毕业设计（论文）-基于MATLAB的QPSK通信系统仿真设计.doc

毕业设计论文 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。本文主要介绍了QPSK调制与解调的实现原理框图，用MATLAB软件中的SIMULINK仿真功能对QPSK调制与解调这一过程如何建立仿真模型，通过对仿真模型的运行，得到信号在QPSK调制与解调过程中的信号时域变化图。通过该软件实现方式，可以大大提高设计的灵活性，节约设计时间，提高设计效率，从而缩小硬件电路设计的工作量，缩短开发周期。关键词 QPSK，数字通信，调制，解调，SIMULINKAbstractAs mobile communications technology, and previously in the adoption of digital cellular system, ASK, FSK PSK modulation, etc. Gradually been many excellent modulation technology substitution, where four phase-shift keying QPSK technology is a wireless communications technology in a binary modulation method. This article primarily describes QPSK modulation and demodulation of the implementation of the principle of block diagrams, focuses on the MATLAB SIMULINK software emulation in on QPSK modulation and demodulation the process how to build a simulation model, through the operation of simulation model, I get signal in QPSK modulation and demodulation adjustment process domain change figure. The software implementation, can dramatically improve the design flexibility, saving design time, increase efficiency, design to reduce the workload of hardware circuit design, and shorten the development cycle.Keywords QPSK, Digital Communication,modulation,demodulation,SIMULINK目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 课题研究现状11.3 本文主要研究工作2第 2 章 数字通信技术简介32.1 引言32.2 概念及其基本组成部分32.3 数字通信的特点52.4 数字通信发展的回顾与展望5本章小结6第3 章 数字相位调制73.1 数字基带传输系统73.2 正弦载波数字调制系统83.3 QPSK概述93.4 QPSK调制和解调103.4.1调制103.4.2解调103.4.3QPSK的调制原理113.4.4QPSK解调的工作原理13本章小结14第4章 QPSK调制与解调的软件实现154.1 SIMULINK功能介绍154.2 SIMULINK特点154.3 QPSK调制与解调的软件设计164.3.1QPSK调制与解调的软件实现164.3.2QPSK调制解调过程主要组件的功能174.4 QPSK调制解调仿真过程及其波形图194.4.1QPSK调制过程及其波形图194.4.2QPSK解调过程及其波形图294.5 QPSK调制解调仿真过程正确性的验证34本章小结35结 论36致 谢37参考文献38附录139附录241-IV-第1章 绪论1.1 选题的目的和意义随着经济危化的不断发展，人们对通信的要求也越来越高。本文主要研究“MATLAB的QPOSK通信系统仿真”利用MATLAB软件SUMLINK仿真实现QPSK调制方式。QPSK调制系统目前正广泛地应用在无线通信领域，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。使用SUMLINK对QPSK调制、解调进行模拟。具体解决了二进制信息在QPSK调制过程中的串-并变换，解调过程中对已调信号的滤波、抽样判决、并-串变换一系列问题。通过利用MATLAB软件SUMLINK实现了QPSK通信系统的仿真，完成了QPSK通信系统的调制解调过程的仿真实现，使接收端能够准确地接收到来自发放的信息。QPSK调制方式在通信工程中的应用十分广泛，其误码率随信噪比的增加而减少并最终可能为零。