QPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的設(shè)計(jì)與仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)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(zhì)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(diào)制解調(diào)技術(shù)的設(shè)計(jì)與仿真摘要:在數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式中QPSK是目前最常用的一種數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性、在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡單。調(diào)制技術(shù)是通信領(lǐng)域里非常重要的環(huán)節(jié)，一種好的調(diào)制技術(shù)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(diào)制是一種具有較高頻帶利用率和良好的抗噪聲性能的調(diào)制方式，在數(shù)字移動(dòng)通信中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)在理解QPSK調(diào)制解調(diào)原理的基礎(chǔ)上應(yīng)用MATLAB語言

2、來完成仿真，仿真出了QPSK的調(diào)制以及解調(diào)的仿真圖，包括已調(diào)信號(hào)的波形，解調(diào)后的信號(hào)波形，眼圖和誤碼率。在仿真的基礎(chǔ)上分析比較了各種調(diào)制方法的性能，并通過比較仿真模型與理論計(jì)算的性能，證明了仿真模型的可行性。關(guān)鍵字： QPSK ； 調(diào)制解調(diào) ； MATLAB ； 分析與仿真 1 設(shè)計(jì)目的（1）鞏固和加深學(xué)生對(duì)QPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)的基本知識(shí)的理解和掌握；（2）掌握編程和程序調(diào)試的基本技能； （3）利用MATLAB進(jìn)行基本的軟件設(shè)計(jì)，掌握軟件設(shè)計(jì)一般方法，了解軟件設(shè)計(jì)的思路；（4）掌握書寫程序設(shè)計(jì)報(bào)告的能力；（5）提高運(yùn)用MATLAB解決實(shí)際問題的能力；2 設(shè)計(jì)要求（1） 掌握QPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)

3、，用仿真軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制解調(diào)器。（2） 深入分析各個(gè)小問題，編寫個(gè)部分程序模塊；（3） 對(duì)于設(shè)計(jì)中用到的MATLAB軟件，要聯(lián)系實(shí)際 問題進(jìn)行具體介紹；（4） 上機(jī)調(diào)試，確保程序能正確運(yùn)行，然后對(duì)其進(jìn)行仿真；（5） 設(shè)計(jì)完成后提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告；3 設(shè)計(jì)原理3.1 2PSK數(shù)字調(diào)制原理2PSK信號(hào)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(shí)間之間的關(guān)系有關(guān)。當(dāng)一個(gè)碼元中包含有整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，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(dāng)一個(gè)碼元中包含的載波周期數(shù)比整數(shù)個(gè)周期多半個(gè)周期

4、時(shí)，則相位連續(xù)。當(dāng)載波的初始相位差90時(shí)，即余弦波改為正弦波時(shí)，結(jié)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(dāng)一個(gè)碼元中包含有整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，相鄰碼元邊界處的相位跳變才是由調(diào)制引起的相位變化。2PSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。第一種叫相乘法，是用二進(jìn)制基帶不歸零矩形脈沖信號(hào)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(hào)控制一個(gè)開關(guān)電路，以選擇輸入信號(hào)，開關(guān)電路的輸入信號(hào)是相位相差的同頻載波。這兩種方法的復(fù)雜程度差不多，并且都可以用數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)。圖1 2PSK及2DPSK的調(diào)制方框3.2 QPSK的調(diào)制和解調(diào)四進(jìn)制絕對(duì)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(hào)相位n矢量圖由于每一種相位代表兩個(gè)比特信息，因此每個(gè)四進(jìn)制碼元可以用兩個(gè)二進(jìn)制碼元的組合來表示。兩個(gè)二進(jìn)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(guān)系入下圖：表1 雙比特ab與載波相位的關(guān)系四進(jìn)制信號(hào)可等效為兩個(gè)正交載波進(jìn)行雙邊帶調(diào)制所得信號(hào)之和。這樣，就把數(shù)字調(diào)相和線性調(diào)制聯(lián)系起來，為四相波形的產(chǎn)生提供依據(jù)。（1）QPSK調(diào)制原理：QPSK的調(diào)制方法有正交調(diào)制方式（雙路二相調(diào)制合成法或直接調(diào)相法）、相位選擇法、插入脈沖法等。這里我們采用正交調(diào)制方式。QPSK的正交調(diào)制原理如圖3所

