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qpsk调制与解调系统的matlab实现

QPSK调制与解调系统的MATLAB实现 及性能分析 摘要：QPSK是英文 QuadraturePhaseShiftKeying 的缩略语简称，意为正交 相移键控，是一种数字 调制方式。四相相移键控信号简称 “QPSK”。在现 代通信系统中，调制与解调是必不可少的重要手段。所谓调制，就是把信号转 换成适合在信道中传输的形式的一种过程。解调则是调制的相反过程，而从已 调制信号中恢复出原信号。本课程设计主要介绍 通过进行QPSK调制解调的基 带仿真，对实现中影响该系统性能的几个重要问题进行了研究。针对QPSK的特 点，调制前后发生的变化，加上噪声后波形出现的各种变化，通过星座图、眼 图、波形图等来观察。程序设计与仿真均采用 MATLAB 集成环境下的 Simulink 仿真平台，最后仿真详单与理论分析一致。1 引言 本课程设计主要是学会运用 MATLAB 中的 Simulink 来实现数字基带信号 的模拟传输。在知道其传输原理的情况下，将仿真电路到 Simulink 之中。并且 对正交振幅调制、解调过程的频谱和波形的分析，同时在无噪声和有噪声的进 行分析，加入高斯白噪声，瑞利噪声，莱斯噪声分析调制解调后的频谱、波形， 观察其误码率。 1.1课程设计的目的 通过本课程的学习我们不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有关QPSK调制与 解调的基本概念、基本理论和基本方法，而且能锻炼我们分析问题和解决问题 的能力；同时对我们独立工作的习惯和科学素质进行培养，为今后参加科学工 作打下良好的基础。1.2课程设计的内容 利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个QPSK调制与解调 系统.用示波器观察调制前后的信号波形;用频谱分析模块观察调制前后信号频 谱的变化;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波 形来分析该系统性能。 1.3课程设计的要求 1)熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉QPSK系统的调制解调原理， 构建QPSK调制解调电路图. 2)用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号的频 谱的变化。并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理 解。 3)在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率,并给出 仿真波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。 4)在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容。 2 设计原理 2.1 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2 n 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，q n =2πn/M(n=1,2,…M)。因此 MPSK信号可表示为 S(t) = cos(ω 0 t+θ n ) = cos (ω 0 t+2πn/M)若载波频率是基带信号速率的整数倍，则上式可改写为 S(t)=∑g(t-nT s )cos(ω 0 t+θ n )=cosω 0 tΣg(t-nT s )cosθ n -sinω 0 tΣg(t- nT)sinθ n 式中g(t)是高度为1、宽度为T s 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。 2.2 8PSK的原理 在八相调相中，把载波相位的一个周期0-2π等分成8种相位，已调波相 邻相位之差为2π/8=π/4。二进制信码的三比码组成一个八进制码元，并与一 个已调波的相位对应。所以在调制时必须将二进制的基带串行码流经过串/并变 换，变为三比特码元，然后进行调相。三比特码元的组合不同，对应的已调波 的相位就不同。 8PSK信号可用正交调制法产生，方法如图2.1所示。输入的二进制信息序 列经串/并变换后，分为三路并行序列BAC，每一组并行的BAC称为三比特码元。 每路的码元速率是输入数据速率的1/3。A和C送入同相支路的2/4电平变换器， 输出的电平幅度值为a k ;B和C送入正交支路的2/4电平变换器，输出的电平幅 度值为b k 。将a k 和b k 这两个幅度不同而相互正交的矢量合成后就能得到8PSK 信号。 在图2.1中，A用于决定同相支路信号的极性(A为“1”码时，a k 为正； A为“0”码时，a k 为负) 。B用于决定正交支路信号的极性(B为“1”码时， b k 为正；B为“0”码时，b k 为负) 。C则用于确定同相支路和正交支路信号的幅 度(C为“1”码时，|a k |>|b k |；C为“0”码时，|a k |