在QPSK调制方式以后，还会出现进制更多的调制方式。而我们着重要解决的问题也从如何提高相位谱利用率转变为如何减少误差以及提高传送速率。阐述QPSK调制解调的实现过程，并运用软件实现手段对信号变换过程加以分析，希望有所收获。1.2 课题研究现状人类社会通信建立在信息交流的基础上，通信是推动人类社会文明进步与发展的巨大动力。近年来，移动通信已显著的技术特点和优越性能得以迅速发展，已经得到社会各界用户的广泛认同。随着这个通信行业向3G时代发展的同时基带调制技术也在飞速发展，目前应用的主流技术为8PSK,16QAM和64QAM.但在建筑物较多、地形复杂的地区就必须用QPSK调制确保信噪比从而确保通信的准确性和有效性。QPSK调制全称Quadrature Phase Shift Keying意为正交相移键控，是一种数字调制方式。QPSK是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数字调制方式，它被广泛用于各种通信系统中，适合卫星广播。目前已经广泛用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。随着数字技术的飞速发展与应用数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合信道传输的频带上数字调制信号有称为键控信号。在调制的过程中可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅，频率及相位进行调制。在技术和工艺进步的基础上，数字通信中调制解调算法的实现已不再是一件可望不可及的事情。可以说，无论是通信系统的内在要求 （即算法复杂性决定接收的质量），还是外在条件（技术和工艺）都在促使通信系统的调制解调向数字化发展。1.3 本文主要研究工作本文研究的主要内容是利用软件来实现QPSK的调制与解调。本次课题利用的软件是MATLAB软件SUMLINK仿真功能模块来进行对QPSK调制与解调过程的仿真。其主要内容包括：1.研究QPSK的调制原理和解调原理；2.分析QPSK的调制解调过程；3.利用SUMULINK设计QPSK调制和解调仿真模型第 2 章 数字通信技术简介2.1 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。2.2 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2-1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。信道和输入变换器数字调制器信道编码器信源编码器信道输出信号数字解调器信道译码器输出变换器换器信源译码器 图2-1 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。2.3 数字通信的特点与模拟系统相比,数字通信具有以下特点:1 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,无噪声积累。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。2 便于加密处理3 采用时分复用实现多路通信4 设备便于集成化、小型化5 占用频带较宽2.4 数字通信发展的回顾与展望回望过去,最早的电通信形式,即电报,是一个数字通信系统。电报由S博多莫尔斯(Samuel Morse)研制,并在1837 年进行了演示实验。莫尔斯设计出一种可变长度的二进制码,其中英文字母用点划线的序列表示。在这种码中,较频率发生的字母用码字表示,不常发生的字母用较长的码字表示。因此,莫尔斯码是可变长度信源编码方法的先驱。虽然莫尔斯在研制第一个电的数字通信系统中起了重要的作用,但是现在我们所指的现代数字通信系统起源于奈奎斯特(Linguist,1924)的研究。奈奎斯特研究在给定带宽的电报信道上,无符号间干扰的最大信号传输速率。他用公式表达了一个电报系统的模型,鉴于奈奎斯特的研究工作,哈特利(Hart ley,1928)研究了当采用多幅度电平时在带限信道上能可靠地传输数据的问题。哈特莱假定接收机能可靠地估计接收信号幅度在某个准确度上,这个研究使得哈特莱得出了关于带限信道可靠通信最大数据速率的结论。在通信的发展中吗,另一个有重大意义的是维纳(Winner,1942)的研究,他研究了在加性噪声n(t)存在的情况下,根据对接收信号的观测来估计期望的信号波形s(t)的问题。这个问题出现在信号调制中。维纳得出一个线性滤波器,其输出是对期望信号s(t)最好的均方近似。这个滤波器成为最佳线性滤波器。哈特莱和奈奎斯特的关于数字信息最大传输速率的研究成果是香农(Shannon,1948a,b)研究工作的先导,香农奠定了信息传输的数字基础,并导出了对数字通信系统的基本限制。香农在他的开拓性研究中采用了信息源和通信信道的概率模型,以统计术语将可靠的信息传输基本问题表示成公式。根据这些统计的公式表示,他对信源的信息含量采用了对数的量度。