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1、基于MATLAB的QPSK通信系统仿真设计 摘 要随着移动通信技术的发展以前在数字通信系统中采用FSKASKPSK等调制方式逐渐被许多优秀的调制技术所替代本文主要介绍了QPSK调制与解调的实现原理框图用MATLAB软件中的SIMULINK仿真功能对QPSK调制与解调这一过程如何建立仿真模型通过对仿真模型的运行得到信号在QPSK调制与解调过程中的信号时域变化图通过该软件实现方式可以大大提高设计的灵活性节约设计时间提高设计效率从而缩小硬件电路设计的工作量缩短开发周期关键词 QPSK数字通信调制解调SIMULINKAbstractAs mobile communications technology
2、 and previously in the adoption of digital cellular system ASK FSK PSK modulation etc Gradually been many excellent modulation technology substitution where four phase-shift keying QPSK technology is a wireless communications technology in a binary modulation method This article primarily describes
3、QPSK modulation and demodulation of the implementation of the principle of block diagrams focuses on the MATLAB SIMULINK software emulation in on QPSK modulation and demodulation the process how to build a simulation model through the operation of simulation model I get signal in QPSK modulation and
4、 demodulation adjustment process domain change figure The software implementation can dramatically improve the design flexibility saving design time increase efficiency design to reduce the workload of hardware circuit design and shorten the development cycleKeywords QPSK Digital Communicationmodula
5、tiondemodulationSIMULINK目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论111 选题的目的和意义112 课题研究现状113 本文主要研究工作2第 2 章 数字通信技术简介321 引言322 概念及其基本组成部分323 数字通信的特点524 数字通信发展的回顾与展望5本章小结6第3 章 数字相位调制731 数字基带传输系统732 正弦载波数字调制系统833 QPSK概述934 QPSK调制和解调10com10com10comK的调制原理11comK解调的工作原理13本章小结14第4章 QPSK调制与解调的软件实现1541 SIMULINK功能介绍1542 SIMULINK特
6、点1543 QPSK调制与解调的软件设计16comK调制与解调的软件实现16comK调制解调过程主要组件的功能1744 QPSK调制解调仿真过程及其波形图19comK调制过程及其波形图19comK解调过程及其波形图2945 QPSK调制解调仿真过程正确性的验证34本章小结35结 论36致 谢37参考文献38附录139附录241第1章 绪论11 选题的目的和意义随着经济危化的不断发展人们对通信的要求也越来越高本文主要研究MATLAB的QPOSK通信系统仿真利用MATLAB软件SUMLINK仿真实现QPSK调制方式QPSK调制系统目前正广泛地应用在无线通信领域它具有较高的频谱利用率较强的抗干扰性在
7、电路上实现也较为简单使用SUMLINK对QPSK调制解调进行模拟具体解决了二进制信息在QPSK调制过程中的串-并变换解调过程中对已调信号的滤波抽样判决并-串变换一系列问题通过利用MATLAB软件SUMLINK实现了QPSK通信系统的仿真完成了QPSK通信系统的调制解调过程的仿真实现使接收端能够准确地接收到来自发放的信息QPSK调制方式在通信工程中的应用十分广泛其误码率随信噪比的增加而减少并最终可能为零在QPSK调制方式以后还会出现进制更多的调制方式而我们着重要解决的问题也从如何提高相位谱利用率转变为如何减少误差以及提高传送速率阐述QPSK调制解调的实现过程并运用软件实现手段对信号变换过程加以分
