數(shù)字調(diào)制與解調(diào)報(bào)告

1、數(shù)字通信原理與系統(tǒng)期末考察報(bào)告 題 目: 數(shù)字調(diào)制與解調(diào) 學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào): 院系: 專業(yè): 2015 年 6 月 10 日一、 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)1、數(shù)字的調(diào)制調(diào)制是對(duì)信號(hào)源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问降倪^程。即是把基帶轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶信號(hào)而言頻率非常高的帶通信號(hào)。帶通信號(hào)叫做以調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)。調(diào)制可以通過改變調(diào)制后載波的幅度，相位或者頻率來實(shí)現(xiàn)。ASK-又稱幅移鍵控法。這種調(diào)制方式是根據(jù)信號(hào)的不同，調(diào)節(jié)正弦波的幅值。PSK-在相移鍵控中，載波相位受數(shù)字基帶信號(hào)的控制，如二進(jìn)制基帶信號(hào)為0時(shí)，載波相位為0，為1時(shí)載波相位為，載波相位和基帶信號(hào)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。FS

2、K-稱頻移鍵控法，就是用數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的頻率。QAM-又稱正交幅度調(diào)制法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)的不同，不僅載波相位發(fā)生變化，而且幅度也發(fā)生變化。QPSK-四相相移鍵控四相相移鍵控（QPSK）。又稱正交PSK，是另一種角度調(diào)制、等幅數(shù)字可調(diào)形式。采用QPSK，一個(gè)載波上可能有四個(gè)輸出相位。因?yàn)橛兴膫€(gè)不同的輸出相位。必須有四個(gè)不同的輸入條件，就要采用多余一個(gè)輸入位。用二位時(shí)有四種可能的條件：00、01、10、11.所以采用QPSK，二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)被合并成兩比特一組，稱為雙比特組。2、數(shù)字的解調(diào) 解調(diào)方式可以分成兩種:相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)需要在接收機(jī)中使用與發(fā)射機(jī)載波同頻同相的本振,而非相干解

3、調(diào)不需要獲得載波的任何信息,所以非相干解調(diào)可以大大簡(jiǎn)化接收機(jī)的硬件設(shè)計(jì)。非相干解調(diào)的性能在AWGN信道中要比相干解調(diào)差1dB甚至更多。但是非相干解調(diào)在衰減的信道中具有較好的穩(wěn)健性,其硬件實(shí)現(xiàn)也相對(duì)簡(jiǎn)單,所以在許多無線通信系統(tǒng)中,尤其在移動(dòng)無線電中非相干解調(diào)被廣泛地使用。相干解調(diào)將接收到的信號(hào)與載波相比較,直接得到絕對(duì)相位。而非相千解調(diào)不能得到絕對(duì)相位,所以需要用其它方法來檢測(cè)發(fā)射符號(hào)。ASK在現(xiàn)代無線通信中已經(jīng)不再被使用,所以非相干解調(diào)一般只是針對(duì)兩個(gè)參數(shù):瞬時(shí)頻率和相對(duì)相位,這分別對(duì)應(yīng)了鑒頻器和差分解調(diào)器。鑒頻器是針對(duì)FSK調(diào)制方式的,而差分解調(diào)器是針對(duì)PKS調(diào)制方式的。二、 QPSK調(diào)制1

4、、 QPSK系統(tǒng)框圖介紹在圖1的系統(tǒng)中，發(fā)送方，QPSK數(shù)據(jù)源采用隨機(jī)生成，信源編碼采用差分編碼，編碼后的信號(hào)經(jīng)QPSK調(diào)制器，經(jīng)由發(fā)送濾波器進(jìn)入傳輸信道。接收方，信號(hào)首先經(jīng)過相位旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)匹配濾波器解調(diào)，經(jīng)閾值比較得到未解碼的接收信號(hào)，差分譯碼后得到接收信號(hào)，與信源發(fā)送信號(hào)相比較，由此得到系統(tǒng)誤碼率，同時(shí)計(jì)算系統(tǒng)誤碼率的理論值，將系統(tǒng)值與理論值進(jìn)行比較。對(duì)于信道，這里選取的是加性高斯白噪聲（Additive White Gaussian Noise）以及多徑Rayleigh衰落信道（Multipath Rayleigh Fading Channel）。QPSK數(shù)據(jù)源差分編碼器QPSK調(diào)制器發(fā)