他也证明了发送机的功率限制、带宽限制和加性噪声的影响可以和信道联系起来,合并成一个单一的参数,成为信道容量。因此,香农建立了对信息通信的基本的限制,并开创了个新的领域,现在我们称之为信息论。本章小结本章介绍了数字通信发展的回望与展望。介绍解数字通信技术，初步了解数字通信系统基本组成部分和它的特点。对后续工作有初步的认知。第3 章 数字相位调制3.1 数字基带传输系统从消息传输的角度看，一个数字通信系统包括两个重要的变换，即消息与数字基带信号之间的变换；数字基带信号与信道信号之间的变换。通常，前一个变换由发收终端设备来完成，它把无论是离散的还是连续的消息转换成数字的基带信号，而后一变换则由调制和解调器完成。在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如，在市内利用电传机直接进行电报通信，或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM信号等。这种不用载波调制解调装置而直接传送基带信号的系统，我们称它为基带传输系统，它的基本结构如下：输出抽样判决器接收滤波器信道信号形成基带脉冲输入信道干扰 图3-1 基带传输系统图3-1信道信号形成器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流到高频的有线线路）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。与此对应，我们把包括了载波调制和解调过程的传输系统称为频带传输系统，如图3-2所示：信道干扰解调器调制器 基带脉冲 基带脉冲 输入 输出 图3-2 频带传输系统的基本结构虽然在实际使用的数字通信系统中基带传输不如频带传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。第一，即使在频带传输制里也同样存在基带传输问题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；第二，随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势，目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第三，理论上也可以证明，任何一个采用线形调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。3.2 正弦载波数字调制系统上面我们简单的提了一下数字基带传输系统。然而，实际通信中不少信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓正弦载波调制。下面，我们将以QPSK为主讨论以正弦波作为载波的数字调制系统。从原理上来说，受调载波的波形可以是任意的，只要已调信号适合于信道传输就可以了。但实际上，在大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作为载波。这是因为正弦信号形式简单，便于产生及接收。和模拟调制一样，数字调制也有调幅、调频和调相三种基本形式，并可以派生出多种其他形式。数字调制与模拟调制相比，其原理并没有什么区别。不过模拟调制是对载波信号的参量进行连续调制在接收端则对载波信号的调制参量连续地进行估值；而数字调制都是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在接收端也只要对载波信号的离散调制参量进行检测。根据已调信号的频谱结构特点的不同，数字调制也可分为线形调制和非线形调制。在线形调制中，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构相同，只不过频率位置搬移了；在非线形调制中，已调信号的频谱结构与基带信号的频谱结构不同，不是简单的频谱搬移，而是有其他新的频率成分出现。振幅键控属于线形调制，而移频键控常属于非线形调制。我们主要讨论的是多进制的相位调制，因此，先来看看与二进制数字调制相比，它有哪些特点：1.在相同的码元传输速率下，多进制系统的信息传输速率显然比制系统的高。四进制系统的信息速率是二进制系统的两倍；2. 在相同的信息速率下，由于多进制码元传输速率比二进制的低，因而多进制信号码元的持续时间要比二进制的长。显然，增大码元宽度，就会增加码元的能量，并能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响。3.3 QPSK概述QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying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动因而解调出来的模拟I、Q基带信号是带有载波误差的信号。