8、析希望有所收获12 课题研究现状人类社会通信建立在信息交流的基础上通信是推动人类社会文明进步与发展的巨大动力近年来移动通信已显著的技术特点和优越性能得以迅速发展已经得到社会各界用户的广泛认同随着这个通信行业向3G时代发展的同时基带调制技术也在飞速发展目前应用的主流技术为8PSK16QAM和64QAM但在建筑物较多地形复杂的地区就必须用QPSK调制确保信噪比从而确保通信的准确性和有效性QPSK调制全称Quadrature Phase Shift Keying意为正交相移键控是一种数字调制方式QPSK是一种频谱利用率高抗干扰性强的数字调制方式它被广泛用于各种通信系统中适合卫星广播目前已经广泛用于无
9、线通信中成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式随着数字技术的飞速发展与应用数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统频带传输系统也叫数字调制系统该系统对基带信号进行调制使其频谱搬移到适合信道传输的频带上数字调制信号有称为键控信号在调制的过程中可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅频率及相位进行调制在技术和工艺进步的基础上数字通信中调制解调算法的实现已不再是一件可望不可及的事情可以说无论是通信系统的内在要求 即算法复杂性决定接收的质量还是外在条件技术和工艺都在促使通信系统的调制解调向数字化发展13 本文主要研究工作本文研究的主要内容是利用软件来实现
10、QPSK的调制与解调本次课题利用的软件是MATLAB软件SUMLINK仿真功能模块来进行对QPSK调制与解调过程的仿真其主要内容包括1研究QPSK的调制原理和解调原理2分析QPSK的调制解调过程3利用SUMULINK设计QPSK调制和解调仿真模型第 2 章 数字通信技术简介21 引言数字通信是用数字信号作为载体来传输消息或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式它可传输电报数字数据等数字信号也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号模拟信号数字化有多种方法最基本的是脉码调制 PCM 差值编码 DPCM 自适应差值编码 ADPCM 以及各种类型的增量调制数字通信的早期历史是与电报的发展联
11、系在一起的1937 年com出脉码调制 PCM 从而推动了模拟信号数字化的进程 1946年com发明增量调制1950 com出差值编码1947 年美国贝尔实验室研制出供实验用的24 路电子管脉码调制装置证实了实现PCM 的可行性1953 年发明了不用编码管的反馈比较型编码器扩大了输入信号的动态范围1962 年美国研制出晶体管24 路1544兆比秒脉码调制设备并在市话网局间使用数字通信与模拟通信相比具有明显的优点它抗干扰能力强通信质量不受距离的影响能适应各种通信业务的要求便于采用大规模集成电路便于实现保密通信和计算机管理不足之处是占用的信道频带较宽20 世纪90 年代数字通信向超高速大容量长距离
12、方向发展高效编码技术日益成熟语声编码已走向实用化新的数字化智能终端将进一步发展22 概念及其基本组成部分数字通信是用数字信号作为载体来传输消息或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式它可传输电报数字数据等数字信号也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号图2-1显示了一个数字通信系统的功能性框图和基本组成部分信源输出的可以是模拟信号如音频或视频信号在数字通信中由信源产生的信息变换成二进制数字序列理论上应当用尽可能少的二进制数字表示信源输出消息换句话说我们要寻求一种信源输出的有效表示方法使其很少产生或不产生冗余将模拟或数字信源的输出有效地变成二进制序列的处理过程成为信源编码或信源码 图
13、2-1 数字通信系统基本组成部分由信源编码器输出的二进制序列成为信息序列它被传送到信道编码器信道编码器的目的是在二进制信息序列中以受控的方式引入一些冗余以便于在接收机中来克服信号在信道中传输所受的噪声和干扰的影响因此所增加的冗余是用来提高接收数据的可靠性以及改善接收信号的逼真度事实上信息序列中的冗余有助于接收机译出期望的信息序列信道编码器输出的二进制序列送至数字调制器它是通信信道的接口因为在实际中遇到的几乎所有的通信信道都能够给传输电信号波形所以数字调制的主要目的是将二进制信息序列映射成信号波形通信信道是用来将发送机的信号发送给接收机的物理媒质在无线传输中信道可以是大气另一方面电话信道通常使用
14、各种各样的物理媒质包括有线线路光缆和无线等无论用什么物理媒质来传输信息其基本特点是发送信号随机地受到各种可能机理的恶化在数字通信系统的接收端数字解调器对受到信道恶化的发送波形进行处理并将该波形还原成一个数的序列该序列表示发送数据符号的估计值这个数的序列被送至信道编码器它根据信道编码器所用的关于码的知识及接收数据所含的冗余度重构初始的信息序列解调器和译码器工作性能好坏的一个度量是译码序列忠发生差错的频度更准确地说在译码器输出端的平均比特错误概率是解调器-译码器组合性能的一个量度作为最后一步需要模拟输出时信源译码器从信道译码器接收其输出序列并根据所采用的信源编码方法的有关知识重构由信源发出的原始信
