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1、 . . . *实践教学 *理工大学计算机与通信学院 20XX春季学期计算机通信课程设计题目：QPSK调制解调技术的设计与仿真专业_XX：_指导成绩：摘要现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从模拟调制到数字调制,从二进制发展到多进制调制,虽然调制的方式多种多样,但都是朝着使通信系统更高速、更可靠的方向发展。一个系统的通信质量,很大程度上依赖于所采用的调制方式。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
2、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。关键词：QPSK；MATLAB；调制与解调目录前言2第一章绪论21.1 通信技术的发展历程21.1.1 通信的概念21.1.2 通信的发展史简介21.2 通信技术的发展现状和趋势2第二章设计原理22.1 调制与解调22.2 MPSK的介绍22.3 QPSK的基本原理22.3.1四相相移键控22.3.2 2PSK的实现22.4 QPSK的调制与解调2第三章 QPSK 调制解调系统仿真23.1 MATLAB/Simulink简介23.2 2PSK 调制解调系统的仿真2第四章仿真结果与分析2
3、设计总结2参考文献2前言当今社会已经步入信息时代,在各种信息技术中,信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输,数字通信已经成为重要的手段。因此,数字信号的调制就显得非常重要。在实际通信过程中,由于噪声的存在,要完成实际通信系统的实验研究相当困难。近几年,随着仿真软件的日趋成熟,使得对通信系统的研究也日趋方便。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点
4、Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。simulink完全可以完成数字基带的仿真。已知的ASK、FSK、PSK等,这三种数字调制方式在抗干扰噪声能力和信号频谱利用率等方面,以相干解调PSK的性能最好,本实验就是对四进制相移键控调制、解调过程的频谱和波形的分析。实验过程首先设置实验项目和对各个模块的参数分析,通过simulink的仿真实验,主要着手于QPSK传输系统仿真,信源使用数字信号,信道使用瑞利信道,调制方法运用QPSK,终端数据要求能够比较误码率,包括噪声下的信号眼图、星座图观测,调制信号
5、频谱测量,噪声环境下的星座图观测级误码率测量。发现实验中实现的性能和实验中的问题,并得出传输系统的仿真,对瑞利信道的各种影响因素,分析其物理意义,并做出最后的系统性能评价。第一章绪论1.1 通信技术的发展历程1.1.1 通信的概念通信就是克服距离上的障碍,从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的,是信息的物理表现,例如,语音、文字、数据、图形和图像等都是消息。消息有模拟消息如语音、图像等以及数字消息如数据、文字等之分。所有消息必须在转换成电信号通常简称为信号后才能在通信系统中传输。所以,信号Signal是传输消息的手段,信号是消息的物质载体。相应的信号可分为模拟信号和数字信号,模拟信
6、号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是连续的 ,如机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是离散的 ,如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。通信的目的是传递消息,但对受信者有用的是消息中包含的有效容,也即信息 。消息是具体的、表面的,而信息是抽象的、本质的,且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信技术,特别是数字通信技术近年来发展非常迅速,它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术,它要将大量有用的信息无失真,高效率地进行传输,同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有
7、效地传递信息,而且还有储存、处理、采集及显示等功能,通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和,包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿 ,它的一般模型如图1.2.1所示。图1.1通信系统一般模型通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统,其模型如图1.2.2所示图1.2.2 数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统,其模型如图1.2.3所示。图1.2.3 模拟通信系统模型数字通信系统较模拟通信系统而言,具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点
8、。因而,数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来,数字通信发展十分迅速,在整个通信领域中所占比重日益增长,在大多数通信系统中已代替模拟通信,成为当代通信系统的主流。1.1.2通信的发展史简介远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后,利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了,利用电信号实现了语音信号的有线传递,使信息的传递变的既迅速
9、又准确,这标志着模拟通信的开始,由于它比电报更便于交流使用,所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现,使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动在90年代中期被数字移动所代替,现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。1.2 通信技术的发展现状和趋势进入20世纪以来,随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶,随着人造地球卫星的发射,大规模集成
10、电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世,通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。移动通信和卫星通信的出现,使人们随时随地可通信的愿望可以实现。光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次,借助现代电信网和计算机的融合,人们将世界变成了地球村。微电子技术的发展,使通信终端的体积越来越小,成本越来越低,围越来越广。例如,20XX我国的移动用户首次超过了固定用户。根据国家信息产业部的统计数据,到20XX底移动用户近4亿。随着现代电子技术的发展,通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化
11、的方向发展。随着科学技术的进步,人们对通信的要求越来越高,各种技术会不断地应用于通信领域,各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。第二章设计原理2.1 数字调制与解调在数字基带传输系统中,为了使数字基带信号能够在信道中传输,要求信道应具有低通形式的传输特性。然而,在实际信道中,大多数信道具有带通传输特性,数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制,产生各种已调数字信号。图 1.1 数字调制系统的基本结构数字调制与模拟调制原理是相同的,一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是,数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点,
12、其取值是有限的离散状态。这样,可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控、移频键控和移相键控。2.2 MPSK的介绍MPSK即多进制相移键控,又称为多相制。这种键控方式是多进制键控的主要方式。在M进制的相移键控信号,用M个相位不同的载波分别代表M个不同的符号。如果载波有2n个相位,它可以代表n位二进制码元的的不同组合的码组。多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对相移键控。在MPSK信号中,载波相位有M种可能取值,qn=2n/M。因此MPSK信号可表示为S = cos = cos 若载波频率是基带信号速率的整数倍,则上式可改写为S=gco
13、s=cos0tgcosn-sin0tgsinn式中g是高度为1、宽度为Ts的矩形脉冲。式中表明,MPSK信号可等效为两个正交载波的MASK信号之和。所以,MPSK信号的带宽和MASK信号的带宽相同。因此,MPSK系统是一种高效率的信息传输方式。但是,当M的取值增加时,载波间的相位差也随之减少,这就使它的抗噪声性能变差。2.3 QPSK的基本原理2.3.1四相相移键控四相相移键控QPSK又名四进制移相键控,该信号的正弦载波有四个可能的离散相位状态,每个载波相位携带2个二进制符号,其信号的表示为i为正弦载波的相位,有四种可能状态：i为/4、3/4、5/4、7/4,此初始相位为/4的QPSK信号的矢
14、量图如图1所示。图2.3 QPSK信号的矢量下面分析QPSK信号的产生。将信号表达式进行改写若i为/4、3/4、5/4、7/4,则于是,信号表达式可写成由此可得到QPSK调制的产生方法。图2.3.1 QPSK实现框图由框图可见,两路2PSK信号分别调至在相互正交的载波上,这也是QPSK信号被称为正交载波调制的原因。此外相位的映射采用格雷映射。2.3.2 2PSK的实现数字调制技术的两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制,即把数字调制看成是模拟调制的一个特例,把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波,从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法,比如对载波的相位进行键控,便可获得相移键控PSK基本的调制方式。数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡,这两个频率同时达到正最大值,同时达到零值,同时达到负最大值,它们应处于同相状态；如果其中一个开始得迟了一点,就可能不相同了。如果一个达到正最大值时,另一个达到
