 2PSK數(shù)字調制原理2PSK信號用載波相位的變化來表征被傳輸信息的狀態(tài)，通常規(guī)定0相位載波和相位載波分別表示傳“1”和傳“0”。2PSK碼元序列的波形與載頻和碼元持續(xù)時間之間的關系有關。當一個碼元中包含有整數(shù)個載波周期時，在相鄰碼元的邊界處波形是不連續(xù)的，或者說相位是不連續(xù)的。當一個碼元中包含的載波周期數(shù)比整數(shù)個周期多半個周期

4、時，則相位連續(xù)。當載波的初始相位差90時，即余弦波改為正弦波時，結果類似。以上說明，相鄰碼元的相位是否連續(xù)與相鄰碼元的初始相位是否相同不可混為一談。只有當一個碼元中包含有整數(shù)個載波周期時，相鄰碼元邊界處的相位跳變才是由調制引起的相位變化。2PSK信號的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種叫相乘法，是用二進制基帶不歸零矩形脈沖信號與載波相乘，得到相位反相的兩種碼元。第二種方法叫選擇法，是用此基帶信號控制一個開關電路，以選擇輸入信號，開關電路的輸入信號是相位相差的同頻載波。這兩種方法的復雜程度差不多，并且都可以用數(shù)字信號處理器實現(xiàn)。圖1 2PSK及2DPSK的調制方框3.2 QPSK的調制和解調四進制絕對相

5、移鍵控(QPSK)直接利用載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息。如下：圖2 QPSK信號相位n矢量圖由于每一種相位代表兩個比特信息，因此每個四進制碼元可以用兩個二進制碼元的組合來表示。兩個二進制碼元中的前一比特用a來表示，后一比特用b表示，則雙比特ab與載波相位的關系入下圖：表1 雙比特ab與載波相位的關系四進制信號可等效為兩個正交載波進行雙邊帶調制所得信號之和。這樣，就把數(shù)字調相和線性調制聯(lián)系起來，為四相波形的產(chǎn)生提供依據(jù)。（1）QPSK調制原理：QPSK的調制方法有正交調制方式（雙路二相調制合成法或直接調相法）、相位選擇法、插入脈沖法等。這里我們采用正交調制方式。QPSK的正交調制原理如圖3所

6、示：它可以看成是由兩個載波正交的2PSK調制器構成的。圖中串/并變換器將輸入的二進制序列分為速度減半的兩個并行雙極性序列a和b（a,b碼元在事件上是對齊的），再分別進行極性變換，把極性碼變?yōu)殡p極性碼（0-1，1+1）然后分別調制到cosct和sinct兩個載波上，兩路相乘器輸出的信號是相互正交的抑制載波的雙邊帶調制（DSB）信號，其相位與各路碼元的極性有關，分別由a和b碼元決定。經(jīng)相加電路后輸出兩路的合成波形，即是4PSK信號。圖中兩個乘法器，其中一個用于產(chǎn)生0與180兩種相位狀態(tài)，另一個用于產(chǎn)生90與270兩種相位狀態(tài)，相加后就可以得到45，135，225，和315四種相位圖3 4PSK正交

7、調制原理方框圖圖4 QPSK信號解調器原理方圖（2）QPSK解調原理4PSK信號是兩個載波正交的2PSK信號的合成。所以，可以仿照2PSK相干檢測法，用兩個正交的相干載波分別檢測兩個分量 a和b，然后還原成二進制雙比特串行數(shù)字信號。此法稱作極性比較法（相干解調加碼反變換器方式或相干正交解調發(fā)）在不考慮噪聲及傳輸畸變時，接收機輸入的4PSK信號碼元可表示為：yi(t)=A cos(ct+n)表2 抽樣判決器的判決準則判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負抽樣值判為0.兩路抽樣判決器輸出a、b，經(jīng)并/串變換器就可將并行數(shù)據(jù)恢復成串行數(shù)據(jù)。4 具體設計和仿真4.1 設計思路調制和解調的基本原理

8、是利用信號與系統(tǒng)的頻域分析和傅里葉變換的基本性質，將信號的頻譜進行搬移，使之滿足一定需要，從而完成信號的傳輸或處理。 QPSK數(shù)字解調包括：模數(shù)轉換、抽取或插值、匹配濾波、時鐘和載波恢復等。根據(jù)所處理基帶信號的進制不同，分為二進制和多進制，多進制與二進制相比較，其頻帶利用率更高。我們應該熟悉掌握QPSK調制解調原理，然后搜集相應的材料，根據(jù)基帶信號的進制不同，分為二進制和多進制的，首先，應該設計好二進制的，寫好二進制設計的源程序，然后在這基礎上進行設計，QPSK即為4PSK,即為四進制的，對其頻帶、位數(shù)進行綜合研究。把源程序修改好，對其進行調試，若有問題，就對其修改好，然后用MATLAB軟件對