15、号由于信道译码的差错以及信源编码器可能引入失真在信源译码器输出端的信号只是原始信源输出的一个近似在原始信号与重构信号之间的信号差或信号差的函数就是数字通信系统引入失真的一个量度23 数字通信的特点与模拟系统相比数字通信具有以下特点1 数字通信与模拟通信相比具有明显的优点它抗干扰能力强无噪声积累通信质量不受距离的影响能适应各种通信业务的要求便于采用大规模集成电路便于实现保密通信和计算机管理不足之处是占用的信道频带较宽2 便于加密处理3 采用时分复用实现多路通信4 设备便于集成化小型化5 占用频带较宽24 数字通信发展的回顾与展望回望过去最早的电通信形式即电报是一个数字通信系统电报由S博多莫尔斯
16、Samuel Morse 研制并在1837 年进行了演示实验莫尔斯设计出一种可变长度的二进制码其中英文字母用点划线的序列表示在这种码中较频率发生的字母用码字表示不常发生的字母用较长的码字表示因此莫尔斯码是可变长度信源编码方法的先驱虽然莫尔斯在研制第一个电的数字通信系统中起了重要的作用但是现在我们所指的现代数字通信系统起源于奈奎斯特 Linguist1924 的研究奈奎斯特研究在给定带宽的电报信道上无符号间干扰的最大信号传输速率他用公式表达了一个电报系统的模型鉴于奈奎斯特的研究工作哈特利 Hart ley1928 研究了当采用多幅度电平时在带限信道上能可靠地传输数据的问题哈特莱假定接收机能可靠地
17、估计接收信号幅度在某个准确度上这个研究使得哈特莱得出了关于带限信道可靠通信最大数据速率的结论在通信的发展中吗另一个有重大意义的是维纳 Winner1942 的研究他研究了在加性噪声n t 存在的情况下根据对接收信号的观测来估计期望的信号波形s t 的问题这个问题出现在信号调制中维纳得出一个线性滤波器其输出是对期望信号s t 最好的均方近似这个滤波器成为最佳线性滤波器哈特莱和奈奎斯特的关于数字信息最大传输速率的研究成果是香农 Shannon1948ab 研究工作的先导香农奠定了信息传输的数字基础并导出了对数字通信系统的基本限制香农在他的开拓性研究中采用了信息源和通信信道的概率模型以统计术语将可靠
18、的信息传输基本问题表示成公式根据这些统计的公式表示他对信源的信息含量采用了对数的量度他也证明了发送机的功率限制带宽限制和加性噪声的影响可以和信道联系起来合并成一个单一的参数成为信道容量因此香农建立了对信息通信的基本的限制并开创了个新的领域现在我们称之为信息论本章小结本章介绍了数字通信发展的回望与展望介绍解数字通信技术初步了解数字通信系统基本组成部分和它的特点对后续工作有初步的认知第3 章 数字相位调制31 数字基带传输系统从消息传输的角度看一个数字通信系统包括两个重要的变换即消息与数字基带信号之间的变换数字基带信号与信道信号之间的变换通常前一个变换由发收终端设备来完成它把无论是离散的还是连续的
19、消息转换成数字的基带信号而后一变换则由调制和解调器完成在数字通信中有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输例如在市内利用电传机直接进行电报通信或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM信号等这种不用载波调制解调装置而直接传送基带信号的系统我们称它为基带传输系统它的基本结构如下干扰 图3-1 基带传输系统图3-1信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号信道可以是允许基带信号通过的媒质例如能够通过从直流到高频的有线线路接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号与此对应我们把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传
20、输系统如图3-2所示干扰 基带脉冲 基带脉冲 输入 输出 图3-2 频带传输系统的基本结构虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛但是对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的第一即使在频带传输制里也同样存在基带传输问题也就是说基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题第二随着数字通信技术的发展基带传输这种方式也有迅速发展的趋势目前它不仅用于低速数据传输而且还用于高速数据传输第三理论上也可以证明任何一个采用线形调制的频带传输系统总是可以由一个等效的基带传输系统所替代32 正弦载波数字调制系统上面我们简单的提了一下数字基带传输系统然而实际通信中不少信道都不能直接传送基带
