《QPSK抗噪声性能干扰仿真(共21页)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《QPSK抗噪声性能干扰仿真(共21页)（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上通信系统综合设计 题目 QPSK抗噪声性能仿真 摘 要基于MATLAB的调制解调方案，包括串并转换、电平转换、载波调制、信号合成、相干解调、抽样判决，和并串转换一系列系统的设计。对QPSK的星座图和调制解调进行了仿真，并对系统性能进行了分析，进而证明QPSK调制技术的优越性。仿真QPSK系统通过AWGN信道的误符号率(SER)和误比特率(BER)，发送端采用GRAY编码映射，基带脉冲采用矩形脉冲，每个脉冲抽样点数为8。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45，135，
2、225，315，输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特，进而分析QPSK误符号率和误比特率。 关键词：QPSK 调制解调 相干解调 格雷码 MATLAB仿真 误比特率Abstract the artic
3、le will introduce the QPSK modulation and demodulation principle, then proposed one kind based on the MATLAB modulation and demodulation of the program, including the string and the conversion, conversion, carrier modulation, signal synthesis, coherent demodulation, sample sentences and string conve
4、rsion, and a series of system design, the QPSK constellation diagram and the modulation and demodulation of the simulation, and the SER&BER of the system are analyzed, and then proved the superiority of QPSK modulation technology. Keyword: QPSK Modulation and Demodulation Coherent Demodulation Gray
5、Code Matlab modulation Symbol Error Rate专心-专注-专业目 录 5566一、设计的目的和意义1.1 课题背景 在现代通信领域里，随着人民生活水平的提高，对于通信的质量及效率有着明显的要求，尤其是近几年，我国迅速步入了全民”3G”时代，通信业务需求的快速增长，高效的调制解调技术已经成为研究和发展的方向。而相移键控（PSK）是在太空计划中早期发展起来的，现广泛用于军事和商用通信系统中。QPSK是英文QuadraturePhaseShiftKeying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字方式。在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是最常用的一种卫星数字
6、信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的性、在电路上实现也较为简单。 1.2 课题研究现状 QPSK是一种利用率高、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,适合卫星广播。例如，DVB-S2 标准中，信道噪声门限低至4.5dB，码元传输率达到45MB，采用QPSK 调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。 但在2PSK信号相干解调过程中会产生180相位模糊。同样，对4PSK信号相干解调也会产生载波相位模糊问题，并且是0、90、180和270四个相位模糊。当码组0011或0110时，产生180的载波相位跳变 ，这种跳变引起包络起伏，当通过非线性部件后，使已经滤除的带外分量又
7、被恢复出来，导致频谱扩展，增加对相邻波道的干扰。为了消除180的相位跳变，在QPSK基础上提出了OQPSK。 OQPSK也称为偏移四相相移键控（offset-QPSK），是QPSK的改进型。它与QPSK有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路极性同时翻转的现象。因此，OQPSK信号相位只能跳变0、90，不会出现180的相位跳变。 1.3 研究目的和意义 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QPSK的
