qpsk調(diào)制解調(diào)技術(shù)的設(shè)計(jì)與仿真—計(jì)算機(jī)通信課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-01 16:16 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 cosωct和 sinωct 兩個(gè)載波上，兩路相乘器輸出的信號(hào)是相互正交的抑制載波的雙邊帶調(diào)制（ DSB）信號(hào)，其相位與各路碼 元的極性有關(guān)，分別由 a 和 b 碼元決定。經(jīng)相加電路后輸出兩路的合成波形，即是 4PSK 信號(hào)。圖中兩個(gè)乘法器，其中一個(gè)用于產(chǎn)生 0o 與180o兩種相位狀態(tài)，另一個(gè)用于產(chǎn)生 90o與 270o兩種相位狀態(tài)，相加后就可以得到 45o，135o， 225o， 和 315o 四種相位 （ 2） 4PSK 解調(diào)原理 4PSK 信號(hào)是兩個(gè)載波正交的 2PSK 信號(hào)的合成。所以，可以仿照 2PSK 相干檢測(cè)法，用兩個(gè)正交的相干載波分別檢測(cè)兩個(gè)分量 a 和 b，然后還原成二進(jìn)制雙比特串行數(shù)字信號(hào)。此法稱作極性比較法（相干解調(diào)加碼反變換器方式或相干正交解調(diào)發(fā)） 串 / 并變換 單 /雙極性換 單 /雙極性換 移相 π/2 載波震蕩 + a cosωct sinωct + 輸入 4PSK 輸出 圖 3 4PSK 正交調(diào)制原理方框圖 b 7 在不考慮噪聲及傳輸畸變時(shí)，接收機(jī)輸入的 4PSK 信號(hào)碼元可表示為 yi(t)=A cos(ωct+φn) 表 2 抽樣判決器的判決準(zhǔn)則 判決器是按極性來(lái)判決的。即正抽樣值判為 1，負(fù)抽樣值判為 決器輸出 a、 b，經(jīng)并 /串變換器就可將并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù) 。 輸入相位 φn cosφn 的極性 sinφn 的極性 判決器輸出 a b 45o 135 o 225 o 315 o + + + + 1 0 0 1 1 1 0 0 帶通濾波器 低通濾波器 低通濾波器 抽樣判決 抽樣判決 位定時(shí) 并 / 串變換 正交載波源 4PSK 輸入 yi(t) yB(t) cosωct sinωct yA(t) zB(t) xA(t) zA(t) xB(t) a b 圖 4 4PSK 信號(hào)解調(diào)器原理方圖 8 3 QPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真 MATLAB 軟件的介紹 MATLAB 軟件是美國(guó) Math works 公司的產(chǎn)品 ， MATLAB 是英文 MATrix LABoratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室 )的縮寫。 MATLAB軟件系列產(chǎn)品是一套高效強(qiáng)大的工程技術(shù)數(shù)值運(yùn)算和系統(tǒng)仿真軟件，廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的航空航天、汽車制造、半導(dǎo)體制造、電子通信、醫(yī)學(xué)研究、財(cái)經(jīng)研究和高等教育等領(lǐng)域，被譽(yù)為 “巨人肩膀上的工具 ”。研發(fā)人員借助 MATLAB軟件能迅速測(cè)試設(shè)想構(gòu)想，綜 合評(píng)測(cè)系統(tǒng)性能，快速設(shè)計(jì)更好方案來(lái)確保更高技術(shù)要求。同時(shí)MATLAB也是國(guó)家教委重點(diǎn)提倡的一種計(jì)算工具。 MATLAB主要由 C語(yǔ)言編寫而成，采用 LAPACK 為底層支持軟件包。 MATLAB的編程非常簡(jiǎn)單，它有著比其他任何計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言更高的編程效率、更好的代碼可讀性和移植性，以致被譽(yù)為 “第四代 ”計(jì)算機(jī)語(yǔ)言， MATLAB是所有MathWorks公司產(chǎn)品的數(shù)值分析和圖形基礎(chǔ)環(huán)境。此外 MATLAB 還擁有強(qiáng)大的 2D和3D甚至動(dòng)態(tài)圖形的繪制功能，這樣用戶可以更直觀、更迅速的進(jìn)行多種算法的比較，從中找出最好的方案。 從通信系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到控制系統(tǒng)、模糊控制等方面來(lái)看， MATLAB提供了大量的面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的工具箱。通過(guò)工具箱，以往需要復(fù)雜編程的算法開(kāi)發(fā)任務(wù)往往只需一個(gè)函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)，而且工具箱是開(kāi)放的可擴(kuò)展集，用戶可以查看或修改其中的算法，甚至開(kāi)發(fā)自己的算法。 目前， MATLAB已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如電子、通信等領(lǐng) 域；它已成為國(guó)際上最流行的計(jì)算機(jī)仿真軟件設(shè)計(jì)工具?，F(xiàn)在的 MATLAB不再僅僅是一個(gè)矩陣實(shí)驗(yàn)室，而是一種實(shí)用的、功能強(qiáng)大的、不斷更新的高級(jí)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言 。 