21、信号必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制使载波的这些参量随基带信号的变化而变化即所谓正弦载波调制下面我们将以QPSK为主讨论以正弦波作为载波的数字调制系统从原理上来说受调载波的波形可以是任意的只要已调信号适合于信道传输就可以了但实际上在大多数数字通信系统中都选择正弦信号作为载波这是因为正弦信号形式简单便于产生及接收和模拟调制一样数字调制也有调幅调频和调相三种基本形式并可以派生出多种其他形式数字调制与模拟调制相比其原理并没有什么区别不过模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制在接收端则对载波信号的调制参量连续地进行估值而数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息在接收端也只要对载
22、波信号的离散调制参量进行检测根据已调信号的频谱结构特点的不同数字调制也可分为线形调制和非线形调制在线形调制中已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同只不过频率位置搬移了在非线形调制中已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同不是简单的频谱搬移而是有其他新的频率成分出现振幅键控属于线形调制而移频键控常属于非线形调制我们主要讨论的是多进制的相位调制因此先来看看与二进制数字调制相比它有哪些特点1在相同的码元传输速率下多进制系统的信息传输速率显然比制系统的高四进制系统的信息速率是二进制系统的两倍2 在相同的信息速率下由于多进制码元传输速率比二进制的低因而多进制信号码元的持续时间要比二进制的长显然增大
23、码元宽度就会增加码元的能量并能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响33 QPSK概述QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称意为正交相移键控是一种数字调制方式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 45135225调制器输入的数据是二进制数字序列为了能和四进制的载波相位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00011011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
24、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载波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 在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是目前最常用的一种卫星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 在HFC网络架构中从用户线缆调制解调器发往上行通道的数据采用QPSK方式调制并用TDMA方式复用到上行通道 在有线电视系统中卫星大锅输出的就是QPSK信号在实际的调谐解调电路中采用的是非相干载波解调本振信号与发射端的载波信号存在频率偏差和相位抖动因而解调出来的模拟IQ基带信号是带有载波误
25、差的信号这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大因此数字QPSK解调电路要对载波误差进行补减少非相干载波解调带来的影响此外ADC的取样时钟也不是从信号中提取的当取样时钟与输入的数据不同步时取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高误码率就高因此在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟来校正固定取样带来的样点误差并且准确的位定时信息可为数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟校正办法是由定时恢复和载波恢复模块通过某种算法产生定时和载波误差插值或抽取器在定时和载波误差信号的控制下对AD
26、转换后的取样值进行抽取或插值滤波得到信号在最佳取样点的值不同芯片采用的算法不尽相同例如可以采用据辅助法 DA 载波相位和定时相位联合估计的最大似然算法34 QPSK调制和解调com在无线电通信系统中为实现电信号的传输需要将待传送信号的频谱搬移到较高的频率范围这种频谱的搬移称为信号的调制 需要调制的原因有两方面一方面由电磁波辐射理论可知只有当发射天线的尺寸等于信号波长的110或更大些新号才能有效的通过天线发射出去因为声音图像等形成的电信号的频率很低所以需要的天线尺寸应达到几十公里甚至几百公里这显然是不可行的另一方面即使能把低频信号发射出去也会造成各种低频信号的相互干扰无法接受 利用调制过程将每一