这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决,得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号,误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大,因此数字QPSK解调电路要对载波误差进行补,减少非相干载波解调带来的影响。此外,ADC的取样时钟也不是从信号中提取的,当取样时钟与输入的数据不同步时,取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高，误码率就高，因此，在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟，来校正固定取样带来的样点误差，并且准确的位定时信息可为数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟。校正办法是由定时恢复和载波恢复模块通过某种算法产生定时和载波误差，插值或抽取器在定时和载波误差信号的控制下，对A/D转换后的取样值进行抽取或插值滤波，得到信号在最佳取样点的值，不同芯片采用的算法不尽相同，例如可以采用据辅助法(DA)载波相位和定时相位联合估计的最大似然算法。3.4 QPSK调制和解调3.4.1调制在无线电通信系统中，为实现电信号的传输，需要将待传送信号的频谱搬移到较高的频率范围，这种频谱的搬移称为信号的调制。 需要调制的原因有两方面。一方面，由电磁波辐射理论可知，只有当发射天线的尺寸等于信号波长的1/10或更大些，新号才能有效的通过天线发射出去；因为声音、图像等形成的电信号的频率很低，所以需要的天线尺寸应达到几十公里甚至几百公里，这显然是不可行的。另一方面，即使能把低频信号发射出去，也会造成各种低频信号的相互干扰，无法接受。 利用调制过程将每一个信号的频谱搬移到互不重叠的频率范围，使接受信号时，不致相互干扰。这个问题的解决使得在一个信道中可以传输多个信号，即实现了信道的“频分多路复用”。 调制，通常是由低频信号（又称调制信号）去控制一个高频振荡的振幅、频率或初相位等参数之中的任意一个来达到的，分别称为幅度调制、频率调制和相位调制；频率调制和相位调制又称角度调制。 图3-3所示为幅度调制（AM）系统，其中为调制信号，亦即待传输或处理的信号；=称为载波信号，为载波频率。因此，由此系统输出的响应为 图3-3 幅度调制系统可见是一个幅度随变化的振荡信号，故称为调幅信号。3.4.2解调由已调制高频信号恢复原调制信号的过程称为解调。图3-4所示为调幅信号的解调系统，其中称本地载波信号，它与原调幅的载波信号同频率同相位。可见该系统是把接收到的调幅信号经本地载波信号在调制，即图3-4 调幅信号的解调系统两端取傅立叶变换得由的频谱可知，其中有原信号的全部信息，此外还有附加的高频分量。当通过理想低通滤波器时，只要使滤波器幅度为2，截止频率满足由输出响应达到恢复调制信号，完成解调的目的。3.4.3QPSK的调制原理在QPSK调制中,QPSK信号可以看作两个载波正交的2PSK调制器构成。串/并变换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行的双极性序列，然后分别对sint和cost调制，相加后得到QPSK调制信号，其调制过程如图3-5所示。相乘电路相加电路载波产生串/并变换 输入 输出 移相 相乘电路 图3-5 QPSK相干调制框图原理分析：QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。的别的载波相位取四个等间隔值之一，如/4, 3/4,5/4,和7/4。相应的，可将发射信号定义为 0tTSi（t） 0。， 其他其中，i1，2，2，4；E为发射信号的每个符号的能量，T为符号持续时间，载波频率f等于NC/T，NC为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。例如，可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组：10，00，01，11。下面介绍QPSK信号的产生和检测。如果为典型的QPSK发射机框图。输入的二进制数据序列首先被不归零（NRZ）电平编码转换器转换为极性形式，即负号1和0分别用和表示。接着，该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形，这两个二进制波形分别用a1（t），和a2（t）表示。容易注意到，在任何一信号时间间隔内a1（t），和a2（t）的幅度恰好分别等于Si1和 Si2，即由发送的二位组决定。这两个二进制波形a1（t），和a2（t）被用来调制一对正交载波或者说正交基本函数：1（t），2（t）。这样就得到一对二进制PSK信号。1（t）和2（t）的正交性使这两个信号可以被独立地检测。最后，将这两个二进制PSK信号相加，从而得期望的QPSK。3.4.4QPSK解调的工作原理QPSK信号是两个正交的2PSK信号的合成,所以可仿照2PSK信号的相平解调法,用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量,然后还原成串行二进制数字信号,即可完成。