数字调制与解调报告Word格式.docx
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这种调制方式是根据信号的不同,调节正弦波的幅值。
PSK--在相移键控中,载波相位受数字基带信号的控制,如二进制基带信号为0时,载波相位为0,为1时载波相位为π,载波相位和基带信号有一一对应的关系。
FSK--称频移键控法,就是用数字信号去调制载波的频率。
QAM--又称正交幅度调制法。
根据数字信号的不同,不仅载波相位发生变化,而且幅度也发生变化。
QPSK-----四相相移键控
四相相移键控(QPSK)。
又称正交PSK,是另一种角度调制、等幅数字可调形式。
采用QPSK,一个载波上可能有四个输出相位。
因为有四个不同的输出相位。
必须有四个不同的输入条件,就要采用多余一个输入位。
用二位时有四种可能的条件:
00、01、10、11.所以采用QPSK,二进制输入数据被合并成两比特一组,称为双比特组。
2、数字的解调
解调方式可以分成两种:
相干解调和非相干解调。
相干解调需要在接收机中使
用与发射机载波同频同相的本振,而非相干解调不需要获得载波的任何信息,所以非相干解调可以大大简化接收机的硬件设计。
非相干解调的性能在AWGN信道中要比相干解调差1dB甚至更多。
但是非相干解调在衰减的信道中具有较好的稳健性,其硬件实现也相对简单,所以在许多无线通信系统中,尤其在移动无线电中非相干解调被广泛地使用。
相干解调将接收到的信号与载波相比较,直接得到绝对相位。
而非相千解调不能得到绝对相位,所以需要用其它方法来检测发射符号。
ASK在现代无线通信中已经不再被使用,所以非相干解调一般只是针对两个参数:
瞬时频率和相对相位,这分别对应了鉴频器和差分解调器。
鉴频器是针对FSK调制方式的,而差分解调器是针对PKS调制方式的。
二、QPSK调制
1、QPSK系统框图介绍
在图1的系统中,发送方,QPSK数据源采用随机生成,信源编码采用差分调制器,经由发送滤波器进入传输信道。
QPSK编码,编码后的信号经
接收方,信号首先经过相位旋转,再经匹配滤波器解调,经阈值比较得到未解码的接收信号,差分译码后得到接收信号,与信源发送信号相比较,由此得到系统误码率,同时计算系统误码率的理论值,将系统值与理论值进行比较。
对于信道,这里选取的是加性高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise)以及多径Rayleigh衰落信道(MultipathRayleighFadingChannel)。
调发送滤波器QPSK差分编码QPSK数据源制器衰减噪声积分与清除计算BER
差分译码器相位旋转阈值比较符号同步器相位同步系统框图图1QPSK
QPSK星座图2、
信号常常可以用星座图来表示,或者也可称之为矢量图。
它表明了各QPSK
间的幅度和相位关系,四个双比特,10),个符号(用双比特表示,即11,0001信号的四个相位,相邻两个相位之间是相互正交的。
星座QPSK符号分别表示
所示:
2图如图
QPSK星座映射图图2
分别对应于己调信号相位初始载波相位通10,00,上图星座图中,11,01
等,相位对0101对11,00常设为0。
在它们的相位偏移关系中,我们称,芯片对相位偏QPSK180o事实上,在很多有关11偏移90o;
或者00对偏1所示:
移的陈述中,都是以符号00作为基准相位来加以描述的,如表
作为基准的相位偏移00表1
而言的。
而且我们可以看出,这样00上面的相位偏移,实际上都是对符号
所介绍的星座图。
的相位偏移,其实就是图1(a)关系非常大,否QPSK相位偏移关系非常的重要,这对于我们实现自己的
偏00,10对01对00偏90o则往往可能结果相反。
比如前面那个例子,假如
的样子。
那么它们所对应的星座图,将会变成图1(b)-90o
系统误码率3、QPSK)4体制中,由其矢量图(图QPSK信号解调原理框图如图3所示,在QPSK是由于信号矢量的相位因噪声的影响使接收端解调时发生错误判决,可以看出,45,”发生偏离造成的。
例如,设发送矢量的相位为,它代表基带信号码元“11”。
当各个发送矢01,则将误判为“若因噪声的影响使接收矢量的相位变成135在图中量以等概率出现时,合理的判决门限应该设在和相邻矢量等距离的位置。
900”时,接收信号和。
当发送“对于矢量“11”来说,判决门限应该设在11?
为接收矢矢量的相位若超出这一范围(图中阴影区),则将发生错判。
设)f(量(包括信号和噪声)相位的概率密度,则发生错误的概率为:
?
