QPSK调制解调技术的设计与仿真.doc

目 录 摘要: 1 1 设计目的 2 2 设计要求 2 3 设计原理 2 3.1 2PSK数字调制原理 2 3.2 QPSK的调制和解调 3 4 具体设计和仿真 6 4.1 设计思路 6 4.2 源程序及其说明 7 5 设计结果及分析 9 设计心得 13 参考文献 14 QPSK是目前最常用的一种数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。调制技术是通信领域里非常重要的环节，一种好的调制技术不仅可以节约频谱资源而且可以提供良好的通信性能。QPSK调制是一种具有较高频带利用率和良好的抗噪声性能的调制方式，在数字移动通信中已经得到了广泛的应用。本次设计在理解QPSK调制解调原理的基础上应用MATLAB语言来完成仿真，仿真出了QPSK的调制以及解调的仿真图，包括已调信号的波形，解调后的信号波形，眼图和误码率。在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。 关键字： QPSK ； 调制解调 ； MATLAB ； 分析与仿真 1 设计目的 （1）巩固和加深学生对QPSK调制解调技术的基本知识的理解和掌握； （2）掌握编程和程序调试的基本技能； （3）利用MATLAB进行基本的软件设计，掌握软件设计一般方法，了解软件设计的思路； （4）掌握书写程序设计报告的能力； （5）提高运用MATLAB解决实际问题的能力； 2 设计要求 （1） 掌握QPSK调制解调技术，用仿真软件设计实现QPSK调制解调器。 （2） 深入分析各个小问题，编写个部分程序模块； （3） 对于设计中用到的MATLAB软件，要联系实际 问题进行具体介绍； （4） 上机调试，确保程序能正确运行，然后对其进行仿真； （5） 设计完成后提交课程设计报告； 3 设计原理 3.1 2PSK数字调制原理 2PSK信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定0相位载波和π相位载波分别表示传“1”和传“0”。 2PSK码元序列的波形与载频和码元持续时间之间的关系有关。当一个码元中包含有整数个载波周期时，在相邻码元的边界处波形是不连续的，或者说相位是不连续的。当一个码元中包含的载波周期数比整数个周期多半个周期时，则相位连续。当载波的初始相位差90°时，即余弦波改为正弦波时，结果类似。以上说明，相邻码元的相位是否连续与相邻码元的初始相位是否相同不可混为一谈。只有当一个码元中包含有整数个载波周期时，相邻码元边界处的相位跳变才是由调制引起的相位变化。 2PSK信号的产生方法主要有两种。第一种叫相乘法，是用二进制基带不归零矩形脉冲信号与载波相乘，得到相位反相的两种码元。第二种方法叫选择法，是用此基带信号控制一个开关电路，以选择输入信号，开关电路的输入信号是相位相差的同频载波。这两种方法的复杂程度差不多，并且都可以用数字信号处理器实现。 图1 2PSK及2DPSK的调制方框 3.2 QPSK的调制和解调 四进制绝对相移键控(QPSK)直接利用载波的四种不同相位来表示数字信息。如下： 图2 QPSK信号相位φn矢量图 由于每一种相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一比特用a来表示，后一比特用b表示，则双比特ab与载波相位的关系入下图： 表1 双比特ab与载波相位的关系 四进制信号可等效为两个正交载波进行双边带调制所得信号之和。这样，就把数字调相和线性调制联系起来，为四相波形的产生提供依据。 （1）QPSK调制原理： QPSK的调制方法有正交调制方式（双路二相调制合成法或直接调相法）、相位选择法、插入脉冲法等。这里我们采用正交调制方式。QPSK的正交调制原理如图3所示： 它可以看成是由两个载波正交的2PSK调制器构成的。图中串/并变换器将输入的二进制序列分为速度减半的两个并行双极性序列a和b（a,b码元在事件上是对齐的），再分别进行极性变换，把极性码变为双极性码（0→-1，1→+1）然后分别调制到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0°与180°两种相位状态，另一个用于产生90°与270°两种相位状态，相加后就可以得到45°，135°，225°，和315°四种相位 图3 4PSK正交调制原理方框图 图4 QPSK信号解调器原理方图 （2）QPSK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