qpsk调制解调技术的设计与仿真—计算机通信课程设计

qpsk调制解调技术的设计与仿真—计算机通信课程设计内容摘要：

cosωct和 sinωct 两个载波上，两路相乘器输出的信号是相互正交的抑制载波的双边带调制（ DSB）信号，其相位与各路码 元的极性有关，分别由 a 和 b 码元决定。 经相加电路后输出两路的合成波形，即是 4PSK 信号。 图中两个乘法器，其中一个用于产生 0o 与180o两种相位状态，另一个用于产生 90o与 270o两种相位状态，相加后就可以得到 45o，135o， 225o， 和 315o 四种相位 （ 2） 4PSK 解调原理 4PSK 信号是两个载波正交的 2PSK 信号的合成。 所以，可以仿照 2PSK 相干检测法，用两个正交的相干载波分别检测两个分量 a 和 b，然后还原成二进制双比特串行数字信号。 此法称作极性比较法（相干解调加码反变换器方式或相干正交解调发） 串 / 并变换 单 /双极性换 单 /双极性换 移相 π/2 载波震荡 + a cosωct sinωct + 输入 4PSK 输出 图 3 4PSK 正交调制原理方框图 b 7 在不考虑噪声及传输畸变时，接收机输入的 4PSK 信号码元可表示为 yi(t)=A cos(ωct+φn) 表 2 抽样判决器的判决准则 判决器是按极性来判决的。 即正抽样值判为 1，负抽样值判为 决器输出 a、 b，经并 /串变换器就可将并行数据恢复成串行数据。 输入相位 φn cosφn 的极性 sinφn 的极性 判决器输出 a b 45o 135 o 225 o 315 o + + + + 1 0 0 1 1 1 0 0 带通滤波器 低通滤波器 低通滤波器 抽样判决 抽样判决 位定时 并 / 串变换 正交载波源 4PSK 输入 yi(t) yB(t) cosωct sinωct yA(t) zB(t) xA(t) zA(t) xB(t) a b 图 4 4PSK 信号解调器原理方图 8 3 QPSK 调制解调系统仿真 MATLAB 软件的介绍 MATLAB 软件是美国 Math works 公司的产品 ， MATLAB 是英文 MATrix LABoratory(矩阵实验室 )的缩写。 MATLAB软件系列产品是一套高效强大的工程技术数值运算和系统仿真软件，广泛应用于当今的航空航天、汽车制造、半导体制造、电子通信、医学研究、财经研究和高等教育等领域，被誉为 “巨人肩膀上的工具 ”。 研发人员借助 MATLAB软件能迅速测试设想构想，综 合评测系统性能，快速设计更好方案来确保更高技术要求。 同时MATLAB也是国家教委重点提倡的一种计算工具。 MATLAB主要由 C语言编写而成，采用 LAPACK 为底层支持软件包。 MATLAB的编程非常简单，它有着比其他任何计算机高级语言更高的编程效率、更好的代码可读性和移植性，以致被誉为 “第四代 ”计算机语言， MATLAB是所有MathWorks公司产品的数值分析和图形基础环境。 此外 MATLAB 还拥有强大的 2D和3D甚至动态图形的绘制功能，这样用户可以更直观、更迅速的进行多种算法的比较，从中找出最好的方案。 从通信系统分析与设计、滤波器设计、信号处理、小波分析、神经网络到控制系统、模糊控制等方面来看， MATLAB提供了大量的面向专业领域的工具箱。 通过工具箱，以往需要复杂编程的算法开发任务往往只需一个函数就能实现，而且工具箱是开放的可扩展集，用户可以查看或修改其中的算法，甚至开发自己的算法。 目前， MATLAB已经广泛地应用于工程设计的各个领域，如电子、通信等领 域；它已成为国际上最流行的计算机仿真软件设计工具。 