27、个信号的频谱搬移到互不重叠的频率范围使接受信号时不致相互干扰这个问题的解决使得在一个信道中可以传输多个信号即实现了信道的频分多路复用 调制通常是由低频信号又称调制信号去控制一个高频振荡的振幅频率或初相位等参数之中的任意一个来达到的分别称为幅度调制频率调制和相位调制频率调制和相位调制又称角度调制 图3-3所示为幅度调制AM系统其中为调制信号亦即待传输或处理的信号 称为载波信号为载波频率因此由此系统输出的响应为 图3-3 幅度调制系统可见是一个幅度随变化的振荡信号故称为调幅信号com由已调制高频信号恢复原调制信号的过程称为解调图3-4所示为调幅信号的解调系统其中称本地载波信号它与原调幅的载波信号同
28、频率同相位可见该系统是把接收到的调幅信号经本地载波信号在调制即图3-4 调幅信号的解调系统两端取傅立叶变换得由的频谱可知其中有原信号的全部信息此外还有附加的高频分量当通过理想低通滤波器时只要使滤波器幅度为2截止频率满足由输出响应达到恢复调制信号完成解调的目的comK的调制原理在QPSK调制中QPSK信号可以看作两个载波正交的2PSK调制器构成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然后分别对sint和cost调制相加后得到QPSK调制信号其调制过程如图3-5所示 输入 输出图3-5 QPSK相干调制框图原理分析QPSK与二进制PSK一样传输信号包含的信息都存在于相位中的别
29、的载波相位取四个等间隔值之一如4 3454和74相应的可将发射信号定义为 0tTSit 0 其他其中i1224E为发射信号的每个符号的能量T为符号持续时间载波频率f等于NCTNC为固定整数每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组例如可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组10000111下面介绍QPSK信号的产生和检测如果为典型的QPSK发射机框图输入的二进制数据序列首先被不归零NRZ电平编码转换器转换为极性形式即负号1和0分别用和表示接着该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形这两个二进制波形分别用a1t和a2t表示容易注意到在任何一信号时间间隔
30、内a1t和a2t的幅度恰好分别等于Si1和 Si2即由发送的二位组决定这两个二进制波形a1t和a2t被用来调制一对正交载波或者说正交基本函数1t2t这样就得到一对二进制PSK信号1t和2t的正交性使这两个信号可以被独立地检测最后将这两个二进制PSK信号相加从而得期望的QPSKcomK解调的工作原理QPSK信号是两个正交的2PSK信号的合成所以可仿照2PSK信号的相平解调法用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量然后还原成串行二进制数字信号即可完成原理图如图3-6所示 输入 输出图3-6 QPSK相干解调框图原理分析QPSK接收机由一对共输入地相关器组成这两个相关器分别提供本地产生地相干参考信
31、号1t和2t相关器接收信号xt相关器输出地x1和x2被用来与门限值0进行比较如果x1 0则判决同相信道地输出为符号1如果x1 0 则判决同相信道的输出为符号0类似地如果正交通道也是如此判决输出最后同相信道和正交信道输出这两个二进制数据序列被复加器合并重新得到原始的二进制序列在AWGN信道中判决结果具有最小的负号差错概率本章小结 本章主要介绍QPSK的调制和解调原理第一节介绍了数字基带传输系统第二节介绍了数字载波调制系统第三节介绍了QPSK的概述第四节介绍了QPSK的调制和解调并详细介绍了QPSK调制解调原理第4章 QPSK调制与解调的软件实现41 SIMULINK功能介绍Simulink是MA
32、TLAB中的一种可视化仿真工具 是一种基于MATLAB的框图设计环境是实现动态系统建模仿真和分析的一个软件包被广泛应用于线性系统非线性系统数字控制及数字信号处理的建模和仿真中Simulink可以用连续采样时间离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模它也支持多速率系统也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率为了创建动态系统模型Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口 GUI 这个创建过程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Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿
