数字调制与解调报告.docx

1、数字调制与解调报告数字通信原理与系统期末考察报告 题 目: 数字调制与解调 学生姓名: 学号: 院系: 专业: 2015 年 6 月 10 日一、 数字调制与解调1、数字的调制调制是对信号源的编码信息进行处理，使其变为适合传输的形式的过程。即是把基带转变为一个相对基带信号而言频率非常高的带通信号。带通信号叫做以调信号，而基带信号叫做调制信号。调制可以通过改变调制后载波的幅度，相位或者频率来实现。ASK-又称幅移键控法。这种调制方式是根据信号的不同，调节正弦波的幅值。PSK-在相移键控中，载波相位受数字基带信号的控制，如二进制基带信号为0时，载波相位为0，为1时载波相位为，载波相位和基带信号有一

2、一对应的关系。FSK-称频移键控法，就是用数字信号去调制载波的频率。QAM-又称正交幅度调制法。根据数字信号的不同，不仅载波相位发生变化，而且幅度也发生变化。QPSK-四相相移键控四相相移键控（QPSK）。又称正交PSK，是另一种角度调制、等幅数字可调形式。采用QPSK，一个载波上可能有四个输出相位。因为有四个不同的输出相位。必须有四个不同的输入条件，就要采用多余一个输入位。用二位时有四种可能的条件：00、01、10、11.所以采用QPSK，二进制输入数据被合并成两比特一组，称为双比特组。2、数字的解调 解调方式可以分成两种:相干解调和非相干解调。相干解调需要在接收机中使用与发射机载波同频同相

3、的本振,而非相干解调不需要获得载波的任何信息,所以非相干解调可以大大简化接收机的硬件设计。非相干解调的性能在AWGN信道中要比相干解调差1dB甚至更多。但是非相干解调在衰减的信道中具有较好的稳健性,其硬件实现也相对简单,所以在许多无线通信系统中,尤其在移动无线电中非相干解调被广泛地使用。相干解调将接收到的信号与载波相比较,直接得到绝对相位。而非相千解调不能得到绝对相位,所以需要用其它方法来检测发射符号。ASK在现代无线通信中已经不再被使用,所以非相干解调一般只是针对两个参数:瞬时频率和相对相位,这分别对应了鉴频器和差分解调器。鉴频器是针对FSK调制方式的,而差分解调器是针对PKS调制方式的。

4、二、 QPSK调制1、 QPSK系统框图介绍在图1的系统中，发送方，QPSK数据源采用随机生成，信源编码采用差分编码，编码后的信号经QPSK调制器，经由发送滤波器进入传输信道。接收方，信号首先经过相位旋转，再经匹配滤波器解调，经阈值比较得到未解码的接收信号，差分译码后得到接收信号，与信源发送信号相比较，由此得到系统误码率，同时计算系统误码率的理论值，将系统值与理论值进行比较。对于信道，这里选取的是加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise）以及多径Rayleigh衰落信道（Multipath Rayleigh Fading Channel）。图1 QPSK系统框

5、图2、 QPSK星座图QPSK 信号常常可以用星座图来表示，或者也可称之为矢量图。它表明了各个符号（用双比特表示，即 11，00，01，10)间的幅度和相位关系，四个双比特符号分别表示 QPSK 信号的四个相位，相邻两个相位之间是相互正交的。星座图如图2所示：图2 QPSK星座映射图 上图星座图中，11，01，00，10 分别对应于己调信号相位初始载波相位通常设为 0。在它们的相位偏移关系中，我们称，01 对 11，00 对 01 等，相位偏移 90；或者 00 对 11 偏 180 事实上，在很多有关 QPSK 芯片对相位偏移的陈述中，都是以符号 00 作为基准相位来加以描述的，如表1所示：

6、表1 00作为基准的相位偏移 上面的相位偏移，实际上都是对符号 00 而言的。而且我们可以看出，这样的相位偏移，其实就是图1 (a)所介绍的星座图。 相位偏移关系非常的重要，这对于我们实现自己的 QPSK 关系非常大，否则往往可能结果相反。比如前面那个例子，假如 01 对 00 偏 90,10 对 00 偏-90,那么它们所对应的星座图，将会变成图1 (b)的样子。 3、QPSK系统误码率QPSK信号解调原理框图如图3所示，在QPSK体制中，由其矢量图（图4）可以看出，因噪声的影响使接收端解调时发生错误判决，是由于信号矢量的相位发生偏离造成的。例如，设发送矢量的相位为，它代表基带信号码元“11

7、”，若因噪声的影响使接收矢量的相位变成，则将误判为“01”。当各个发送矢量以等概率出现时，合理的判决门限应该设在和相邻矢量等距离的位置。在图中对于矢量“11”来说，判决门限应该设在和。当发送“11”时，接收信号矢量的相位若超出这一范围（图中阴影区），则将发生错判。设为接收矢量（包括信号和噪声）相位的概率密度，则发生错误的概率为：省略计算和Pe的繁琐过程，直接给出计算结果：上式计算出的是QPSK信号的误码率。若考虑其误比特率，正交的两路相干解调方法和2PSK中采用的解调方法一样。所以其误比特率的计算公式也和2PSK的误码率公式一样。下面直接给出AWGN信道下QPSK的BER，SER曲线，以及信号

