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

實(shí)踐教學(xué)實(shí)踐教學(xué) Xxxxx 大學(xué)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院 2010 年春季學(xué)期 計(jì)算機(jī)通信課程設(shè)計(jì) 題 目 QPSK 調(diào)制解調(diào)技術(shù)的設(shè)計(jì)與仿真 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 通信工程 姓 名 lwdickey 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 張 sir 成 績(jī) 0 摘要摘要 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(jiǎn)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(yǔ)言來(lái)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(guò)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)鍵字關(guān)鍵字 QPSK 調(diào)制解調(diào) MATLAB 分析與仿真 1 目錄目錄 摘要 1 前言 1 1 緒論 2 1 1 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展 2 1 1 1 通信的概念 2 1 1 2 通信的發(fā)展史簡(jiǎn)介 2 1 2 數(shù)字調(diào)制的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 3 2 QPSK 調(diào)制解調(diào)的基本原理設(shè)計(jì) 4 2 1 2PSK 數(shù)字調(diào)制原理 4 2 2 4PSK 的調(diào)制和解調(diào) 5 3 QPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真 8 3 1MATLAB 軟件的介紹 8 3 2 2PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真 9 3 3 4PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真 10 3 4 利用 MATLAB 研究 4PSK 信號(hào) 11 總結(jié) 14 參考文獻(xiàn) 15 致謝 16 附錄 17 0 前言 信息化的社會(huì) 數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展 數(shù)字器件也廣泛的利用 數(shù)字信號(hào)的處理 技術(shù)也越來(lái)越重要 進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái) 隨著晶體管 集成電路的出現(xiàn)與普及 無(wú)線(xiàn) 通信迅速發(fā)展 特別是在20世紀(jì)后半葉 隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射 大規(guī)模集成電 路 電子計(jì)算機(jī)和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問(wèn)世 通信技術(shù)在不同方向都取得了 巨大的成功 隨著技術(shù)的進(jìn)步 特別是超大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā) 展 使得復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)得以用少量的幾塊即成電路模塊實(shí)現(xiàn) 有些硬件電路的功 能還可以用軟件代替實(shí)現(xiàn) 因此使得一些較復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)能夠容易地實(shí)現(xiàn)并投入 使用 這方面的條件使得新的更復(fù)雜的調(diào)制體制迅速地不斷涌現(xiàn) QPSK的調(diào)制與解 調(diào)具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)通信中 成為現(xiàn)代通信中一種十分 重要的調(diào)制解調(diào)方式 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 現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng) 性能越來(lái)越高 構(gòu)成越來(lái)越復(fù)雜 這就要借助于功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技 術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn) MATLAB完成仿真 它由一系列工具組成 這些工具方便用戶(hù) 使用MATLAB的函數(shù)和文件 其中許多工具采用的是圖形用戶(hù)界面 包括MATLAB 桌面和命令窗口 歷史命令窗口 編輯器和調(diào)試器 路徑搜索和用于用戶(hù)瀏覽幫助 工作空間 文件的瀏覽器 隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí) MATLAB的用戶(hù)界面也越來(lái)越精致 更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面 人機(jī)交互性更 強(qiáng) 操作更簡(jiǎn)單 而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢(xún) 幫助系統(tǒng) 極大 的方便了用戶(hù)的使用 簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng) 程序不必經(jīng)過(guò) 編譯就可以直接運(yùn)行 而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析 