原理图如图3-6所示.抽判低通相乘 串/并变换并/串 变换定时提取载波 提取 输入 输出 抽判低通相乘图3-6 QPSK相干解调框图原理分析：QPSK接收机由一对共输入地相关器组成。这两个相关器分别提供本地产生地相干参考信号1（t）和2（t）。相关器接收信号x（t），相关器输出地x1和x2被用来与门限值0进行比较。如果x10,则判决同相信道地输出为符号1；如果x10 ,则判决同相信道的输出为符号0。；类似地。如果正交通道也是如此判决输出。最后同相信道和正交信道输出这两个二进制数据序列被复加器合并，重新得到原始的二进制序列。在AWGN信道中，判决结果具有最小的负号差错概率。本章小结 本章主要介绍QPSK的调制和解调原理。第一节介绍了数字基带传输系统。第二节介绍了数字载波调制系统。第三节介绍了QPSK的概述。第四节介绍了QPSK的调制和解调，并详细介绍了QPSK调制解调原理。第4章 QPSK调制与解调的软件实现4.1 SIMULINK功能介绍Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。4.2 SIMULINK特点1 丰富的可扩充的预定义模块库 2 交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图； 3 以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理； 4 通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码； 5 提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成； 6 使用Embedded MATLAB 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法； 7 使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型； 8 图形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为； 9 可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据； 10 模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。4.3 QPSK调制与解调的软件设计4.3.1QPSK调制与解调的软件实现本课题采用MATLAB自带的SIMULINK来设计QPSK调制与解调的仿真过程，仿真如图4-1所示。图4-1 QPSK调制与解调simulink实现过程如图4-1所示，上半部分是QPSK调制的过程，是将二进制伯努利随即信号调制成为QPSK信号，而下半部分是其解调过程，是将上半部分的QPSK已调信号进行解调。4.3.2QPSK调制解调过程主要组件的功能1串/并传换器图4-2 串并转换器功能:如图4-2所示此模块组是实现将一路串信号转按照奇数位输出一路信号，然后按照偶数位输出另一路信号，即所谓的串/并传换器。2 单极性信号转双极性信号模块组图4-3 单极性信号转双极性信号模块组功能:如图4-3所示此模块组是实现将单极性伯努利二进制随机信号转换成双极性信号。 3 正弦相干载波产生器图4-4 正弦相干载波产生器功能：如图4-4所示此模块组是实现给输入的信号加相干正弦载波。4 抽样判决器图4-5 抽样判决器功能：如图4-5所示此模块组是实现对输出信号进行抽样判决的作用。5并/串转换图4-6 并/串转换器功能：如图4-6所示此模块组是实现将奇数位信号和偶数位信号合并成一路串信号，即所谓的并/串转换器。4.4 QPSK调制解调仿真过程及其波形图4.4.1QPSK调制过程及其波形图本课题QPSK调制解调过程的信号源选定为伯努利二进制随机信号。其参数如图4-7所示,波形如图4-8所示:图4-7 伯努利二进制信号发生器参数图4-8 输入数字信号序列对输入基带数字信号有串并变换电路分为两个并行序列，分别如下图4-9和图4-10所示。其中图4-9 中是输入序列的奇数序列，图4-10是实序列的偶数序列:图4-9 经过串并转换的序列图4-10 经过串并转换的序列随后两路信号分别经过单/双极性转换器将此前的单极性信号转换为双极性信号。其两路转换后相对应的波形如图4-11和图4-12所示：图4-11 经过单/双极性转换后的序列图4-12 经过单/双极性转换后的信号所加相干载波的波形分别为4-13和4-14所示:图4-13 0相位正弦载波信号图4-14 相位正弦载波信号-此时，经过双极性转换的信号一路与相位为0的正弦载波相干，另一路则与相位为的正弦载波相干。信号相干后的波形如图分别为图4-15和图4-16所示图4-15 经载波相干后的信号图4-16经载波相干后的信号其中与信号相干的0相位正弦载波和相位正弦载波的参数分别如图4-17和图4-18所示： 图4-17 0相位相干正弦载波参数图4-18 相位相干正弦载波参数相干后的两路信号在经过一个相加模块，就得到了QPSK信号。