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1、1课程设计报告题 目：多进制数字相位调制发射机仿真设计 学生姓名： 学生学号： 系 别： 专 业： 届 别： 指导教师： 2多进制数字相位调制多进制数字相位调制 MPSKMPSK 发射机仿真设计发射机仿真设计1 多进制数字相位调制发射机仿真设计的目的多进制数字相位调制发射机仿真设计的目的利用 Systemview 仿真 MPSK 发射机仿真设计，把多进制信号经过串并变换分成两路，再分别调制，最后相加输出多进制调制波形。2 多进制数字相位调制的作用意义及应用多进制数字相位调制的作用意义及应用多相相移调制是利用载波的多种不同相位差来表征输入的数字信息，是多进制移相键控。2.1 多进制数字相位调制的
2、优点多进制数字相位调制的优点(1) 抗干扰能力强，且噪声不积累。数字通系统信中传输的是离散的数字波形，接收端的目标不是就精确还原被传输的波形，而是从收到干扰的信号中判决出发送端发出的是哪一个波形。在远距离传输时，如微波中继通信，各中继站可利用数字通信特有的抽样判决再生的接收方式，时数字信号再生且信号不积累。(2) 传输差错可控。在数字通信系统中，可通过信道编码技术来警醒检错和纠错，降低误码率，提高传输质量。(3) 便于用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理，变换，存储。这种数字灵活性表现为可以将来自不同信源的信号综合到一起传输。(4) 易于集成，是通信设备微型化，重量轻。(5) 易于加密处理
3、，且保密性好。1数字式调制具有采用微处理器的模拟调制方式的所有优点，通讯链路中的任何不足均可借助于软件根除，它不仅可实现信息加密，而且通过误差校准技术，使接收到的数据更加可靠，另外借助于 DSP，还可减小分配给每个用户设备的有限带宽，频率利用率得以提高。由于频率、相位调制对噪声抑制更好，因此成为当今大多数通讯设备的首选方案。2.22.2 多进制数字相位调制的缺点多进制数字相位调制的缺点设备复杂并且需要较大的传输带宽。近年来，随着大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度和技术难度大大降低，同时高效的数据压3缩技术以及光纤等大容量传输介质的使用正在逐步使带宽问题得到解决。因此，数字传输方式日益
4、受到欢迎。22.32.3 多进制数字相位调制的应用多进制数字相位调制的应用MPSK 中的 QPSK 是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中，是多进制移相键控。数据传输，数字微波，空间通信，适合卫星广播。数字通信成为当代通信技术的主流，在无线通信中多进制相移键控越来越占据多的分量，实现方法简单，设备简单，误码率低，易于集成，使通信设备微型化，重量轻，易于加密处理，且保密性好。例如，数字卫星电视 DVB-S2 标准中，信道噪声门限低至 4. 5 dB，传输码率达到 45M baud/s，采用 QPSK 调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。在有线电视系统
5、中，卫星（大锅）输出的就是 QPSK 信号。33 MPSK 调制方法及原理调制方法及原理3.1 MPSK 调制原理调制原理4多进制相移键控时利用载波的多个相位来代表多进制符号或二进制码组，即一个相位对应一个多进制符号或者一组二进制码组。在 2PSK 信号的表示式中一个码元的载波初始相位可以为 0 或 180。所以推广到多进制时。初始相位可以取多个可能值。共有 M 种不同的取值。所以，一个 MPSK 信号码元可以表示为：(3-1)tbtatosctSkkk000ksincos)()(式中 (3-2)kkcosa(3-3)kksinb 可知，当 QPSK 码元的相位 k为 45时。(3-4)21a
6、kkb上式表明， MPSK 信号码元可以看作是由正弦和余弦两个正交分量合成的信号，这就是说，MPSK 信号码元可以看作是两个特定的 MASK 信号码载波乘法器4元之和。其幅度分别为接收信号幅度的倍，功率为接收信号功率的21(1/2)倍。因此，其带宽和 MASK 信号的带宽相同为基带波形频率的二倍。在此，主要以 M=4 为例，对 4PSK 作进一步的分析。4PSK 常被称为正交相移键控，即 QPSK。他的每个码元含有 2b 的信息，现用 ab 代表这两个比特。发送码元序列在编码时需要先将每两个比特分成一个双比特组 ab。ab 有 4 种排列，即 00,01,10,11.然后用 4 种相位之一去表
7、示每种排列。5 00110110图图 1 QPSK 信号的矢量图信号的矢量图3.2 MPSK 调制方法调制方法MPSK 调制中最常用的 4PSK 又称为 QPSK。QPSK 有多种实现方式：相位选择法，脉冲插入法，正交调制法。相位选择法如下图 2 所示， 。正交调制法是更常用的，在此我用正交调制法，QPSK 正交调制法如下图 3 所示，它可以看成由两个 BPSK 调制器构成。输入的二进制信息经由串并转换，变成两路减半的序列，然后电平转换为两路双极性信号，分别对两个正交的载波信号进行调制，相加即可得到需要的 QPSK。6 4 2341ab图图 2 相位选择法相位选择法5 /2 ItQt图图 3