本設(shè) 計(jì)主要研究數(shù)字通信過(guò)程中的調(diào)制解調(diào)過(guò)程 從原理上說(shuō)受調(diào)載波可以是任意的 只要已調(diào)信號(hào)適合心動(dòng)的傳輸就可以了 但是實(shí)際上 大多數(shù)通信系統(tǒng)中 都選擇 正弦信號(hào)作為載波 這是因?yàn)檎倚盘?hào)簡(jiǎn)單 便于產(chǎn)生和接收 1 1 緒論緒論 1 1 通信技術(shù)的歷史和發(fā)展 1 1 1 通信的概念 通信就是克服距離上的障礙 從一地向另一地傳遞和交換消息 消息是信息源 所產(chǎn)生的 是信息的物理表現(xiàn) 例如 語(yǔ)音 文字 數(shù)據(jù) 圖形和圖像等都是消息 Message 消息由模擬消息 如語(yǔ)音 圖像等 以及數(shù)字消息 如數(shù)據(jù) 文字等 之分 所有消息必須在轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 通常簡(jiǎn)稱(chēng)為信號(hào) 后才能在通信系統(tǒng)中傳輸 所以 信號(hào) Signal 是傳輸消息的手段 信號(hào)是消息的物資載體 相應(yīng)的信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào)的自變量可以是連續(xù)的或 離散的 但幅度是連續(xù)的 如電話(huà)機(jī) 電視攝像機(jī)輸出的信號(hào)就是模擬信號(hào) 數(shù)字 信號(hào)的自變量可以是連續(xù)的或離散的 但幅度是離散的 如計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端 設(shè)備輸出的信號(hào)就是數(shù)字信號(hào) 數(shù)字通信系統(tǒng)較模擬通信系統(tǒng)而言 具有抗干擾能力強(qiáng) 便于加密 易于實(shí)現(xiàn) 集成化 便于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn) 因而 數(shù)字通信更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)的高要求 1 1 2 通信的發(fā)展史簡(jiǎn)介 遠(yuǎn)古時(shí)代 遠(yuǎn)距離的傳遞消息是以書(shū)信的形式來(lái)完成的 這種通信方式明顯具 有傳遞時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn) 為了在盡量短的時(shí)間內(nèi)傳遞盡量多的消息 人們不斷地嘗試 所能找到的各種最新技術(shù)手段 1837 年發(fā)明的莫爾斯電磁式電報(bào)標(biāo)志著電通信的開(kāi) 始 之后 利用電進(jìn)行通信的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步 1866 年利用海底電纜實(shí)現(xiàn)了 跨大西洋的越洋電報(bào)通信 1876 年貝耳發(fā)明了電話(huà) 利用電信號(hào)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的 有線(xiàn)傳遞 使信息的傳遞變得既迅速又準(zhǔn)確 這標(biāo)志著模擬通信的開(kāi)始 由于它比 電報(bào)更便于交流使用 所以直到 20 世紀(jì)前半葉這種采用模擬技術(shù)的電話(huà)通信技術(shù)比 電報(bào)得到了更為迅速和廣泛的發(fā)展 1937 年瑞威斯發(fā)明的脈沖編碼調(diào)制標(biāo)志數(shù)字通 信的開(kāi)始 20 世紀(jì) 60 年代以后集成電路 電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn) 使得數(shù)字通信迅速發(fā) 展 在 70 年代末在全球發(fā)展起來(lái)的模擬移動(dòng)電話(huà)在 90 年代中期被數(shù)字移動(dòng)電話(huà)所 代替 現(xiàn)有的模擬電視也正在被數(shù)字電視所代替 2 1 2 數(shù)字調(diào)制的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 進(jìn)入 20 世紀(jì)以來(lái) 隨著晶體管 集成電路的出現(xiàn)與普及 無(wú)線(xiàn)通信迅速發(fā)展 特別是在 20 世紀(jì)后半葉 隨著人造地球衛(wèi)星的發(fā)射 大規(guī)模集成電路 電子計(jì)算機(jī) 和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代技術(shù)成果的問(wèn)世 通信技術(shù)在以下幾個(gè)不同方向都取得了巨大的 成功 1 微波中繼通信使長(zhǎng)距離 大容量的通信成為了現(xiàn)實(shí) 2 移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信的出現(xiàn) 使人們隨時(shí)隨地可通信的愿望可以實(shí)現(xiàn) 3 光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)更是將通信容量提高到了以前無(wú)法想象的地步 4 電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將通信技術(shù)推上了更高的層次 借助現(xiàn)代電信網(wǎng)和計(jì)算機(jī) 的融合 人們將世界變成了地球村 5 微電子技術(shù)的發(fā)展 使通信終端的體積越來(lái)越小 成本越來(lái)越低 范圍越來(lái) 越廣 例如 2003 年我國(guó)的移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)首次超過(guò)了固定電話(huà)用戶(hù) 根據(jù)國(guó)家 信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 到 2005 年底移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)近 4 億 隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展 