8、调制和解调原理，以及利用Matlab对其调制和解调进行了编译仿真，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QPSK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。OQPSK也称为偏移四相相移键控（offset-QPSK），是QPSK的改进型。它与QPSK有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路极性同时翻转的现象。因此，OQPSK信号相位只能跳变0、90，不会出现180的相位跳变。 1
9、.4 各章节分布第一章简单阐述QPSK课题的研究背景以及课题内容和整个论文的结构安排；第二章简单介绍了了QPSK调制解调的原理和方法，系统阐述了最常见的2PSK的原理和方法，最后再对他们做一个系统的比较，以便明白QPSK的优点和性能；第三章是对所用工具MATLAB做一个大概的阐述，讲解了MATLAB的发展、性能、所用于语言，以及在各个领域的应用。为后边编写程序做下准备、第四章针对此次课题QPSK的调制解调提出具体的方案，按调制和解调的步骤，一步步编写出程序，然后，利用MATLAB工具对程序做出相应的仿真，在仿真过程中加入噪声分析，最后在对它的误符号率(SER)和误比特率(BER)做一个研究；第
10、五章是对整个课程设计的总结，感悟自己在这一时间内的所学所感，对自己的努力做一个回顾，以便在今后的生活和学习中，有更进一步的提高。首先介绍了QPSK的调制解调原理，接着提出了一种基于MATLAB的调制解调方案，包括串并转换、电平转换、载波调制、信号合成、相干解调、抽样判决，和并串转换一系列系统的设计，对QPSK的发射信号和接收信号的星座图和其误符号率(SER)和误比特率(BER)进行了仿真，并对系统性能进行了分析，进而证明QPSK调制技术的优越性。二、设计原理2.1 4PSK信号的产生与解调原理介绍2.1.1 相移键控系统概述 相移键控是目前扩频系统中大量使用的调制方式，也是和扩频技术结合最成熟
11、的调制技术，原则上看是一种线性调制。从基带变换到中频以及射频，中间的频谱搬移和信号放大需要一个要求较高的线性信道，因而，设计要求较高。 相移键控系统中，有待传输的基带数字脉冲控制着载波相位的变化，从而形成振幅与频率不变，而相位取离散值变化的己调波。二进制相移键控对于二迸制相移键控BPSK(Binary Phase Shift Keying) 来说，就是二进制的数字信号0和1分别用载波的0和来表示。其表达式由公式(1-1)给出： (1-1)式中，为二进制数字， (1-2)概率为1-P概率为P四相相移键控QPSK是MPSK的一种特殊情况。它是利用载波四个不同的相位来表征数字信息的调制方式。QPSK
12、信号可以表示为： (1-3)式中，是载波的角频率，是第k个码元的载波相位取值，是一个发送码元的持续时间，它将取可能的四种相位之一，甙t)是发送码元的波形函数。是可以取区问(0，2x)任何离散值的随机变量，可取的个数由调制方式的进制来决定。在QPSK调制系统中，发送端可取的相位值为四个。将上式展开，得到： (1-4)令，则两者的取值是随机的离散值，和选定的相位有关，在星座图的映射中对应同相和正交分量，反映其在映射图中的矢量位置。对于四种相位的选择，存在/2体系和n=/4体系。/2体系对应n=0，/2，3/2四个离散值。/4体系对应n=/4，3/4，5/4，7/4四个离散值。2.1.2 QPSK信
13、号的产生四进制数字相位调制信号矢量图如图 1所示， 载波相位有0、/2、和3/2 ， 它们分别代表信息11、 01、 00和10。 图1 QPSK信号矢量图 四进制绝对移相键控利用载波的四种不同相位来表示数字信息。 由于每一种载波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表示，后一比特用b表示，则双比特ab与载波相位的关系如表所示。双比特ab与载波相位的关系：双比特码元载波下相位（）abA方式B方式01100011 0908070225315 45135图2 双比特ab与载波相位的关系 QPSK信号常用的方式产生方法有直接调相法和相
14、位选择法。相位选择法在一个码元时间间隔Ts，QPSK信号为载波四个相位中的某一个。因此，可以用相位选择法产生QPSK信号，其原理图如图 所示。图中，四相载波产生器输出QPSK信号所需的四种不同相位的载波。输入二进制数据流经串/并变换器输出双比特码元，逻辑选相电路根据输入的双比特码元，每个时间间隔Ts选择其中一种相位的载波作为输出，然后经带通滤波器滤除高频分量。图3 相位选择法产生QPSK信号（B方式）原理图如要形成A方式的QPSK信号，只需调整四相载波发生器输出的载波相位即可。直接调相法如图4所示，它可以看成由两个载波正交的2PSK调制器构成。图4 QPSK正交调制器原理图 图中， 串/并变换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行的双极性序列a和b，然后分别对cosct和sinct进行调制，相加后即可得到QPSK信号。若要产生QPSK的A方式波形，只需适当改变振荡载波相位即可。(2)加性高斯白噪声 信号在