9、其進行仿真，把波形處理好，然后截取出來。具體系統(tǒng)框圖5所示：系統(tǒng)框圖圖5 系統(tǒng)框圖4.2 源程序及其說明clearnr_data_bits=10000;nr_symbols=nr_data_bits/2;b_data = (randn(1, nr_data_bits) .5); b = (b_data);d=zeros(1,length(b)/2);for n=1:length(b)/2 p=b(2*n); imp=b(2*n-1); if (imp=0)&(p=0) d(n)=exp(j*pi/4);%45 degrees end if (imp=1)&(p=0) d(n)=exp(j*3*

10、pi/4);%135 degrees end if (imp=1)&(p=1) d(n)=exp(j*5*pi/4);%225 degrees end if (imp=0)&(p=1) d(n)=exp(j*7*pi/4);%315 degrees endendqpsk=d;SNR=0:30;%change SNR valuesBER1=;SNR1=;SER=;SER1=;sigma1=;for SNR=0:length(SNR);sigma = sqrt(10.0(-SNR/10.0);sigma=sigma/2;x=randn(1,nr_symbols); y=randn(1,nr_sym

11、bols);ray=sqrt(0.5*(x.2+y.2);mpqpsk=qpsk.*ray;mpsnqpsk=(real(mpqpsk)+sigma.*randn(size(mpqpsk)+i.*(imag(mpqpsk)+sigma.*randn(size(mpqpsk);r=mpsnqpsk;bhat=real(r)0;imag(r)0; bhat=bhat(:);bhat1=bhat;%0s and 1sne=sum(b=bhat1); BER=ne/nr_data_bits;SER=ne/nr_symbols; SER1=SER1 SER;BER1=BER1 BER;SNR1=SNR1

12、 SNR;endfigure(1);plot(d,o);%plot constellation without noiseaxis(-2 2 -2 2);grid on;xlabel(real); ylabel(imag);title(QPSK constellation);figure(2);semilogy(SNR1,BER1,*,SNR1,SER1,o);grid on; xlabel(SNR=Eb/No(dB); ylabel(BER/SER);title(Simulation of BER/SER for QPSK with Gray coding( Rayleigh multipa

13、th and AWGN);legend(BER-simulated,SER-simulated);figure(3)plot(real(qpsk);grid on;axis(1 200 -2 2);title(QPSK symbols);xlabel(symbols);ylabel(Amplitude);figure(4)plot(20*log10(abs(ray);grid on;axis(1 200 -30 10);title(Rayleigh Fading Envelope(variance=0.5);xlabel(symbols);ylabel(Amplitude/RMS(dB);5

14、設計結果及分析（1）2PSK調制解調系統(tǒng)的仿真運行結果如圖6所示：圖6 2PSK調制解調系統(tǒng)的仿真（2）QPSK調制解調系統(tǒng)的仿真運行結果如圖7所示：圖7 QPSK調制解調系統(tǒng)的仿真（3）利用MATLAB研究QPSK信號系統(tǒng)方框圖如圖8所示：圖8 系統(tǒng)方框圖運行結果如圖9、圖10、圖11所示： 圖9 系統(tǒng)仿真結果實際的傳輸系統(tǒng)不可能完全的滿足無碼間串擾傳輸條件，評價傳輸系統(tǒng)的一種定性而且簡單的方法就是觀察信號通過加有噪聲的信道后的眼圖上右圖是信號沒有通過任何的系統(tǒng)的眼圖，下面是信號通過信噪比為26dB的高斯白噪聲后的眼圖。最下面是信號通過信噪比為16dB后的眼圖。通過對比可以知道信噪比越大，信

15、號的眼圖越清晰，信噪比越小，眼圖越模糊，沒有噪聲的話，眼圖最清晰，近似線狀。眼圖不僅反映信噪比對信號的影響，而且反映信號之間串擾的大小。眼圖中改變參數(shù)設置，可以發(fā)現(xiàn)最佳判決時刻的改變。圖10 系統(tǒng)仿真結果圖11 系統(tǒng)仿真結果設計心得通過本次計算機通信課程設計，讓我在除了課本的知識之外的知識有了更好的理解，對QPSK調制解調的工作原理有了更好的理解，在設計之前，收集了很多的材料，但當真正深入設計時，卻也遇到了諸多的問題，讓我體會到了設計的要求在于系統(tǒng)性，可行性，準確性，諸多問題的出現(xiàn)給我們的設計帶來了難度，也同時是更大的一次挑戰(zhàn)，最終，在老師以及同學的幫助下，克服了種種困難，順利的完成了本次計算

16、機通信的課程設計，在此，首先要感謝學校安排此次課程設計，讓我有機會對本次課程設計能夠深入理解和設計，再次感謝老師的細心指導和改正，還有同組同學的相互團結和幫助，使我完成了本次計算機通信課程設計，使我在求學的道路上有了更多方面知識的獲得。設計過程中查閱了大量的有關QPSK調制解調設計的書籍，鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合的必要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。參考文獻1 王紫婷 電子技術實驗教程M 西南交通大學出版社 20012 王福昌 通信原理