QPSK调制解调技术的设计与仿真Word文档格式.docx
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摘要
现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。
作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。
从模拟调制到数字调制,从二进制发展到多进制调制,虽然调制的方式多种多样,但都是朝着使通信系统更高速、更可靠的方向发展。
一个系统的通信质量,很大程度上依赖于所采用的调制方式。
本次设计在理解QPSK调制解调原理的基础上应用MATLAB语言来完成仿真,仿真出了QPSK的调制以及解调的仿真图,包括已调信号的波形,解调后的信号波形,眼图和误码率。
在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能,并通过比较仿真模型与理论计算的性能,证明了仿真模型的可行性。
关键词:
QPSK;
MATLAB;
调制与解调
目录
前言 2
第一章绪论 2
1.1通信技术的发展历程 2
1.1.1通信的概念 2
1.1.2通信的发展史简介 2
1.2通信技术的发展现状和趋势 2
第二章设计原理 2
2.1调制与解调 2
2.2MPSK的介绍 2
2.3QPSK的基本原理 2
2.3.1四相相移键控 2
2.3.22PSK的实现 2
2.4QPSK的调制与解调 2
第三章QPSK调制解调系统仿真 2
3.1MATLAB/Simulink简介 2
3.22PSK调制解调系统的仿真 2
第四章仿真结果与分析 2
设计总结 2
参考文献 2
前言
当今社会已经步入信息时代,在各种信息技术中,信息的传输及通信起着支撑作用。
而对于信息的传输,数字通信已经成为重要的手段。
因此,数字信号的调制就显得非常重要。
在实际通信过程中,由于噪声的存在,要完成实际通信系统的实验研究相当困难。
近几年,随着仿真软件的日趋成熟,使得对通信系统的研究也日趋方便。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
simulink完全可以完成数字基带的仿真。
已知的ASK、FSK、PSK等,这三种数字调制方式在抗干扰噪声能力和信号频谱利用率等方面,以相干解调PSK的性能最好,本实验就是对四进制相移键控调制、解调过程的频谱和波形的分析。
实验过程首先设置实验项目和对各个模块的参数分析,通过simulink的仿真实验,主要着手于QPSK传输系统仿真,信源使用数字信号,信道使用瑞利信道,调制方法运用QPSK,终端数据要求能够比较误码率,包括噪声下的信号眼图、星座图观测,调制信号频谱测量,噪声环境下的星座图观测级误码率测量。
发现实验中实现的性能和实验中的问题,并得出传输系统的仿真,对瑞利信道的各种影响因素,分析其物理意义,并做出最后的系统性能评价。
第一章绪论
1.1通信技术的发展历程
1.1.1通信的概念
通信就是克服距离上的障碍,从一地向另一地传递和交换消息。
消息是信息源所产生的,是信息的物理表现,例如,语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。
消息有模拟消息(如语音、图像等)以及数字消息(如数据、文字等)之分。
所有消息必须在转换成电信号(通常简称为信号)后才能在通信系统中传输。
所以,信号(Signal)是传输消息的手段,信号是消息的物质载体。
相应的信号可分为模拟信号和数字信号,模拟信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是连续的(分别如图1-2-1所示),如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。
数字信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是离散的(分别如图1-2-2所示),如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。
通信的目的是传递消息,但对受信者有用的是消息中包含的有效内容,也即信息(Information)。
消息是具体的、表面的,而信息是抽象的、本质的,且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。
通信技术,特别是数字通信技术近年来发展非常迅速,它的应用越来越广泛。
通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术,它要将大量有用的信息无失真,高效率地进行传输,同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。
当今的通信不仅要有效地传递信息,而且还有储存、处理、采集及显示等功能,通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。
通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和,包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者),它的一般模型如图1.2.1所示。
图1.1通信系统一般模型
通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。
数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统,其模型如图1.2.2所示
图1.2.2数字通信系统模型
模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统,其模型如图1.2.3所示。
图1.2.3模拟通信系统模型
数字通信系统较模拟通信系统而言,具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。
因而,数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。
近二十年来,数字通信发展十分迅速,在整个通信领域中所占比重日益增长,在大多数通信系统中已代替模拟通信,成为当代通信系统的主流。
1.1.2通信的发展史简介
远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。
为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。
1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后,利用电进行通信的研究取得了长足的进步。
1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。
1876年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递,使信息的传递变的既迅速又准确,这标志着模拟通信的开始,由于它比电报更便于交流使用,所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。
1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。
20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现,使得数字通信迅速发展。
在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替,现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。
数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。
1.2通信技术的发展现状和趋势
进入20世纪以来,随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。
特别是在20世纪后半叶,随着人造地球卫星的发射,大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世,通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。
微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。
移动通信和卫星通信的出现,使人们随时随地可通信的愿望可以实现。
光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。
电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次,借助现代电信网和计算机的融合,人们将世界变成了地球村。
微电子技术的发展,使通信终端的体积越来越小,成本越来越低,范围越来越广。
例如,2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。
根据国家信息产业部的统计数据,到2005年底移动电话用户近4亿。
随着现代电子技术的发展,通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。
随着科学技术的进步,人们对通信的要求越来越高,各种技术会不断地应用于通信领域,各种新的通信业务将不断地被开发出来。
到那时人们的生活将越来越离不开通信。
第二章设计原理
2.1数字调制与解调
在数字基带传输系统中,为了使数字基带信号能够在信道中传输,要求信道应具有低通形式的传输特性。
然而,在实际信道中,大多数信道具有带通传输特性,数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。
必须用数字基带信号对载波进行调制,产生各种已调数字信号。
图1.1数字调制系统的基本结构
数字调制与模拟调制原理是相同的,一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。
但是,数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点,其取值是有限的离散状态。
这样,可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。
基本的三种数字调制方式是:
振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK或DPSK)。
2.2MPSK的介绍
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=2πn/M(n=1,2,…M)。
因此MPSK信号可表示为
S(t)=cos(ω0t+θn)=cos(ω0t+2πn/M)
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(ω0t+θn)=cosω0tΣg(t-nTs)cosθn-sinω0tΣg(t-nT)sinθn
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,这就使它的抗噪声性能变差。
2.3QPSK的基本原理
2.3.1四相相移键控
四相相移键控(QPSK)又名四进制移相键控,该信号的正弦载波有四个可能的离散相位状态,每个载波相位携带2个二进制符号,其信号的表示为
θi为正弦载波的相位,有四种可能状态:
θi为π/4、3π/4、5π/4、7π/4,此初始相位为π/4的QPSK信号的矢量图如图1所示。
图2.3QPSK信号的矢量
下面分析QPSK信号的产生。
将信号表达式进行改写
若θi为π/4、3π/4、5π/4、7π/4,,则
于是,信号表达式可写成
由此可得到QPSK调制的产生方法。
图2.3.1QPSK实现框图
由框图可见,两路2PSK信号分别调至在相互正交的载波上,这也是QPSK信号被称为正交载波调制的原因。
此外相
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- 关 键 词:
- QPSK 调制 解调 技术 设计 仿真