基于MATLAB的π.doc

基于MATLAB的QPSK的仿真实现
(刘海亮通信1201 1230440103)
摘要
在以前的数字蜂窝系统中,往往采用FSK、ASK、PSK等调制方式。随着数字蜂窝系统的发展,对调制和数字蜂窝系统的技术要求越来越高, 许多优秀的调制技术应运而生,其中π/4QPSK技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法
本文概述了π/4QPSK的调制解调原理及其所实现的功能。并通过MATLAB编程对系统在相同条件下,对比了加噪声和没有噪声的情况进行了比较,并画出了它的眼图,及已调制信号的时域波形和频谱。并通过眼图分析其性能。
关键字:π/4QPSK;调制解调原理;MATLAB编程;眼图
1引言
无线通信在现代社会中起着举足轻重的作用。从日常生活到航空航天,从工商业运作到军事领域,无线通信得到了越来越广泛的应用。现代数字调制技术的发展,使得传输速率和频谱的利用率进一步得到提高,功率更加节省。在相同的码元速率下,多进制系统的信息传输速率显然比二进制系统高,但信息速率的提高是以牺牲功率为代价的。显然增大码元宽度,就会增加码元的能量,同时也减少了由于信道特性引起的码间串扰等。恒包络调制适用于限带非线性信道中,能有效地防止非线性引起的幅频效应,节省功率,提高频谱的利用率。多进制调制和恒包络调制这两种技术结合在一起能取得更好的调制效果。
为了使基带信号更好的利用信道进行传输,必须使代表的原始信号经过调制,而调制技术的好坏影响频谱资源的利用和通信性能的好坏。π/4QPSK在QPSK的基础上,克服了180°相位突变,信号轨迹不经过原点,有了更好的功率效率。
2 π/4QPSK调制解调原理
π/4QPSK调制原理
π/4QPSK也是在QPSK的基础上发展起来的。不同的是这里把信号的相位平面分成π/4的八种相位,八种相位相间的又分成两个相位组。如图1所示。图中带‘*’的相位为一组,带‘。’的相位为另一组。规定π/4QPSK信号相位每隔Ts=2Tb秒必须从一个组跳变到另一个组。如果当前码元的信号相位等于‘*’组4个相位的一个,那么,下一个码元的信号相位只能变成‘。’组中4个相位的一个,反之也一样。这说明,图1中,符号不同的相位分别构成一个QPSK相量图,只是两者在相位上错开π/4。图1可以看出,在相邻码元之间,信号相位共有4种,即
,不会出现π。
图1 π/4QPSK信号的矢量图
π/4QPSK信号的表示式可以写成
(式1)
式中是当前码元信号相位与前一码元信号之差。所谓差分相位编码,就是利用相位差来携带所需传输的信息。对于π/4QPSK信号来讲,对当前码元数据取值,的取值范围为,四种取值,其编码规则为:AB=00对应π/4的相位,AB=10对应3π/4的相位,AB=11对应-3π/4的相位,AB=01对应-π/4的相位。
显然令信号的初始相位为0,则当前码元的相位可能有0,π,,和π/2这八种初始相位。如图1所示。我们令

则有
(式2)
(式3)
上式说明,和完全取决于前一码元的相位及前后码元的相位差,且和的取值只有0,,五种。因此π/4QPSK的信号包络不是恒定的。
为了获取已调π/4QPSK信号,只要获取输入的当前码元数据所对应得和取值,再将其分别与相互正交载波信号相乘,并进行加法运算即可,其组成框图如图2所示

图2 π/4QPSK调制的原理框图
图中的成形滤波器的目的,一是为了抑制已调信号的带外功率辐射,二是去除接受端的码元串扰。
π/4QPSK的解调原理
π/4QPSK的常用解调方式也有相干解调和非相干解调两种方式。非相干解调主要分为鉴频检测和中频差分解调两种。在这里,我们采用的是中频差分解调。图3为中频差分解调框图。
图3 中频差分解调框图
从图中可以看出,这种电路不需要另外的振荡器产生本地正交载波;经过延时的信号与两个支路的信号和分别相乘,即
(式4)
经虑波和取样,可得
(式5)
根据π/4QPSK信号基带信号的编码规则,只有四种取值。编码规则为:AB=00对应的相位,AB=10对应的相位,AB=11对应-3π/4的相位,AB=01对应的相位。当为时,当为时,;当为时,当为时,。因此,可以对的符号进行判决,进而直接判决输出发射端的原始数据。判决规则为:时判为0,否则判为1;时判为0,否则判为1。
3 π/4 QPSK信号的调制解调建模
根据前面的原理分析可知,产生调制信号并不难,直接按照框图来就是,但是解调在延式那块不能用直接延时来处理,必须采用Hilbert变换滤波器来实现。因为直接延时的前提是获取准确的载波频率,显然,这种处理的方法随着载波频率的估计误差,以及移动环境下的载波频率的偏移会带来较大误差。Hil