5、送濾波器衰減相位旋轉(zhuǎn)相位同步積分與清除符號(hào)同步器閾值比較差分譯碼器計(jì)算BER噪聲圖1 QPSK系統(tǒng)框圖2、 QPSK星座圖QPSK 信號(hào)常?？梢杂眯亲鶊D來表示，或者也可稱之為矢量圖。它表明了各個(gè)符號(hào)（用雙比特表示，即 11，00，01，10)間的幅度和相位關(guān)系，四個(gè)雙比特符號(hào)分別表示 QPSK 信號(hào)的四個(gè)相位，相鄰兩個(gè)相位之間是相互正交的。星座圖如圖2所示：圖2 QPSK星座映射圖上圖星座圖中，11，01，00，10 分別對(duì)應(yīng)于己調(diào)信號(hào)相位初始載波相位通常設(shè)為 0。在它們的相位偏移關(guān)系中，我們稱，01 對(duì) 11，00 對(duì) 01 等，相位偏移 90º；或者 00 對(duì) 11 偏 180&

6、#186; 事實(shí)上，在很多有關(guān) QPSK 芯片對(duì)相位偏移的陳述中，都是以符號(hào) 00 作為基準(zhǔn)相位來加以描述的，如表1所示：表1 00作為基準(zhǔn)的相位偏移上面的相位偏移，實(shí)際上都是對(duì)符號(hào) 00 而言的。而且我們可以看出，這樣的相位偏移，其實(shí)就是圖1 (a)所介紹的星座圖。相位偏移關(guān)系非常的重要，這對(duì)于我們實(shí)現(xiàn)自己的 QPSK 關(guān)系非常大，否則往往可能結(jié)果相反。比如前面那個(gè)例子，假如 01 對(duì) 00 偏 90º,10 對(duì) 00 偏-90º,那么它們所對(duì)應(yīng)的星座圖，將會(huì)變成圖1 (b)的樣子。3、QPSK系統(tǒng)誤碼率QPSK信號(hào)解調(diào)原理框圖如圖3所示，在QPSK體制中，由其矢量圖（圖

7、4）可以看出，因噪聲的影響使接收端解調(diào)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤判決，是由于信號(hào)矢量的相位發(fā)生偏離造成的。例如，設(shè)發(fā)送矢量的相位為，它代表基帶信號(hào)碼元“11”，若因噪聲的影響使接收矢量的相位變成，則將誤判為“01”。當(dāng)各個(gè)發(fā)送矢量以等概率出現(xiàn)時(shí)，合理的判決門限應(yīng)該設(shè)在和相鄰矢量等距離的位置。在圖中對(duì)于矢量“11”來說，判決門限應(yīng)該設(shè)在和。當(dāng)發(fā)送“11”時(shí)，接收信號(hào)矢量的相位若超出這一范圍（圖中陰影區(qū)），則將發(fā)生錯(cuò)判。設(shè)為接收矢量（包括信號(hào)和噪聲）相位的概率密度，則發(fā)生錯(cuò)誤的概率為：省略計(jì)算和Pe的繁瑣過程，直接給出計(jì)算結(jié)果：上式計(jì)算出的是QPSK信號(hào)的誤碼率。若考慮其誤比特率，正交的兩路相干解調(diào)方法和2PSK

8、中采用的解調(diào)方法一樣。所以其誤比特率的計(jì)算公式也和2PSK的誤碼率公式一樣。下面直接給出AWGN信道下QPSK的BER，SER曲線，以及信號(hào)接收端的眼圖，其中傳輸速率為256000，代碼貼在附錄中。 三、 BPSK信號(hào)的調(diào)制原理圖5 模擬調(diào)制方法 圖6 鍵控調(diào)制方法BSPK信號(hào)通常有2種調(diào)制方式，分別如圖6、7所示。在2PSK中，通常用初始相位0和p分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 式中，表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：因此，上式可以改寫為 圖7 BPSK的BER、SER眼圖四、BPSK和QPSK的分析比較在相同Es/N0下的BPSK和QPSK性能曲線圖8 相同信噪比情