8、QPSK 正交调制法正交调制法3.3 MPSK 信号的带宽及频带利用率信号的带宽及频带利用率 MPSK 信号可以看成是载波互为正交的两路 MASK 信号的叠加，因此，MPSK 信号的频带宽度应与 MASK 时的相同。即 （3-5）其中是 M 进制码元速率。此时信息速率与 MASK 相同，是 2ASK及 2PSK 的倍。也就是说，MPSK 系统的频带利用率是 2PSK 的 k 倍。7(B/Hz) （3-6）BRB4 多进制数字相位调制的仿真多进制数字相位调制的仿真4.1 SystenView 的概述的概述SystemView 是由美国 ELANIX 公司推出的基于 PC 的系统设计和仿真分析的软
9、件工具，它为用户提供了一个完整的开发设计数字信号处理（DSP）系统，通信系统，控制系统以及构造通用数字系统模型的可视化软件环境。能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真。6SystemView 以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的 Windows 窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。使用 SystemView，你只需要关心项目的设计过程和思想，而不必花大量时间去编程建立系统仿真模型。用户只需要使用鼠标点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不必学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序是否产生编程错误。8启动 SystemView 后就出现了图
10、4 所示的界面图图 4 4 第一次启动第一次启动 SystemViewSystemView 时选择版本时选择版本当设计好后再启动 SystemView 就会出现如下图的系统窗口：图图 5 运行运行 SystemView 的工作界面的工作界面74.2 多进制数字相位调制仿真结果多进制数字相位调制仿真结果表表 1 QPSK 正交调制系图符设置正交调制系图符设置9系统时间设置：采样点数为 2048，采样频率为 1000Hz，如图 6 所示10。图图 6 系统时间设置系统时间设置图符编号参数0Amp=1v,Offest=0v,Rate=10Hz,Levels=2,Phase=0deg61Ctrl Th
11、reshold=0v,Signal=t7 Output 0,Control=t3 Output 062Ctrl Threshold=0v,Signal=t7 Output 0,Control=t5 Output 063,63Amp=1v,Freq=5Hz,PulseW=1.e-3sec ,Offset=-500.e-3v,Phase=0deg65,668Amp=1v,Freq=20Hz, Phase=0deg Non-Interpolating, Delay=100.e-3sec8根据原理图建立的 QPSK 系统正交调制的 SystemView 模型如图 7 所示。图图 7 QPSK 系统正交
12、调制系统正交调制其中图符 4 为串并变换子系统，其内部结构下图 8 所示。图图 8 串串并变换子系统并变换子系统QPSK 正交相位调制系统中图符 2 的波形仿真及功率谱如下图 9 和图910 所示：图图 9 波形仿真波形仿真图图 10 功率谱功率谱10QPSK 正交相位调制系统中图符 3 的波形仿真及功率谱如下图 11 和图12 所示，图符 5 的波形仿真及功率谱和图符 3 的相同。图图 11 波形仿真波形仿真图图 12 功率谱功率谱11QPSK 正交相位调制系统中图符 10 的波形仿真及功率谱如下图 13 和图 14 所示：图图 13 波形仿真波形仿真图图 14 功率谱功率谱124.34.3
13、 多进制数字相位调制的仿真结果分析多进制数字相位调制的仿真结果分析在进行多进制数字相位调制仿真时虽然经过串并变换电路但不影响仿真结果的正确性，而图符 3 和图符 5 的波形以及功率谱密度都是相同的，两路信号分别于载波发生器相乘，最后经过加法器把两路信号相加，输出结果。而信号源选择的是 PN 伪随机码，所以每次运行时波形可能会不同，但是功率谱是不会变的。5 5 总结总结随着数字信号发展的普及，MPSK 越来越普遍。在本次实验中我们主要利用正交调制的方法仿真 MPSK 发射机仿真设计，分析仿真功率谱。在大学学习期间，大部分时间都是学习理论知识，在这次实验中要把理论运用到实践中，对于我而言有些力不从
14、心，首先是安装软件，有些小细节不注意则安装好的软件使用过程中就有些差强人意，很多关于软件的使用和参数设置只能自己慢慢的看书，查资料，老师在此期间会不定时的给我们做些指导，在这探索的过程中收获了很多。很感谢老师的教导和指点，让我了解了现今数字技术的发展方向，从而可以更好的为自己的以后做规划。13参考文献参考文献1樊昌信,曹丽娜.通信原理M.北京:国防工业出版社,2011(8):5-6.2郭云梯,等.通信原理M.西安:西安电子科技大学出版社,1995.3樊昌信,詹道庸,徐炳祥,等.通信原理M.北京:国防工业出版社,2001:216-219.4张贤达,保铮通信信号处理M.北京:国防工业出版社,2000:261-263.5和宏海.全数字 MPSK 正交调制器的实现J.无线电通信技术 2003,29(1):24-25.6李嘉,唐垒.一种基于数据辅助的 MPSK 发射机仿真设计新方法J.军事通信技术,2011,32(2):57-58.7李辉,吴争,刘进. 基于数据辅助的 MPSK 解调仿真方法J.无线电工程,2007,37(9):26-27.8姚彦,梅顺良,高葆薪.数字微波中继通信工程M.北京:人民邮电出版社,1990,8.9罗立春.物理功能与应用效果J.电子对抗,2002(03):18-22.10方继承
