基于systemview的QPSK系统仿真分析

1南京信息工程大学毕业设计说明书(论文)作者:学号：系：电子信息学院专业:通信工程题目:基于systemview的QPSK系统研究与仿真指导者：(姓名)(专业技术职务)评阅者：(姓名)(专业技术职务)2013年5月讲师2南京信息工程大学毕业设计（论文）评语学生姓名：班级、学号：题目：基于SystemView的QPSK系统研究与仿真综合成绩：指导者评语：指导者(签字)：年月日3毕业设计（论文）评语评阅者评语：评阅者(签字)：年月日答辩委员会（小组）评语：答辩委员会（小组）负责人(签字)：年月日4毕业设计说明书（论文）中文摘要正交相移键控QPSK是一种多进制数字调制技术，它是利用载波的4种不同的相位来表示四进制数字信息的一种调制方式。它有着很强的抗干扰能力，而且频带利用率很高，所以普遍应用于数字通信系统中。SystemView软件则是一个广泛用于电路与通信系统设计、仿真的信号级系统软件。本文主要是根据QPSK调制解调的工作原理，应用SystemView的仿真平台对QPSK系统的调制解调进行仿真设计，并在相干解调部分设计了一个载波提取环子系统提取本地载波。经过对调制和解调部分的波形的分析并利用接收计算器绘制出“眼图”进行分析，得出系统的最大噪声容限，从而设计出一个抗噪声性能更好的QPSK系统。关键词QPSK调制解调SystemView仿真眼图5毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleResearchandSimulationofQPSKSystemsBasedonSystemViewAbstractQuadraturephaseshiftkeying（QPSK）isamulti-banddigitalmodulationtechniques.Itisamodulationwhichusethefourdifferentphaseofcarriertorespresentfourhexadecimaldigits.Becauseithasastronganti-jammingcapabilityandhighbandwidthefficiency,itiswidelyusedindigitalcommunicationsystems.SystemViewsoftwareisasignal-levelsystemsoftwarewhichiswidelyusedtodesignandsimulationincircuitandcommunicationsystem.ThispaperismainlybasedontheworkingprincipleoftheQPSKmodulationanddemodulation,toapplicationSystemViewsimulationplatformtosimulateanddesigntheQPSKSystem.Andatthepartofcoherentdemodulationhasdesignedofacarrierextractionringsubsystemtoextractlocalcarrier.Aftertheanalysisofthewaveformofthemodulationanddemodulationsectionandusingthethereceivingcalculatortoanalysisthe“eyediagram”.Atlastobtainingtheresultsofthesystem'smaximumnoisemargintodesignofananti-noiseperformancebetterQPSKsystemKeywordsQPSKModulationanddemodulationSystemViewSimulationEyediagram本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页6目次1引言................................................................11.1课程设计的背景....................................................11.2QPSK技术的发展与应用..............................................11.3本课题研究的目的和意义............................................31.4本课题的主要内容及框架............................................32QPSK系统的基本原理..................................................52.1QPSK的概述........................................................52.2QPSK的调制原理....................................................62.3QPSK的解调原理....................................................82.4QPSK信号的误码性能................................................92.5眼图及星座图的介绍...............................................103QPSK系统的设计与仿真...............................................123.1SystemView软件的介绍............................................123.2QPSK系统仿真电路设计.............................................133.3系统部分参数的设置...............................................184系统仿真波形分析....................................