33、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Simulink42 SIMULINK特点1 丰富的可扩充的预定义模块库 2 交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 3 以设计功能的层次性来分割模型实现对复杂设计的管理 4 通过Model Explorer 导航创建配置搜索模型中的任意信号参数属性生成模型代码 5 提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成 6 使用Embedded MATLAB 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法 7 使用定步长或变步长运行仿真根据仿真模式 NormalAcceleratorRapid Accelerator 来
34、决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型 8 图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果诊断设计的性能和异常行为 9 可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化定制建模环境定义信号参数和测试数据 10 模型分析和诊断工具来保证模型的一致性确定模型中的错误43 QPSK调制与解调的软件设计comK调制与解调的软件实现本课题采用MATLAB自带的SIMULINK来设计QPSK调制与解调的仿真过程仿真如图4-1所示图4-1 QPSK调制与解调simulink实现过程如图4-1所示上半部分是QPSK调制的过程是将二进制伯努利随即信号调制成为QPSK信号而下半部分是其解调过程是将上半部分的QPS
35、K已调信号进行解调comK调制解调过程主要组件的功能1串并传换器图4-2 串并转换器功能此模块组是实现将一路串信号转按照奇数位输出一路信号然后按照偶数位输出另一路信号即所谓的串并传换器2 单极性信号转双极性信号模块组图4-3 单极性信号转双极性信号模块组功能此模块组是实现将单极性伯努利二进制随机信号转换成双极性信号 3 正弦相干载波产生器图4- 正弦相干载波产生器功能此模块组是实现给输入的信号加相干正弦载波4 抽样判决器图4-5 抽样判决器功能此模块组是实现对输出信号进行抽样判决的作用5并转换图4-6 并串转换器功能此模块组是实现将奇数位信号和偶数位信号合并成一路串信号即所谓的并串转换器44
36、QPSK调制解调仿真过程及其波形图comK调制过程及其波形图本课题QPSK调制解调过程的信号源选定为伯努利二进制随机信号其参数如图4-所示波形如图4-所示图4- 伯努利二进制信号发生器参数图4- 输入数字信号序列对输入基带数字信号有串并变换电路分为两个并行序列分别如下图4-和图4-所示其中图4- 中是输入序列的奇数序列图4-是实序列的偶数序列图4- 经过串并转换的序列图4- 经过串并转换的序列随后两路信号分别经过单双极性转换器将此前的单极性信号转换为双极性信号其两路转换后相对应的波形如图4-和图4-所示图4- 经过单双极性转换后的序列图4- 经过单双极性转换后的信号所加相干载波的波形分别为4-
37、和4-所示图4-0相位正弦载波信号图4- 相位正弦载波信号-此时经过双极性转换的信号一路与相位为0的正弦载波相干另一路则与相位为的正弦载波相干信号相干后的波形如图分别为图4-和图4-1所示图4-1 经载波相干后的信号图4-1经载波相干后的信号其中与信号相干的0相位正弦载波和相位正弦载波的参数分别如图4-1和图4-1所示图4-1 0相位相干正弦载波参数图4-1 相位相干正弦载波参数相干后的两路信号在经过一个相加模块就得到了QPSK信号经调制后的QPSK信号如图4-1所示图4-1 经调制后的QPSK信号comK解调过程及其波形图QPSK信号通过加两路相位分别为0和的正弦载波进行相干解调解调后信号的
38、波形分别如图4-和4-所示图4- 0相位载波相干后信号图4- 相位载波相干后信号经过载波相干后的信号通过低通滤波器进行低通滤波处理其低通滤波后的信号的波形分别如图4-和4-所示图4- 低通滤波后的信号图4- 低通滤波后的信号此时信号经过抽样判决后将模拟信号转换为数字信号序列经抽样判决后信号的波形分别如图4-和4-所示图4- 经抽样判决后信号图4-2 经抽样判决后信号然后将这两路双极性信号转换成单极性二进制信号转换后的单极性二进制信号分别如图4-2和4-2所示图4-2 经极性转换后的信号图4-2经极性转换后的信号最后通过并串转换器将信号放置其奇数位将另信号放置其偶数位转换成一路二进制单极性信号此
39、时的信号即是QPSK信号解调后最终的信号信号的解调信号如图4-2所示图4-2 信号的解调信号45 QPSK调制解调仿真过程正确性的验证为了最后能够更好的验证此次课题的正确性本人将QPSK调制与解调过程放置于一个系统中所以从理论上来说信号源发送的伯努利二进制随机信号经过调制之后再经过解调结果得到信号应该与信号源发送的伯努利二进制随机信号相一致经验证解调后的波形和调制前的波形是相一致波形如图4-所示图4-2发送信号与调制解调后信号由图4-2可见解调后的波形和调制前的波形是一致的其调制解调过程中会有一定的延迟因此可以证明此次QPSK调制解调的SIMULINK实现过程是正确的本章小结 本章主要介绍了Q