6、示：它可以看成是由兩個(gè)載波正交的2PSK調(diào)制器構(gòu)成的。圖中串/并變換器將輸入的二進(jìn)制序列分為速度減半的兩個(gè)并行雙極性序列a和b（a,b碼元在事件上是對(duì)齊的），再分別進(jìn)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(diào)制到cosct和sinct兩個(gè)載波上，兩路相乘器輸出的信號(hào)是相互正交的抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）信號(hào)，其相位與各路碼元的極性有關(guān)，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(hào)。圖中兩個(gè)乘法器，其中一個(gè)用于產(chǎn)生0與180兩種相位狀態(tài)，另一個(gè)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(diào)制原理方框圖圖4 QPSK信號(hào)解調(diào)器原理方圖（2）QPSK解調(diào)原理4PSK信號(hào)是兩個(gè)載波正交的2PSK信號(hào)的合成。所以，可以仿照2PSK相干檢測法，用兩個(gè)正交的相干載波分別檢測兩個(gè)分量 a和b，然后還原成二進(jìn)制雙比特串行數(shù)字信號(hào)。此法稱作極性比較法（相干解調(diào)加碼反變換器方式或相干正交解調(diào)發(fā)）在不考慮噪聲及傳輸畸變時(shí)，接收機(jī)輸入的4PSK信號(hào)碼元可表示為：yi(t)=A cos(ct+n)表2 抽樣判決器的判決準(zhǔn)則判決器是按極性來判決的。即正抽樣值判為1，負(fù)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(fù)成串行數(shù)據(jù)。4 具體設(shè)計(jì)和仿真4.1 設(shè)計(jì)思路調(diào)制和解調(diào)的基本原理

8、是利用信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析和傅里葉變換的基本性質(zhì)，將信號(hào)的頻譜進(jìn)行搬移，使之滿足一定需要，從而完成信號(hào)的傳輸或處理。 QPSK數(shù)字解調(diào)包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換、抽取或插值、匹配濾波、時(shí)鐘和載波恢復(fù)等。根據(jù)所處理基帶信號(hào)的進(jìn)制不同，分為二進(jìn)制和多進(jìn)制，多進(jìn)制與二進(jìn)制相比較，其頻帶利用率更高。我們應(yīng)該熟悉掌握QPSK調(diào)制解調(diào)原理，然后搜集相應(yīng)的材料，根據(jù)基帶信號(hào)的進(jìn)制不同，分為二進(jìn)制和多進(jìn)制的，首先，應(yīng)該設(shè)計(jì)好二進(jìn)制的，寫好二進(jìn)制設(shè)計(jì)的源程序，然后在這基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，QPSK即為4PSK,即為四進(jìn)制的，對(duì)其頻帶、位數(shù)進(jìn)行綜合研究。把源程序修改好，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，若有問題，就對(duì)其修改好，然后用MATLAB軟件對(duì)

9、其進(jìn)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(shè)計(jì)結(jié)果及分析（1）2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真運(yùn)行結(jié)果如圖6所示：圖6 2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真（2）QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真運(yùn)行結(jié)果如圖7所示：圖7 QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真（3）利用MATLAB研究QPSK信號(hào)系統(tǒng)方框圖如圖8所示：圖8 系統(tǒng)方框圖運(yùn)行結(jié)果如圖9、圖10、圖11所示： 圖9 系統(tǒng)仿真結(jié)果實(shí)際的傳輸系統(tǒng)不可能完全的滿足無碼間串?dāng)_傳輸條件，評(píng)價(jià)傳輸系統(tǒng)的一種定性而且簡單的方法就是觀察信號(hào)通過加有噪聲的信道后的眼圖上右圖是信號(hào)沒有通過任何的系統(tǒng)的眼圖，下面是信號(hào)通過信噪比為26dB的高斯白噪聲后的眼圖。最下面是信號(hào)通過信噪比為16dB后的眼圖。通過對(duì)比可以知道信噪比越大，信

15、號(hào)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(duì)信號(hào)的影響，而且反映信號(hào)之間串?dāng)_的大小。眼圖中改變參數(shù)設(shè)置，可以發(fā)現(xiàn)最佳判決時(shí)刻的改變。圖10 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖11 系統(tǒng)仿真結(jié)果設(shè)計(jì)心得通過本次計(jì)算機(jī)通信課程設(shè)計(jì)，讓我在除了課本的知識(shí)之外的知識(shí)有了更好的理解，對(duì)QPSK調(diào)制解調(diào)的工作原理有了更好的理解，在設(shè)計(jì)之前，收集了很多的材料，但當(dāng)真正深入設(shè)計(jì)時(shí)，卻也遇到了諸多的問題，讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的要求在于系統(tǒng)性，可行性，準(zhǔn)確性，諸多問題的出現(xiàn)給我們的設(shè)計(jì)帶來了難度，也同時(shí)是更大的一次挑戰(zhàn)，最終，在老師以及同學(xué)的幫助下，克服了種種困難，順利的完成了本次計(jì)算

16、機(jī)通信的課程設(shè)計(jì)，在此，首先要感謝學(xué)校安排此次課程設(shè)計(jì)，讓我有機(jī)會(huì)對(duì)本次課程設(shè)計(jì)能夠深入理解和設(shè)計(jì)，再次感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)和改正，還有同組同學(xué)的相互團(tuán)結(jié)和幫助，使我完成了本次計(jì)算機(jī)通信課程設(shè)計(jì)，使我在求學(xué)的道路上有了更多方面知識(shí)的獲得。設(shè)計(jì)過程中查閱了大量的有關(guān)QPSK調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì)的書籍，鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的必要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。參考文獻(xiàn)1 王紫婷 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程M 西南交通大學(xué)出版社 20012 王福昌 通信原理