现在的 MATLAB不再仅仅是一个矩阵实验室，而是一种实用的、功能强大的、不断更新的高级计算机编程语言。 现在从电子通信、自动控制图形分析处理到航天工业、汽车工业，甚至是财务工程。 MATLAB都凭借其强大的功能获得了极大的用武之地。 广大学生可以使用 MATLAB来帮助进行信号处理、通信原理、线性系统、自动控制等课程的学习；科研工作者可以使用 MATLAB进行理论研究和算法开发；工程师可以使用 MATLAB进行系统级的设计与仿真。 9 2PSK 调制解调系统的仿真 系统方框图 图 5 运行结果如下： 图 6 10 4PSK 调制解调系统的仿真 系统框图 图 7 运行结果如下： 11 利用 MATLAB 研究 4PSK 信号 系统方框图： 图 8 运行结果如下： 12 图 9 实际的传输系统不可能完全的满足无码间串扰传输条件，评价传输系统的一种定性而且简单的方法就是观察信号通过加有噪声的信道后的眼图上右图是信号没有通过任何的系统的眼图，下面是信号通过信噪比为 26dB 的高斯白噪声后的眼图。 最下面是信号通过信噪比为 16dB 后的眼图。 通过对比可以知道信噪比越大，信号的眼图越清晰，信噪比越小，眼图越模糊，没有噪声的话，眼图最清晰，近似线状。 眼图不仅反映信噪比对信号的 影响，而且反映信号之间串扰的大小。 眼图中改变参数设置，可以发现最佳判决时刻的改变。 图 10 13 图 11 图 12 14 总结 在通信和信息传输系统、工业自动化或电子工程技术中，调制和解调应用最为广泛。 本设计研究了 2PSK 和 4PSK 的调制和解调原理，以及利用 MATLAB 对其调制和解调进行了编程和编译仿真，得到的结论和理论上是一致的。 简单而且快捷。 同时利用MATLAB 中的 SIMYULINK 对 2PSK 和 4PSK 的通信系统进行了仿真研究了其传输的特性，及传输中噪声对系统的影响。 而调制和解调的基本原理是 利用信号与系统的频域分析和傅里叶变换的基本性质，将信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处理。 调制与解调又分模拟和数字两种，在现代通信中，调制器的载波信号几乎都是正弦信号，数字基带信号通过调制器改变正弦载波信号的幅度、频率或相位，产生幅度键控（ ASK）、相位键控（ PSK）、频率键控（ FSK）信号，或同时改变正弦载波信号的几个参数，产生复合调制信号。 本课程设计主要介绍基于 Matlab 对 2PSK 和 4PSK 进制的调制仿真实现 . 本研究具有可对比性，对比 2PSK 和 4PSK 的通信原理和星座图可发 现其中的不同点，但是频谱图近似相同。 通信中信道的信噪比设置越大信噪传输越理想，与理论上是相符合的。 2PSK 和 4PSK 的传输系统也具有对比性，本研究在文中列出了仿真过程中每个元件的仿真参数的设置。 比较其中不同点我们发现其中参数基本相似。 也说明了他们的传输原理基本相同，都利用了相位的不同表示了不同的码元传输。 15 参考文献 [1]《电子技术实验教程 [M]》王紫婷 西南交大出版社 2020 [2]《通信原理》 王福昌 熊兆飞 黄本雄 清华大学出版社 2020 [3]《 MATLAB 仿真技术与应用教程》 钟麟 王峰 国防工业出版社 2020 [4]《 MATLAB 通信仿真与技术应用》刘敏 魏玲 国防工业出版社 2020 [5]《 Simulink 通信仿真开发手册》孙屹 吴磊 国防工业出版社 2020 [6]《数字通信原理与技术》（第二版） 王兴亮西安电子科技大学出版社 2020 [8]《徐炳祥 等通信原理 (第 5 版 ) 》 樊昌信 北京国防工业出版社 2020 [9]《精通 版》 张志涌。