错误!未定义书签。4.1QPSK调制波形......................................................224.2QPSK解调波形......................................................234.3载波提取及实际采样数据相干解调仿真波形.............................25结论................................................................28致谢................................................................29参考文献...........................................................30附录................................................................32本科毕业设计说明书（论文）1第1页共32页1引言在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的“命脉”。而通信作为信息传输的重要手段或方式，与传感技术、计算机技术相互融合，已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大动力。可以预见，未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。数字通信作为通信领域非常重要的一个方面，当然也得到了迅速发展。其中多进制相移键控QPSK就是一种应用较为广泛的数字传输方式。1．1课程设计的背景通信系统主要可分为模拟通信系统和数字通信系统，它们在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但与模拟通信相比，数字通信具有许多优良的特性，因而数字通信的发展速度已明显超过了模拟通信，成为当代通信技术的主流。数字信号的传输方式可分为数字基带传输和数字带通传输。近几十年来，卫星通信凭借着其通信距离远、覆盖地域广、传输质量好通信容量大，并且具有地址连接能力等优点成为了现代信息社会的一种重要通信手段。数字带通传输作为这个领域极为重要的一个方面，也得到了迅速的发展。所谓的数字带通传输（载波调制或数字调制）是用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程[1]。又由于数字信息有二进制和多进制之分，因此数字调制可分为二进制调制和多进制调制。其中多进制数字调制是利用多进制数字基带信号去调制载波的振幅、频率或相位，由于多进制数字调制信号的被调参数在一个码元宽度内有多个可能的取值[2]，因此与二进制数字调制系统相比，具有以下两个特点：（1）在相同的信道码元传输速率下，M进制系统的信息传输速率是二进制系统的倍[2]；（2）在相同的信息速率（比特率）下，由于多进制方式的信道传输速率比二进制低，因而多进制信号码元的持续时间要比二进制宽，从而增加信号码元的能量，也能减小由于信道特性引起的码间干扰的影响[2]。随着社会对信息传输要求的增长和现代技术的发展，多进制数字调制已经得到了广泛应用。1.2QPSK技术的发展与应用本科毕业设计说明书（论文）2第2页共32页和二进制类似的，基本的多进制键控也有ASK、FSK、PSK、DPSK等几种。相应的键控方式可记为多进制振幅键控（MASK）、多进制频移键控（MFSK）、多进制相移键控（MPSK）、多进制差分相移键控（MDPSK）等[3]。下面将主要讨论多进制相移键控中较为普遍的正交相移键控QPSK。正交相移键控QPSK是MPSK的一种特殊情况，其英文全称是QuadraturePhaseShiftKeying，由于它是利用载波的四种不同的相位差来表示输入的数字信息[3]，所以又称四相相移键控（4PSK）。在QPSK体制中，它相邻的两个码元信号的最大的相位差达到180°。由于这样的突然变化在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏，这是我们所不希望的。所以为了降低此这个相位的突然变动，在两个比特的时序上，我们要把两个正交分量的半个码元进行错开，这样就不会一起发生变化了，如此调整后邻近的两个码元的相位差的最大值就会变为，于是就减小了信号的振幅的上下变化，这种键控方式就是偏置正交相移键控（OQPSK）[3]。除此之外，还有正交差分相移键控（QDPSK），它的二进制信息的产生方法与QPSK差不多，但是要将输入的绝对码先经过码变换器变换成相对码后再去调制载波；而它的解调方法主要利用的是极性比较法和相位比较法。还有就是在QPSK基础上发展起来的一种线性窄带数字调制技术（π/4相移QPSK），它在码元转换时刻的相位突变限于π/4或3π/4,这种调制技术不会因为180°相位突变而引起包络的起伏,因此它的频谱利用率更高，频谱特性更好[3]。当然在QPSK技术的基础上所扩展的技术不仅限于这些，这里就不一一举例了。现今，QPSK技术应用是极为广泛的。在宽带接入、数字卫星通信系统、微波通信系统及有线电视上行传输与移动通信中[4]，我们都可以看到QPSK技术的身影。经过综合考虑信号传输的抗干扰性、传输效率、天线尺寸等多种因素后，科学家一致认为最好的传输方式就是QPSK数字传输，因此我国的数字电视和卫星广播都采用了QPSK调制技术。其中日本及欧洲国家则更早地将其应用于数字电视中。要实现卫星电视的数字化,必须在卫视传输中采用效率很高的调制器和非常有技术含量的压缩器,我国现在使用的PAL制彩色电视就是采用625行/50场的压缩技术，它的视频带宽已经达到5MHz。依据4B2B2的标准,625行/50场的亮度信号(Y)的取样频率为13.5MHz,每个色差信号(R-Y)和(B-Y)的取样频率均为6.75MHz。如果利用四相相移键控(QPSK)调制就可以使传输带