通信技術(shù)正向著數(shù)字化 網(wǎng)絡(luò)化 智能化和寬帶化 的方向發(fā)展 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步 人們對(duì)通信的要求越來(lái)越高 各種技術(shù)會(huì)不斷 地應(yīng)用于通信領(lǐng)域 各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái) 到那時(shí)人們的生活將 越來(lái)越離不開(kāi)通信 本文中提到的調(diào)制方式大都是可以實(shí)用的 已經(jīng)采用多年 并且至今仍然被采 用著 但是 這些調(diào)制方法還不是很完善 有許多值得改進(jìn)之處 因此 在這些基 本的數(shù)字調(diào)制方法基礎(chǔ)上 多年來(lái)不斷研究出新的或改進(jìn)的調(diào)制方法 實(shí)際上 在 基本的和先進(jìn)的調(diào)制方法之間并沒(méi)有明確的界限 這些方法都是不間斷地發(fā)展出來(lái) 的 后來(lái)者自然比原有者更先進(jìn) 此外 隨著技術(shù)的進(jìn)步 特別是超大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展 使得復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)得以用少量的幾塊即成電路模塊實(shí)現(xiàn) 有些硬件電路的功能還 可以用軟件代替實(shí)現(xiàn) 因此使得一些較復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)能夠容易地實(shí)現(xiàn)并投入使用 這方面的條件使得新的更復(fù)雜的調(diào)制體制迅速地不斷涌現(xiàn) 目前 改進(jìn)的數(shù) 字調(diào)制方式主要有偏置正交相移鍵控 4 正交差分相移鍵控 最小頻移鍵控 高 斯最小頻移鍵控 正交頻分復(fù)用 網(wǎng)格編碼調(diào)制等 這里對(duì)最小頻移鍵控作一介紹 3 2 QPSK 調(diào)制解調(diào)的基本原理設(shè)計(jì) 2 1 2PSK 數(shù)字調(diào)制原理 2PSK 信號(hào)用載波相位的變化來(lái)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(shuō)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)周期時(shí) 則相位連續(xù) 當(dāng)載波的初始相位差 90 度時(shí) 即余弦波改為正弦波時(shí) 結(jié)果類(lèi)似 以上說(shuō)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 16 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(kāi)關(guān)電路 以選擇輸入信號(hào) 開(kāi)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) 碼變換 相 乘 S t 載波 eo t 雙極性 不歸零 圖 1 2PSK 及 2DPSK 的調(diào)制方框 2 2 4PSK 的調(diào)制和解調(diào) 四進(jìn)制絕對(duì)相移鍵控 4PSK 直接利用載波的四種不同相位來(lái)表示數(shù)字信息 如 下 4 參考相位 00 0o 11 180o 01 270o 10 90o 45o 11 135o 01 00 225o 10 315o 參考相位 圖 2 4PSK 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(lái)表示 兩個(gè)二進(jìn)制碼元中的前一比特用 a 來(lái)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(xiàn)性調(diào)制聯(lián)系起來(lái) 為四相波形的產(chǎn)生提供依據(jù) 4PSK 信號(hào)調(diào)制和解調(diào) 1 4PSK 調(diào)制原理 4PSK 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 4PSK 的正交調(diào)制原理如圖 雙比特碼元 載波相位 n a b A 方式 B 方式 0 1 1 0 0 0 1 1 0o 90o 180o 270o 225o 315 o 45 o 135 o 5 串 并變 換 單 雙極性 換 單 雙極性 換 移相 2 載波震蕩 a cos ct sin ct 輸入 4PSK 輸出 圖 3 4PSK 正交調(diào)制原理方 框圖 b 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 cos ct 和 sin ct 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 0o與 180o兩種相位狀態(tài) 另一個(gè)用于產(chǎn)生 90o與 270o兩種相位狀態(tài) 相加后就可 以得到 45o 135o 225o 和 315o四種相位 2 4PSK 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(cè)法 用兩個(gè)正交的相干載波分別檢測(cè)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(chēng)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) 6 帶通 濾波 器 低通濾 波器 低通濾 波器 抽樣判 決 抽樣判 決 位定 時(shí) 并 串變 換 正交載波源 4PSK 輸入 yi t yB t cos c t sin ct yA t zB t xA t zA t xB t a b 圖 4 4PSK 信號(hào)解調(diào)器原理方圖 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(lái)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) 判決器輸出輸入相 位 n cos n 的極性 sin n 的極 性 ab 45o 