经调制后的QPSK信号如图4-19所示：图4-19 经调制后的QPSK信号4.4.2QPSK解调过程及其波形图QPSK信号通过加两路相位分别为0和的正弦载波进行相干解调。解调后信号的波形分别如图4-20和4-21所示图4-20 0相位载波相干后信号图4-21 相位载波相干后信号经过载波相干后的信号通过低通滤波器进行低通滤波处理。其低通滤波后的信号的波形分别如图4-22和4-23所示图4-22 低通滤波后的信号图4-23 低通滤波后的信号此时信号经过抽样判决后将模拟信号转换为数字信号序列经抽样判决后信号的波形分别如图4-24和4-25所示：图4-24 经抽样判决后信号图4-25 经抽样判决后信号然后将这两路双极性信号转换成单极性二进制信号，转换后的单极性二进制信号分别如图4-26和4-27所示：图4-26 经极性转换后的信号图4-27经极性转换后的信号最后通过并/串转换器将信号放置其奇数位，将另信号放置其偶数位，转换成一路二进制单极性信号，此时的信号即是QPSK信号解调后最终的信号。信号的解调信号如图4-28所示图4-28 信号的解调信号4.5 QPSK调制解调仿真过程正确性的验证为了最后能够更好的验证此次课题的正确性，本人将QPSK调制与解调过程放置于一个系统中。所以从理论上来说，信号源发送的伯努利二进制随机信号经过调制之后，再经过解调，结果得到信号应该与信号源发送的伯努利二进制随机信号相一致。经验证，解调后的波形和调制前的波形是相一致，波形如图4-29所示：图4-29发送信号与调制解调后信号由图4-29可见，解调后的波形和调制前的波形是一致的（其调制解调过程中会有一定的延迟），因此可以证明此次QPSK调制解调的SIMULINK实现过程是正确的。本章小结 本章主要介绍了QPSK调制和解调的软件实现。第一节介绍了SIMULINK的功能，第二节介绍SIMULINK特点，第三节介绍了QPSK调制和解调的软件实现，第四节介绍了QPSK仿真过程及波形图，第五节介绍了QPSK调制解调仿真波形图正确性。结 论 经过了两个多月的学习和工作，我终于完成了QPSK调制与解调的软件实现的论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对MATLAB与SIMULINK等相关软件很不了解的状态，我开始了独立的学习和试验，老师提供了一部分资料,然后自己上网上搜集相关资料,在查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。从中我也充分认识到了现代通信技术的神奇与魅力。通信事业日新月异，通信系统的设计也会越来越复杂，通信过程通过计算机的仿真可以大大的降低实验成本，本文通过SIMULINK对QPSK通信系统的发射和接收过程的具体实现进行了模拟仿真，对于理解QPSK系统的性能并在系统上作进一步的设计，提供了极大的便利。通过利用MATLAB对QPSK进行模拟，可以更好的了解QPSK系统的工作原理。致 谢论文得以顺利完成，要感谢的人实在太多了。首先要衷心地感谢我的指导老师张雅彬老师，您严谨的治学态度，开阔的思维，循循善诱的指导一直给我很大的帮助。当我对论文的思路感到迷茫时，您为我理清思路，指导我往一条比较清晰的思路上进行修改。在论文的不断修改中，我也努力做到及时积极地跟张老师交流，因为我觉得这样可以使得我的论文更加完善。在这里还要深深的对您说上一句感谢，师恩伟大，无以回报。然后还要感谢所有在大学期间传授我知识的老师，每一位老师的悉心教导都是我完成这篇论文的基础。还要感谢的是我的父母和朋友，我永远都不会忘记你们的良苦用心和一如既往的支持与鼓励。四年来，快乐的事情因为有你们的分享而更快乐，失意的日子因为有你们的关怀能忘却伤痛，坚强前行。无论我成功与否，你们总以鼓励的言语告诉我很棒，谢谢你们，我会继续努力。最后还要感谢答辩老师能够在百忙之中为我们答辩，衷心地感谢为评阅本论文而付出的宝贵时间和辛勤劳动。参考文献1 樊昌信 曹丽娜编著。通信原理。国防工业出版社。2009年1月2 张志涌 杨祖樱编著。MATLAB教程。北京航空航天大学出版社。2006年 9月3 张肃文编著。高频电子线路。高等教育出版社。2008年2月4 周建兴等编著。MATLAB从入门到精通。人民邮电出版社。2008年1月5 王正林等编著。MATLAB/simulink与控制系统仿真。电子工业出版社。 2008年7月6 曹志刚 钱亚生编著。现代通信原理。清华大学出版社。2008年03月7 张辉 曹丽娜编著。现代通信原理与技术。西安电子科技大学出版社。 2008年07月8 刘颖编著。数字通信原理与技术。北京邮电大学出版社。1999年10月9 黄智伟编著。调制解调器电路设计。西安电子科技大学出版社。2009年 04月10 啜钢等编著。移动通信原理与系统。北京邮电大学出版社。2005年09 月11 王华奎等编著。移动通信原理与技术。清华大学出版社。2009年01 月12 蒋青 于秀兰编著。通信原理学习指导。人民邮电出版社。2007年05 月13 达新宇等编著。通信原理实验与课程设计。北京邮电大学出版社。