9、況下BPSK、QPSK的BER曲線相同信道下，BPSK調(diào)制的系統(tǒng)誤碼率小于QPSK調(diào)制。仿真結(jié)果分析誤碼率分析由前面介紹的誤碼率內(nèi)容可以看出，QPSK判決門限為，BPSK的判決門限為。因此相同系統(tǒng)情況下的誤碼率BPSK優(yōu)于QPSK。頻帶利用率比較在傳碼率相同的情況下，四進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的信息速率是二進(jìn)制系統(tǒng)的2倍。頻帶利用率公式在相同信號(hào)速率的情況下，QPSK和BPSK系統(tǒng)的帶寬是相同的，但是由于QPSK每個(gè)信號(hào)都是四進(jìn)制的，QPSK每個(gè)信號(hào)包含2bit信息，所以比特率就是BPSK的兩倍，因而其頻帶利用率即為BPSK的兩倍。BPSK系統(tǒng)理論的頻帶利用率最大為1，但是在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中不能達(dá)到1，而

10、在QPSK系統(tǒng)中，頻帶利用率可以超過1。小結(jié)：通過本課的學(xué)習(xí)，在老師的引領(lǐng)下學(xué)習(xí)了很多知識(shí)。調(diào)制解調(diào)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中起著重要作用。調(diào)制的重要性體現(xiàn)在：將基基帶信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)；實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用及改善系統(tǒng)抗噪聲性能。而解調(diào)的重要性體現(xiàn)在：如何從帶有噪聲干擾和畸變的信道輸出信號(hào)中，恢復(fù)還原原來基帶信號(hào)。程序附錄：function qpskconstellationA(M)M=4;x=0:M-1;scatterplot(pskmod(x,M); % A方式QPSK信號(hào)grid on;returnfunction qpskconstellationB(M)M=4;x=0:M-1;

11、scatterplot(pskmod(x,M,pi/4); % B方式QPSK信號(hào)grid on;returnQPSKclear all;% Preparation part % sr=256000.0; % symbol rateml=2; % number of modulation levels (QPSK:ml=2)br=sr .* ml; % bit ratend = 1000; % number of symbols that simulates in each loopEb_N0=0:1:30;% Eb/N0nloop=500; % number of simulation lo

12、ops for i=1:length(Eb_N0) noe = 0; % number of error data nod = 0; % number of transmitted data soe = 0; % number of error symbol sos = 0; % number of transmitted symbol totalb = 0; totals = 0; for ii=1:nloop % Data Generation % data1=rand(1,nd*ml)>0.5; % QPSK Modulation % ich,qch=qpskmod(data1,n

13、d,ml); % Attenuation Calculation % spow=sum(ich.*ich+qch.*qch)/nd; attn=0.5*spow*sr/br*10.(-Eb_N0(i)/10); attn=sqrt(attn); % AWGN % ich2,qch2= qpskawgn(ich,qch,attn); % QPSK Demodulation % demodata=qpskdemod(ich2,qch2,nd,ml); % BER/SER % noe2=sum(abs(data1-demodata); nod2=length(data1); noe=noe+noe2

14、; nod=nod+nod2; totalb = totalb + noe/nod; soe = soe + qpskser(data1,demodata,ml); sos = sos + length(data1) ./ ml; totals = totals + soe/sos; end % for ii=1:nloop Avg_BER(i) = totalb/nloop; Theory(i) = (1/2) * erfc(sqrt(10.(Eb_N0(i)/10); SER(i) = totals/nloop; SNR(i) = 10*log10(10(Eb_N0(i)/10) ./ m

15、l);end % Eb_N0=0:1:10figure;clf;semilogy(SNR,Avg_BER,'b-o');title('QPSK-BER (AWGN)'); xlabel('SNR(dB)');ylabel('BER');grid on;hold on;% % semilogy(SNR,SER,'r-*'); % end %BPSK% File Name: bpsk.m clear all;sr=256000.0; % symbol rateml=1; % number of modulation l

16、evels (BPSK:ml=1)br=sr .* ml; % bit ratend = 1000; % number of symbolsnloop=1000; % number of simulation loops % Eb_N0=0:1:10; % Eb/No for i=1:length(Eb_N0) BER = 0; noe = 0; % number of error bit nod = 0; % number of transmitted bit soe = 0; % number of error symbol sos = 0; % number of transmitted

17、 symbol total = 0; for ii=1:nloop data=rand(1,nd)>0.5; data1=data.*2-1; spow=sum(data1.*data1)/nd; attn=0.5*spow*sr/br*10.(-Eb_N0(i)/10); attn=sqrt(attn); inoise=randn(1,length(data1).*attn; data2=data1+inoise; demodata=data2 > 0; noe2=sum(abs(data-demodata); nod2=length(data); noe=noe+noe2; nod=nod+nod2; total = total+ noe/nod; end % for ii=1:nloop Avg_BER(i)