135 o 225 o 315 o 1 0 0 1 1 1 0 0 7 3 QPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真 3 1MATLAB 軟件的介紹 MATLAB 軟件是美國(guó) Math works 公司的產(chǎn)品 MATLAB 是英文 MATrix LABoratory 矩陣實(shí)驗(yàn)室 的縮寫(xiě) MATLAB軟件系列產(chǎn)品是一套高效強(qiáng)大的工程技術(shù)數(shù)值運(yùn)算和系統(tǒng)仿真軟件 廣 泛應(yīng)用于當(dāng)今的航空航天 汽車(chē)制造 半導(dǎo)體制造 電子通信 醫(yī)學(xué)研究 財(cái)經(jīng)研 究和高等教育等領(lǐng)域 被譽(yù)為 巨人肩膀上的工具 研發(fā)人員借助MATLAB軟件能迅 速測(cè)試設(shè)想構(gòu)想 綜合評(píng)測(cè)系統(tǒng)性能 快速設(shè)計(jì)更好方案來(lái)確保更高技術(shù)要求 同 時(shí)MATLAB也是國(guó)家教委重點(diǎn)提倡的一種計(jì)算工具 MATLAB主要由C語(yǔ)言編寫(xiě)而成 采用LAPACK 為底層支持軟件包 MATLAB的編程非常簡(jiǎn)單 它有著比其他任何計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言更高的編程效率 更好的代碼可讀性和移植性 以致被譽(yù)為 第四代 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言 MATLAB是所有 MathWorks公司產(chǎn)品的數(shù)值分析和圖形基礎(chǔ)環(huán)境 此外MATLAB 還擁有強(qiáng)大的2D和 3D甚至動(dòng)態(tài)圖形的繪制功能 這樣用戶(hù)可以更直觀 更迅速的進(jìn)行多種算法的比較 從中找出最好的方案 從通信系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 濾波器設(shè)計(jì) 信號(hào)處理 小波分析 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到控制 系統(tǒng) 模糊控制等方面來(lái)看 MATLAB提供了大量的面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的工具箱 通過(guò) 工具箱 以往需要復(fù)雜編程的算法開(kāi)發(fā)任務(wù)往往只需一個(gè)函數(shù)就能實(shí)現(xiàn) 而且工具 箱是開(kāi)放的可擴(kuò)展集 用戶(hù)可以查看或修改其中的算法 甚至開(kāi)發(fā)自己的算法 目前 MATLAB已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域 如電子 通信等領(lǐng)域 它已成為國(guó)際上最流行的計(jì)算機(jī)仿真軟件設(shè)計(jì)工具 現(xiàn)在的MATLAB不再僅僅是一 個(gè)矩陣實(shí)驗(yàn)室 而是一種實(shí)用的 功能強(qiáng)大的 不斷更新的高級(jí)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言 現(xiàn)在從電子通信 自動(dòng)控制圖形分析處理到航天工業(yè) 汽車(chē)工業(yè) 甚至是財(cái)務(wù)工 程 MATLAB都憑借其強(qiáng)大的功能獲得了極大的用武之地 廣大學(xué)生可以使用 MATLAB來(lái)幫助進(jìn)行信號(hào)處理 通信原理 線(xiàn)性系統(tǒng) 自動(dòng)控制等課程的學(xué)習(xí) 科 研工作者可以使用MATLAB進(jìn)行理論研究和算法開(kāi)發(fā) 工程師可以使用MATLAB進(jìn) 行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)與仿真 8 3 2 2PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真 系統(tǒng)方框圖 圖 5 運(yùn)行結(jié)果如下 圖 6 9 3 3 4PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真 系統(tǒng)框圖 圖 7 運(yùn)行結(jié)果如下 10 3 4 利用 MATLAB 研究 4PSK 信號(hào) 系統(tǒng)方框圖 圖 8 運(yùn)行結(jié)果如下 11 圖 9 實(shí)際的傳輸系統(tǒng)不可能完全的滿(mǎn)足無(wú)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(jiǎn)單的方法就是觀察信號(hào)通過(guò)加有噪聲的信道后的眼圖上右圖是信號(hào)沒(méi)有通 過(guò)任何的系統(tǒng)的眼圖 下面是信號(hào)通過(guò)信噪比為 26dB 的高斯白噪聲后的眼圖 最下 面是信號(hào)通過(guò)信噪比為 16dB 后的眼圖 通過(guò)對(duì)比可以知道信噪比越大 信號(hào)的眼圖 越清晰 信噪比越小 眼圖越模糊 沒(méi)有噪聲的話(huà) 眼圖最清晰 近似線(xiàn)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 12 圖 11 圖 12 13 總結(jié) 在通信和信息傳輸系統(tǒng) 工業(yè)自動(dòng)化或電子工程技術(shù)中 調(diào)制和解調(diào)應(yīng)用最為廣 泛 本設(shè)計(jì)研究了 2PSK 和 4PSK 的調(diào)制和解調(diào)原理 以及利用 MATLAB 對(duì)其調(diào)制和解 調(diào)進(jìn)行了編程和編譯仿真 得到的結(jié)論和理論上是一致的 簡(jiǎn)單而且快捷 同時(shí)利 用 MATLAB 中的 SIMYULINK 對(duì) 2PSK 和 4PSK 的通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究了其傳輸?shù)奶?