2/?
df(Pe?
1?
)0?
的繁琐过程,直接给出计算结果:
和Pe省略计算)f(12]2r[1Pe?
erfc/2.
上式计算出的是QPSK信号的误码率。
若考虑其误比特率,正交的两路相干解调方法和2PSK中采用的解调方法一样。
所以其误比特率的计算公式也和2PSK的误码率公式一样。
下面直接给出AWGN信道下QPSK的BER,SER曲线,以及信号接收端的眼图,其中传输速率为256000,代码贴在附录中。
QPSK-SER(AWGN)-110
-210-310RES-410-510-610-4-202468SNR(dB)
QPSK-BER(AWGN)-110
-210R-310EB-410-510-4-202468SNR(dB)
接收信号眼图2
1.0.-0.-1-1.5-200.20.40.60.811.21.41.61.82
三、BPSK信号的调制原理
开关电路
双极(PScos)ts(不归零PSK2c?
乘法器码型变换
0移相180?
tcos)s(tc
6键控调制方法图5模拟调制方法图所示。
种调制方式,分别如图6、7信号通常有BSPK2。
因此,”分别表示二进制“1”和“0在2PSK中,通常用初始相位0和p2PSK信号的时域表达式为?
)t?
(t)?
Acos(enc2PSK?
表示第n式中,个符号的绝对相位:
n发送“0,0”时?
n?
发送“1”时,?
因此,上式可以改写为?
P概率为t,Acos?
c?
(t)e?
2PSK?
P?
cos1t,概率为?
A?
c
BPSK-SER(AWGN)-110
-210-310RES-410-510-610012345678910SNR(dB)
BPSK-BER(AWGN)-110
-21-310RE-410-510-610012345678910SNR(dB)
接收信号眼图2.5
21.510.50-0.5-1-1.5-2-2.500.20.40.60.811.21.41.61.82
图7BPSK的BER、SER眼图
四、BPSK和QPSK的分析比较
在相同Es/N0下的BPSK和QPSK性能曲线
图8相同信噪比情况下BPSK、QPSK的BER曲线
相同信道下,BPSK调制的系统误码率小于QPSK调制。
仿真结果分析
误码率分析
90,BPSK由前面介绍的误码率内容可以看出,QPSK判决门限为的判决。
因此相同系统情况下的误码率BPSK优于QPSK。
门限为180频带利用率比较
在传码率相同的情况下,四进制数字调制系统的信息速率是二进制系统的2倍。
频带利用率公式
R?
b?
BQPSK但是由于和在相同信号速率的情况下,QPSKBPSK系统的带宽是相同的,BPSK2bitQPSK每个信号包含信息,所以比特率就是每个信号都是四进制的,系统理论的频带利用率最的两倍。
BPSKBPSK的两倍,因而其频带利用率即为系统中,频带利用率可以,而在1,但是在实际的实现中不能达到1QPSK大为。
1超过
小结:
通过本课的学习,在老师的引领下学习了很多知识。
调制解调在现代通信系统中起着重要作用。
调制的重要性体现在:
将基基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号;
实现信道的多路复用及改善系统抗噪声性能。
而解调的重要性体现在:
如何从带有噪声干扰和畸变的信道输出信号中,恢复还原原来基带信号。
程序附录:
functionqpskconstellationA(M)
M=4;
x=[0:
M-1];
scatterplot(pskmod(x,M));
%A方式QPSK信号
gridon;
return
functionqpskconstellationB(M)
scatterplot(pskmod(x,M,pi/4));
%B方式QPSK信号
QPSK
;
allclear
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Preparation
part%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%symbolratesr=256000.0;
%numberofmodulationlevels(QPSK:
ml=2)ml=2;
%bitratebr=sr.*ml;
%numberofsymbolsthatsimulatesineachloopnd=1000;
%Eb/N0Eb_N0=0:
1:
30;
%numberofsimulationloopsnloop=500;
i=1:
length(Eb_N0)for
%numberoferrordatanoe=0;
%numberoftransmitteddatanod=0;
%numberoferrorsymbolsoe=0;
%numberoftransmittedsymbolsos=0;
totalb=0;
totals=0;
ii=1:
nloopfor
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Data
Generation%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
data1=rand(1,nd*ml)>
0.5;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%QPSK
Modulation%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
[ich,qch]=qpskmod(data1,nd,ml);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Attenuation
Calculation%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
spow=sum(ich.*ich+qch.*qch)/nd;
attn=0.5*spow*sr/br
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