基于simulink的qpsk的调制与解调.docx

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基于simulink的qpsk的调制与解调

通信原理课程设计

题目：

基于SIMULINK的QPSK的调制与解调仿真设计

——QPSK的解调设计

学  院 　计算机与通信工程学院

专  业　   通信工程   

学  号 　       

姓  名 　       

指导老师　   

2015年12月

通信原理课程设计评分标准

评分项目

得分

报告书写

及格式

具有题目、摘要、目录、正文、参考文献（10）

正文格式，图、表、参考文献引用等正确，排版美观（10）

基础原理

报告中是否体现被仿真系统的原理以及原理框图（10）

仿真目的，仿真方法，仿真结果的意义表述清楚（10）

M文件仿真

或

Simulink仿真

做出信源，调制信号，解调信号波形（15）

仿真参量丰富（如对频谱，信噪比，误码率等的分析），仿真波形直观。

（15）

是否实现设计功能，各个模块的设计参数是否清晰（10）

框图直观，有对不同参数条件下的仿真对比及结论（10）

仿真参量丰富（如对频谱，信噪比，误码率等的分析），仿真波形直观。

（10）

答辩

是否存在抄袭（10）

对所仿真系统原理的提问回答情况（10）

对仿真过程提问的回答情况（10）

总分（100）

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FSK、ASK、PSK等调制方式，逐渐被许多优秀的调制技术所替代。

本文设计出一个产生QPSK信号的仿真模型，通过此次实验，可以更好地了解QPSK系统的工作原理。

正交相移键控，是一种数字调制方式。

四相绝对移相键控（QPSK）技术具有抗干扰能力好、误码率低、频谱利用效率高等一系列优点。

现正广泛地应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信和有线电视系统之中。

论文主要介绍了正交相移键控（QPSK）的概况，以及正交相移键控（QPSK）的解调概念和原理，了解Simulink中涉及到QPSK的各种模块的功能，利用Matlab中的Simulink模块对QPSK的调制系统进行了仿真，并对QPSK调制性能进行了分析。

从中了解QPSK调制的原理及对现代通信的影响和意义。

关键词：

QPSK调制 Simulink仿真 Matlab

目 录

第1章 绪论  1

1.1 引言  1

1.2 概念及基本组成部分  1

1.3 QPSK系统简介  2

1.4 课题研究现状  4

1.5 本文主要研究工作及研究目的  4

1.5.1 研究工作  4

1.5.2选题的目的和意义  5

1.6 本章小结  5

第2章 QPSK的调制与解调原理  7

2.1 数字调相  7

2.1.1 数字基带传输系统  7

2.1.2 正弦载波数字调制系统  8

2.2 QPSK调制和解调原理  10

2.2.1 调制  8

2.2.2 解调  9

2.2.3 QPSK的调制原理  10

2.2.4 QPSK解调的工作原理  11

2.3 QPSK的产生  12

2.3.1 QPSK的星座图  12

2.3.2 QPSK的产生方法  13

2.4 本章小结  15

第3章 Matlb/Simulink简介  13

3.1 Matlab简介  13

3.2 Simulink简介  13

3.2.1 Simulink概述  13

3.2.2 Simulink特点  14

3.2.3 Simulink常用模块库  14

第4章 基于simulink的QPSK系统仿真分析  16

4.1 正交调相法产生QPSK信号  16

4.2 QPSK调制过程主要器件的功能及参数设置  20

4.2.1 产生需要的信号源  20

4.2.2 串并变换  21

4.2.3 单极性信号转双极性信号模块组  22

4.2.4 调制模块  23

4.2.5 星座图模块  24

4.3 simulink仿真结果  25

4.3.1 仿真波形  25

4.3.2 仿真星座图  30

4.4 仿真结果分析  31

4.4.1 仿真结果  31

4.4.2 遇到的问题及解决情况  31

4.4.3 未解决的问题  32

4.5 本章小结  32

结 论  33

参考文献  25

附录系统总框图  26

第1章 绪 论

1.1 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系在一起的。

1937年,英国人A.H.里夫斯提出脉码调制（PCM）,从而推动了模拟信号数字化的进程。

1946年,法国人E.M.德洛雷因发明增量调制。

1950年C.C.卡特勒提出差值编码。

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1.544兆比/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。

1.2 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1-1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1-1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。

1.3 QPSK的系统简介

数字通信现已广泛应用于各个频段和各种通信方式中,成为当今通信发展的一种必然趋势。

所谓数字通信即用数字信号传送信息进行通信,也可以说通信的数字化。

数字通信的主要优点在于用数字信号传送信息易于再生,可减小传输中的失真易于用脉冲数字电路来实现,设备可做到体积小、重量轻可以引入计算技术,应用微处理器及单片微机,发挥各种数字信号处理及智能化控制功能数字信号易于加密便于采用纠错编码和扩频技术,提高抗干扰能力。

数字通信之所以取得迅速的发展不是偶然的现象,有其理论上、技术上和客观需求上的基础从理论分析开始,人们早就认识到数字通信在理论上比模拟通信具有一系列优点。

除上述各点外,在频带和功率的有效利用方面也更为有利计算技术和微电子学的进展为通信的数字化提供了坚实的技术基础人们在社会生活中对多种功能综合服务的需要是数字通信发展的强大动力。

全数字调制技术作为通信领域中极其重要的一个方面，近些年得到了飞速的发展。

数字专用集成电路的发展使得通信传输中的发送与接收设备可以更加变得更加紧凑，使用的成本更低，并大大减小了功耗，同时也提高了设备的安全性。

另一方面，全数字调制解调技术的采用有可能使各类现代调制解调技术融合一体，使该调制解调器不仅适用于各种调制和解调的体制，同时它还具有可变速率这一特性。

目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。

但是，数字通信的发展速度已明显超过模拟通信，成为当代通信技术的主流。

与模拟通信相比，数字通信具有以下一些优点：

易于控制传输中的差错。

具有较强的抗干扰能力，且噪声不积累。

易于加密处理，且保密性好。

易于集成，使通信设备微型化，重量轻。

便于和现今用数字信号处理技术去处理、存储需要的数字信息。

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°,225°,315°,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