性 及傳輸中噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響 而調(diào)制和解調(diào)的基本原理是利用信號(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(mǎn)足一定需要 從而完成信號(hào)的傳輸或處理 調(diào) 制與解調(diào)又分模擬和數(shù)字兩種 在現(xiàn)代通信中 調(diào)制器的載波信號(hào)幾乎都是正弦信 號(hào) 數(shù)字基帶信號(hào)通過(guò)調(diào)制器改變正弦載波信號(hào)的幅度 頻率或相位 產(chǎn)生幅度鍵 控 ASK 相位鍵控 PSK 頻率鍵控 FSK 信號(hào) 或同時(shí)改變正弦載波信號(hào) 的幾個(gè)參數(shù) 產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號(hào) 本課程設(shè)計(jì)主要介紹基于 Matlab 對(duì) 2PSK 和 4PSK 進(jìn)制的調(diào)制仿真實(shí)現(xiàn) 本研究具有可對(duì)比性 對(duì)比 2PSK 和 4PSK 的通信原理和星座圖可發(fā)現(xiàn)其中的不同 點(diǎn) 但是頻譜圖近似相同 通信中信道的信噪比設(shè)置越大信噪傳輸越理想 與理論 上是相符合的 2PSK 和 4PSK 的傳輸系統(tǒng)也具有對(duì)比性 本研究在文中列出了仿真過(guò) 程中每個(gè)元件的仿真參數(shù)的設(shè)置 比較其中不同點(diǎn)我們發(fā)現(xiàn)其中參數(shù)基本相似 也 說(shuō)明了他們的傳輸原理基本相同 都利用了相位的不同表示了不同的碼元傳輸 14 參考文獻(xiàn) 1 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程 M 王紫婷 西南交大出版社 2001 2 通信原理 王福昌 熊兆飛 黃本雄 清華大學(xué)出版社 2006 3 MATLAB 仿真技術(shù)與應(yīng)用教程 鐘麟 王峰 國(guó)防工業(yè)出版社 2003 4 MATLAB 通信仿真與技術(shù)應(yīng)用 劉敏 魏玲 國(guó)防工業(yè)出版社 2001 5 Simulink 通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè) 孫屹 吳磊 國(guó)防工業(yè)出版社 2004 6 數(shù)字通信原理與技術(shù) 第二版 王興亮西安電子科技大學(xué)出版社 2000 8 徐炳祥等通信原理 第 5 版 樊昌信 北京國(guó)防工業(yè)出版社 2005 9 精通 MATLAB6 5 版 張志涌等 北京航空航天大學(xué)出版社 2003 10 MATLAB 通信仿真及應(yīng)用實(shí)例祥 鄧華等 解人民郵電出版社 2003 15 致謝 通過(guò)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(wèn)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(wèn)題的出現(xiàn)給我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)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(guò)程中查閱了大量的有關(guān) QPSK 調(diào)制解調(diào)設(shè)計(jì)的 書(shū)籍 鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí) 而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí) 通過(guò)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(lái) 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 再次感謝學(xué)校 感謝 張老師 感謝同學(xué) 16 附錄 MATLAB 程序程序 QPSK simulation with Gray coding and simple Rayleigh no LOS multipath and AWGN added Run from editor debug F5 JC 7 1 08 The purpose of this m file is to show a baseband simulated version of QPSK with Gray coding Rayleigh multipath and AWGN added which may give valid results still trying to figure out if this program is correct multipath so subjective when compared to theoritical simulated AWGN MPSK analysis SER and BER The simulation assumes a single channel no diversity or FEC codes other than Gray perfect system with perfect sync and no intersymbol interference The program contains no Root Raised Cosine or Raised Cosine filters as they would just add delay I hope it will be useful to others to play with and give a basic understanding of the problems encountered in the channel with various types of multipath I have provided comments notes and references for review You can also download the file sim qpskgray m under JC file for BER and SER simulation only in AWGN channel What this all proves is that you need at least 17 dB of fade