40、PSK调制和解调的软件实现第一节介绍了SIMULINK的功能第二节介绍SIMULINK特点第三节介绍了QPSK调制和解调的软件实现第四节介绍了QPSK仿真过程及波形图第五节介绍了QPSK调制解调仿真波形图正确性结 论 经过了两个多月的学习和工作我终于完成了QPSK调制与解调的软件实现的论文从开始接到论文题目到系统的实现再到论文文章的完成每走一步对我来说都是新的尝试与挑战这也是我在大学期间独立完成的最大的项目在这段时间里我学到了很多知识也有很多感受从对MATLAB与SIMULINK等相关软件很不了解的状态我开始了独立的学习和试验老师提供了一部分资料然后自己上网上搜集相关资料在查看相关的资料和书籍
41、让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰使自己非常稚嫩作品一步步完善起来每一次改进都是我学习的收获每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间从中我也充分认识到了现代通信技术的神奇与魅力通信事业日新月异通信系统的设计也会越来越复杂通信过程通过计算机的仿真可以大大的降低实验成本本文通过SIMULINK对QPSK通信系统的发射和接收过程的具体实现进行了模拟仿真对于理解QPSK系统的性能并在系统上作进一步的设计提供了极大的便利通过利用MATLAB对QPSK进行模拟可以更好的了解QPSK系统的工作原理致 谢论文得以顺利完成要感谢的人实在太多了首先要衷心地感谢我的指导老师张雅彬老师您严谨的治学态度开阔的思维循循善诱的指
42、导一直给我很大的帮助当我对论文的思路感到迷茫时您为我理清思路指导我往一条比较清晰的思路上进行修改在论文的不断修改中我也努力做到及时积极地跟张老师交流因为我觉得这样可以使得我的论文更加完善在这里还要深深的对您说上一句感谢师恩伟大无以回报然后还要感谢所有在大学期间传授我知识的老师每一位老师的悉心教导都是我完成这篇论文的基础还要感谢的是我的父母和朋友我永远都不会忘记你们的良苦用心和一如既往的支持与鼓励四年来快乐的事情因为有你们的分享而更快乐失意的日子因为有你们的关怀能忘却伤痛坚强前行无论我成功与否你们总以鼓励的言语告诉我很棒谢谢你们我会继续努力最后还要感谢答辩老师能够在百忙之中为我们答辩衷心地感谢为
43、评阅本论文而付出的宝贵时间和辛勤劳动参考文献1 樊昌信 曹丽娜编著通信原理国防工业出版社2009年1月2 张志涌 杨祖樱编著MATLAB教程北京航空航天大学出版社2006年 9月3 张肃文编著高频电子线路高等教育出版社2008年2月4 周建兴等编著MATLAB从入门到精通人民邮电出版社2008年1月5 王正林等编著MATLABsimulink与控制系统仿真电子工业出版社 2008年7月6 曹志刚 钱亚生编著现代通信原理清华大学出版社2008年03月7 张辉 曹丽娜编著现代通信原理与技术西安电子科技大学出版社 2008年07月8 刘颖编著数字通信原理与技术北京邮电大学出版社1999年10月9 黄
44、智伟编著调制解调器电路设计西安电子科技大学出版社2009年 04月10 啜钢等编著移动通信原理与系统北京邮电大学出版社2005年09 月11 王华奎等编著移动通信原理与技术清华大学出版社2009年01 月12 蒋青 于秀兰编著通信原理学习指导人民邮电出版社2007年05 月13 达新宇等编著通信原理实验与课程设计北京邮电大学出版社2009 年12月14 李环 任波 华宇宁编著通信系统仿真设计与应用电子工业出版 社2009年03月15 杨旭峰 史焕卿编著通信原理哈尔滨工业大学出版社2010年08月附录1通信技术从模拟信号通信发展拥有先进的QPSK调制技术的数字信号通信欧拉关系是用来帮助的正弦和余
45、弦信号的乘法分析SPICE仿真是用来说明一个QPSK调制的1MHz的正弦波相量图显示了一个同步本地振荡的影响数字化处理是用来消除相位和频率误差在电子产品的初期随着科技发生翻天覆地的变化本地和全球通信的地域界限开始削弱使这个世界变得更小因此能够更容易的获得知识和信息共享贝尔和马可尼的开拓性工作促成了信息时代的今天铺平了未来通信的发展道路的基石传统意义上来说本地通信是用通过电线作为确保可靠的信息传输成本效益的方法远程通信则通过无线电波来达到传送信息的需要即使这是从硬件的角度来说是方便的无线电波传输信息往往是高功率发射机为了克服依赖天气的条件大型建筑物以及从其他来源的电磁干扰现在拥有的各种各样调制技
46、术在成本效益和接收信号的质量上有不同的解决方案但最近大多数仍然是模拟调制频率调制和相位调制提出了一定的对噪音的免疫力而幅度调制比解调简单然而最近低成本微控制器的出现以及国内移动电话和卫星通信的引进使得数字调制得到了很好的推行和普及随着随着数字调制技术本身带来的全部优势传统的微处理器电路的优势已经超过了模拟电路任何通信链路中不足之处均可利用软件消除现在可以加密信息误差修正可确保对接收到的数据更加有信心对DSP的使用可以减少有限的带宽去分配给每个服务与传统的模拟系统相比数字调制具有可以使用振幅频率或相位调制的不同调制方式的优势由于频率和相位调制技术可克服更多的噪声免疫力所以它们是大多数服务的首选方案并引起当今激烈讨论QPSK调制的载波经历了四个阶段的变化4符号并且每个符号代表两位二进制数据尽管这也许看起来根本微不足道但此调制方案的设定使一