8、接收端的眼图，其中传输速率为256000，代码贴在附录中。 三、 BPSK信号的调制原理图5 模拟调制方法 图6 键控调制方法BSPK信号通常有2种调制方式，分别如图6、7所示。在2PSK中，通常用初始相位0和p分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为 式中，表示第n个符号的绝对相位：因此，上式可以改写为 图7 BPSK的BER、SER眼图四、BPSK和QPSK的分析比较在相同Es/N0下的BPSK和QPSK性能曲线图8 相同信噪比情况下BPSK、QPSK的BER曲线相同信道下，BPSK调制的系统误码率小于QPSK调制。仿真结果分析误码率分析由前面介绍的误码率内容可以看出

9、，QPSK判决门限为，BPSK的判决门限为。因此相同系统情况下的误码率BPSK优于QPSK。频带利用率比较在传码率相同的情况下，四进制数字调制系统的信息速率是二进制系统的2倍。频带利用率公式在相同信号速率的情况下，QPSK和BPSK系统的带宽是相同的，但是由于QPSK每个信号都是四进制的，QPSK每个信号包含2bit信息，所以比特率就是BPSK的两倍，因而其频带利用率即为BPSK的两倍。BPSK系统理论的频带利用率最大为1，但是在实际的实现中不能达到1，而在QPSK系统中，频带利用率可以超过1。小结： 通过本课的学习，在老师的引领下学习了很多知识。调制解调在现代通信系统中起着重要作用。调制的重

10、要性体现在：将基基带信号变换成适合在信道中传输的已调信号；实现信道的多路复用及改善系统抗噪声性能。而解调的重要性体现在：如何从带有噪声干扰和畸变的信道输出信号中，恢复还原原来基带信号。程序附录：function qpskconstellationA(M)M=4;x=0:M-1;scatterplot(pskmod(x,M); % A方式QPSK信号grid on;returnfunction qpskconstellationB(M)M=4;x=0:M-1;scatterplot(pskmod(x,M,pi/4); % B方式QPSK信号grid on;returnQPSKclear all;

11、% Preparation part % sr=256000.0; % symbol rateml=2; % number of modulation levels (QPSK:ml=2)br=sr .* ml; % bit ratend = 1000; % number of symbols that simulates in each loopEb_N0=0:1:30;% Eb/N0nloop=500; % number of simulation loops for i=1:length(Eb_N0) noe = 0; % number of error data nod = 0; %

12、number of transmitted data soe = 0; % number of error symbol sos = 0; % number of transmitted symbol totalb = 0; totals = 0; for ii=1:nloop % Data Generation % data1=rand(1,nd*ml)0.5; % QPSK Modulation % ich,qch=qpskmod(data1,nd,ml); % Attenuation Calculation % spow=sum(ich.*ich+qch.*qch)/nd; attn=0

13、.5*spow*sr/br*10.(-Eb_N0(i)/10); attn=sqrt(attn); % AWGN % ich2,qch2= qpskawgn(ich,qch,attn); % QPSK Demodulation % demodata=qpskdemod(ich2,qch2,nd,ml); % BER/SER % noe2=sum(abs(data1-demodata); nod2=length(data1); noe=noe+noe2; nod=nod+nod2; totalb = totalb + noe/nod; soe = soe + qpskser(data1,demo

14、data,ml); sos = sos + length(data1) ./ ml; totals = totals + soe/sos; end % for ii=1:nloop Avg_BER(i) = totalb/nloop; Theory(i) = (1/2) * erfc(sqrt(10.(Eb_N0(i)/10); SER(i) = totals/nloop; SNR(i) = 10*log10(10(Eb_N0(i)/10) ./ ml);end % Eb_N0=0:1:10figure;clf;semilogy(SNR,Avg_BER,b-o);title(QPSK-BER

15、(AWGN); xlabel(SNR(dB);ylabel(BER);grid on;hold on;% % semilogy(SNR,SER,r-*); % end %BPSK% File Name: bpsk.m clear all;sr=256000.0; % symbol rateml=1; % number of modulation levels (BPSK:ml=1)br=sr .* ml; % bit ratend = 1000; % number of symbolsnloop=1000; % number of simulation loops % Eb_N0=0:1:10

16、; % Eb/No for i=1:length(Eb_N0) BER = 0; noe = 0; % number of error bit nod = 0; % number of transmitted bit soe = 0; % number of error symbol sos = 0; % number of transmitted symbol total = 0; for ii=1:nloop data=rand(1,nd)0.5; data1=data.*2-1; spow=sum(data1.*data1)/nd; attn=0.5*spow*sr/br*10.(-Eb

17、_N0(i)/10); attn=sqrt(attn); inoise=randn(1,length(data1).*attn; data2=data1+inoise; demodata=data2 0; noe2=sum(abs(data-demodata); nod2=length(data); noe=noe+noe2; nod=nod+nod2; total = total+ noe/nod; end % for ii=1:nloop Avg_BER(i) = total/nloop; Theory(i) = (1/2) * erfc(sqrt(10.(Eb_N0(i)/10); SNR(i) = 10*log10(10.(Eb_N0(i)/10) ./ ml); end % for i=1:10SER = Avg_BER; semilogy(SNR,Avg_BER,b-o);title(BPSK-BER (AWGN); xlabel(SNR(dB);ylabel(BER);grid on;hold on;