margin at 10 3 BER with Rayleigh multipath when comparing only with AWGN at SNR of 7 to 8dB Of course you can lower this with antenna diversity FEC codes etc or possibly with DSSS with psuedo random codes If you have the communications toolbox 17 you can make comparisons with what it gives in it s plots see references TRANSMITTER clear randn state 0 keeps bits the same on reruns nr data bits 10000 0 s and 1 s keep even number Takes 1 minute for a run of 1 million 64000 allows bits and complex values to be shown in array editor nr symbols nr data bits 2 b data randn 1 nr data bits 5 random 0 s and 1 s b b data Map the bits to be transmitted into QPSK symbols using Gray coding The resulting QPSK symbol is complex valued where one of the two bits in each QPSK symbol affects the real part I channel of the symbol and the other bit the imaginary part Q channel Each part is subsequently modulated to form the complex valued QPSK symbol The Gray mapping resulting from the two branches are shown where one symbol error corresponds to one bit error going counterclockwise imaginary part Q channel 10 x x 00 odd bit even bit real part I channel 11 x x 01 Input b bits 0 1 to be mapped into QPSK symbols Output d complex valued QPSK symbols 0 70711 0 70711i etc 18 d zeros 1 length b 2 definition of the QPSK symbols using Gray coding for n 1 length b 2 p b 2 n imp b 2 n 1 if imp 0 45 degrees end if imp 1 135 degrees end if imp 1 225 degrees end if imp 0 315 degrees end end qpsk d SNR 0 30 change SNR values BER1 SNR1 SER SER1 sigma1 Rayleigh multipath AWGN Additive White Gaussian Noise for SNR 0 length SNR loop over SNR change SNR values 0 5 10 etc dB sigma sqrt 10 0 SNR 10 0 sigma sigma 2 Required a division by 2 to get close to exact solutions Notes WHY Is dividing by two 2 legitimate 19 sigma1 sigma1 sigma add Rayleigh multipath no LOS to signal qpsk x randn 1 nr symbols y randn 1 nr symbols ray sqrt 0 5 x 2 y 2 variance 0 5 Tracks theoritical PDF closely mpqpsk qpsk ray add noise to QPSK Gray coded signals with multipath mpsnqpsk real mpqpsk sigma randn size mpqpsk i imag mpqpsk sigma randn size mpqpsk Receiver r mpsnqpsk received signal plus noise and multipath Detector When Gray coding is configured as shown the detection process becomes fairly simple as shown A system without Gray coding requires a much more complex algorithim detection method bhat real r 0 imag r 0 detector bhat bhat bhat1 bhat 0 s and 1 s ne sum b bhat1 number of errors BER ne nr data bits SER ne nr symbols consider this to be Ps log2 4 Pb 2 Pb SER1 SER1 SER BER1 BER1 BER SNR1 SNR1 SNR end Notes Theoritical QPSK EXACT SOLUTION for several SNR Eb No points on BER SER plot Assuming Gray coding and AWGN Pb Q sqrt 2SNRbit Ps 2Q sqrt 2SNRbit 1 5Q sqrt 2SNRbit SNR 7dB SNRbit 10 7 10 5 0118 get ratio 20 Pb Q sqrt 2 SNRbit Q sqrt 10 0237 7 7116e 4 bit error rate where Q 5 erfc sqrt 10 0237 1 414 Ps 2 Q Q 2 2 7 7116e 4 7 7116e 4 2