2009 年12月14 李环 任波 华宇宁编著。通信系统仿真设计与应用。电子工业出版 社。2009年03月15 杨旭峰 史焕卿编著。通信原理。哈尔滨工业大学出版社。2010年08月附录1通信技术从模拟信号通信发展拥有先进的QPSK调制技术的数字信号通信。欧拉关系是用来帮助的正弦和余弦信号的乘法分析。SPICE仿真是用来说明一个QPSK调制的1MHz的正弦波。相量图显示了一个同步本地振荡的影响。数字化处理是用来消除相位和频率误差。在电子产品的初期，随着科技发生翻天覆地的变化，本地和全球通信的地域界限开始削弱，使这个世界变得更小，因此能够更容易的获得知识和信息共享。贝尔和马可尼的开拓性工作促成了信息时代的今天，铺平了未来通信的发展道路的基石。传统意义上来说，本地通信是用通过电线，作为确保可靠的信息传输成本效益的方法。远程通信则通过无线电波来达到传送信息的需要。即使这是从硬件的角度来说是方便的。无线电波传输信息往往是高功率发射机，为了克服依赖天气的条件，大型建筑物，以及从其他来源的电磁干扰。现在拥有的各种各样调制技术在成本效益和接收信号的质量上有不同的解决方案，但最近大多数仍然是模拟调制。频率调制和相位调制提出了一定的对噪音的免疫力，而幅度调制比解调简单。然而，最近低成本微控制器的出现以及国内移动电话和卫星通信的引进，使得数字调制得到了很好的推行和普及。随着随着数字调制技术本身带来的全部优势，传统的微处理器电路的优势已经超过了模拟电路。任何通信链路中不足之处，均可利用软件消除。现在可以加密信息，误差修正，可确保对接收到的数据更加有信心，对DSP的使用可以减少有限的带宽去分配给每个服务。与传统的模拟系统相比，数字调制具有可以使用振幅，频率或相位调制的不同调制方式的优势。由于频率和相位调制技术可克服更多的噪声免疫力，所以它们是大多数服务的首选方案，并引起当今激烈讨论。QPSK调制的载波经历了四个阶段的变化（4符号），并且每个符号代表两位二进制数据。尽管这也许看起来根本微不足道，但此调制方案的设定，使一个载波传输2比特信息而不是1比特信息，从而有效地增加了载波一倍的带宽。从而提高了传输速率。世界移动通信正迎来新的飞跃。宽带化、智能化、个性化、媒体化、多功能化、环保化是世界移动通信发展的新趋势。移动通信将在经济发展和社会进步中发挥更重要的作用。 15日至18日在这里举行的世界移动通信大会把移动宽带作为下一次信息产业革命的突破口。尽管3G技术普及的时间不长，但世界移动通信界已经把目光投向了包括“长期演进（LTE）”技术在内的4G技术，并认为该领域技术的突破和推广将大大推动全球经济发展。 作为功能强大的下一代无线通信技术，LTE的通信容量甚至超过当前一些有线网络，其下载峰值速率可达每秒100兆比特，上传峰值速率也可达每秒50兆比特。在大会会刊上，多名业界分析师都将LTE技术列为今年大会的焦点。而在15日开幕当天，全球移动通信协会专门宣布，中国电信、日本凯迪（KDDI）通信公司和美国韦里孙通信公司因为“致力推动的商业化服务”而成为协会的新会员。会议期间，中国华为公司还推出了世界首款“三模式LTE调制解调器”，这种面向4G时代的设备还可以兼容3G和2G标准的需求。 智能化是世界移动通信发展的又一大趋势。具有电脑功能的智能手机正在成为移动通信的主流。据预测，到2013年，全世界手机上网用户数量将达17.8亿，超过使用电脑上网的用户数量，同时智能手机和其他能上网的手机数量将达到18.2亿部。沃达丰集团首席执行官维托里奥科劳在大会主旨报告中说，2009年一年该公司网络中的智能设备增加了40%。 个性化是本次大会讨论的另一热点问题。与会专家认为，今后的手机将不会“千机一面”，而是因每个用户的需要而有所不同，特别是物与物之间互联的物联网时代到来后，每件物品的需求将更加个性化。设计生产富有个性化的手机产品是今后的一个重要竞争领域。16日关于移动宽带的大会主论坛达成一致意见认为，手机应用将取代手机技术成为移动通信领域的主角，开发手机新用途将是未来竞争的焦点，其中媒体功能将是未来手机的主要功能之一。据思科公司预测，到2013年，全球移动通信数据量中的64%是视频信息。 手机成为用户数量最多的一种媒体后，它除了具有互联网的海量、实时和互动等特点外，还具有随时、随地、无所不在的特点，其影响力将可能超过互联网。根据大会18日举行的移动通信广告论坛提供的资料，如果广告市场都达到饱和，移动通信的广告市场规模将是互联网的10倍。 与会专家还预测，未来的手机功能将越来越多。它既可以是通信工具，也可以充当电子钥匙、电子钱包，还可以是指尖上的教室、银行、电视、影院、医院，甚至可以远程指挥家中的洗衣机和微波炉。 绿色之风吹进世界移动通信领域是本次大会的显著特点。不仅主办方呼吁各运营商和手机及相关设备生产商节能减排，一些企业还推出了一些绿色产品。获得本次大会“绿色移动奖”的印度VLN公司展出了太阳能移动基站系统。这种基站只要晒上8个小时太阳就可以充满电，然后可以连续使用3天，信号可覆盖半径2公里内区域。附录2The move from analog communication to digital has advanced the use of QPSK