現(xiàn)在從電子通信、自動(dòng)控制圖形分析處理到航天工業(yè)、汽車工業(yè)，甚至是財(cái)務(wù)工程。MATLAB都憑借其強(qiáng)大的功能獲得了極大的用武之地。廣大學(xué)生可以使用 MATLAB來(lái)幫助進(jìn)行信號(hào)處理、通信原理、線性系統(tǒng)、自動(dòng)控制等課程的學(xué)習(xí)；科研工作者可以使用 MATLAB進(jìn)行理論研究和算法開(kāi)發(fā)；工程師可以使用 MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)與仿真。 9 2PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真 系統(tǒng)方框圖 圖 5 運(yùn)行結(jié)果如下： 圖 6 10 4PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真 系統(tǒng)框圖 圖 7 運(yùn)行結(jié)果如下： 11 利用 MATLAB 研究 4PSK 信號(hào) 系統(tǒng)方框圖： 圖 8 運(yùn)行結(jié)果如下： 12 圖 9 實(shí)際的傳輸系統(tǒng)不可能完全的滿足無(wú)碼間串?dāng)_傳輸條件，評(píng)價(jià)傳輸系統(tǒng)的一種定性而且簡(jiǎn)單的方法就是觀察信號(hào)通過(guò)加有噪聲的信道后的眼圖上右圖是信號(hào)沒(méi)有通過(guò)任何的系統(tǒng)的眼圖，下面是信號(hào)通過(guò)信噪比為 26dB 的高斯白噪聲后的眼圖。最下面是信號(hào)通過(guò)信噪比為 16dB 后的眼圖。通過(guò)對(duì)比可以知道信噪比越大，信號(hào)的眼圖越清晰，信噪比越小，眼圖越模糊，沒(méi)有噪聲的話，眼圖最清晰，近似線狀。 眼圖不僅反映信噪比對(duì)信號(hào)的 影響，而且反映信號(hào)之間串?dāng)_的大小。眼圖中改變參數(shù)設(shè)置，可以發(fā)現(xiàn)最佳判決時(shí)刻的改變。 圖 10 13 圖 11 圖 12 14 總結(jié) 在通信和信息傳輸系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化或電子工程技術(shù)中，調(diào)制和解調(diào)應(yīng)用最為廣泛。本設(shè)計(jì)研究了 2PSK 和 4PSK 的調(diào)制和解調(diào)原理，以及利用 MATLAB 對(duì)其調(diào)制和解調(diào)進(jìn)行了編程和編譯仿真，得到的結(jié)論和理論上是一致的。簡(jiǎn)單而且快捷。同時(shí)利用MATLAB 中的 SIMYULINK 對(duì) 2PSK 和 4PSK 的通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究了其傳輸?shù)奶匦裕皞鬏斨性肼晫?duì)系統(tǒng)的影響。 而調(diào)制和解調(diào)的基本原理是 利用信號(hào)與系統(tǒng)的頻域分析和傅里葉變換的基本性質(zhì)，將信號(hào)的頻譜進(jìn)行搬移，使之滿足一定需要，從而完成信號(hào)的傳輸或處理。調(diào)制與解調(diào)又分模擬和數(shù)字兩種，在現(xiàn)代通信中，調(diào)制器的載波信號(hào)幾乎都是正弦信號(hào)，數(shù)字基帶信號(hào)通過(guò)調(diào)制器改變正弦載波信號(hào)的幅度、頻率或相位，產(chǎn)生幅度鍵控（ ASK）、相位鍵控（ PSK）、頻率鍵控（ FSK）信號(hào)，或同時(shí)改變正弦載波信號(hào)的幾個(gè)參數(shù)，產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號(hào)。本課程設(shè)計(jì)主要介紹基于 Matlab 對(duì) 2PSK 和 4PSK 進(jìn)制的調(diào)制仿真實(shí)現(xiàn) . 本研究具有可對(duì)比性，對(duì)比 2PSK 和 4PSK 的通信原理和星座圖可發(fā) 現(xiàn)其中的不同點(diǎn)，但是頻譜圖近似相同。通信中信道的信噪比設(shè)置越大信噪傳輸越理想，與理論上是相符合的。 2PSK 和 4PSK 的傳輸系統(tǒng)也具有對(duì)比性，本研究在文中列出了仿真過(guò)程中每個(gè)元件的仿真參數(shù)的設(shè)置。比較其中不同點(diǎn)我們發(fā)現(xiàn)其中參數(shù)基本相似。也說(shuō)明了他們的傳輸原理基本相同，都利用了相位的不同表示了不同的碼元傳輸。 15 參考文獻(xiàn) [1]《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程 [M]》王紫婷 西南交大出版社 2020 [2]《通信原理》 王福昌 熊兆飛 黃本雄 清華大學(xué)出版社 2020 [3]《 MATLAB 仿真技術(shù)與應(yīng)用教程》 鐘麟 王峰 國(guó)防工業(yè)出版社 2020 [4]《 MATLAB 通信仿真與技術(shù)應(yīng)用》劉敏 魏玲 國(guó)防工業(yè)出版社 2020 [5]《 Simulink 通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè)》孫屹 吳磊 國(guó)防工業(yè)出版社 2020 [6]《數(shù)字通信原理與技術(shù)》（第二版） 王興亮西安電子科技大學(xué)出版社 2020 [8]《徐炳祥 等通信原理 (第 5 版 ) 》 樊昌信 北京國(guó)防工業(yè)出版社 2020 [9]《精通 版》 張志涌
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