4PSK调制信号在高斯信道下的性能仿真论文.

4PSK调制信号在高斯信道下的性能仿真。（中原工学院 电子信息学院 河南郑州）摘要: 在数字信号的调制方式中4PSK是目前最常用的一种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。调制技术是通信领域里非常重要的环节，一种好的调制技术不仅可以节约频谱资源而且可以提供良好的通信性能。4PSK调制是一种具有较高频带利用率和良好的抗噪声性能的调制方式，在数字移动通信中已经得到了广泛的应用。本次设计在理解4PSK调制解调原理的基础上应用MATLAB语言来完成仿真，仿真出了4PSK的调制以及解调的仿真图，包括已调信号的波形，解调后的信号波形，眼图和误码率。在仿真的基础上分析比较了各种调制方法的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。关键字 4PSK 调制解调 MATLAB 分析与仿真一 引言随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。本文中提到的调制方式大都是可以实用的，已经采用多年，并且至今仍然被采用着。但是，这些调制方法还不是很完善，有许多值得改进之处。因此，在这些基本的数字调制方法基础上，多年来不断研究出新的或改进调制方法。实际上，在基本的和先进的调制方法之间并没有明确的界限。这些方法都是不间断地发展出来的，后来者自然比原有者更先进。此外，随着技术的进步，特别是超大规模集成电路和数字信号处理技术的发展，使得复杂的电路设计得以用少量的几块即成电路模块实现，有些硬件电路的功能还可以用软件代替实现。因此使得一些较复杂的调制技术能够容易地实现并投入使用。这方面的条件使得新的更复杂的调制体制迅速地不断涌现。目前，改进的数字调制方式主要有偏置正交相移键控，/4正交差分相移键控，最小频移键控，高斯最小频移键控，正交频分复用，网格编码调制等，这里对最小频移键控作一介绍。二 4PSK的调制与解调四进制绝对相移键控(4PSK)直接利用载波的四种不同相位来表示数字信息。如图1所示参考相位000o11 180o01 270o10 90o45o 11135o 0100225o10315o参考相位图1 4PSK信号相位矢量图由于每一种相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一比特用a来表示，后一比特用b表示，则双比特ab与载波相位的关系入下表1：表1 双比特ab与载波相位的关系双比特码元载波相位（n） abA方式B方式000o225o1090o315 o11180o45 o01270o135 o四进制信号可等效为两个正交载波进行双边带调制所得信号之和。这样，就把数字调相和线性调制联系起来，为四相波形的产生提供依据。（1）4PSK调制原理： 4PSK的调制方法有正交调制方式（双路二相调制合成法或直接调相法）、相位选择法、插入脉冲法等。这里我们采用正交调制方式。4PSK的正交调制原理如图2：串/并变换单/双极性换单/双极性换移相/2载波震荡+acosctsinct-+输入4PSK输出b图2 4PSK正交调制原理方框图它可以看成是由两个载波正交的2PSK调制器构成的。图中串/并变换器将输入的二进制序列分为速度减半的两个并行双极性序列a和b（a,b码元在事件上是对齐的），再分别进行极性变换，把极性码变为双极性码（0-1，1+1）然后分别调制到cosct和sinct两个载波上，两路相乘器输出的信号是相互正交的抑制载波的双边带调制（DSB）信号，其相位与各路码元的极性有关，分别由a和b码元决定。经相加电路后输出两路的合成波形，即是4PSK信号。图中两个乘法器，其中一个用于产生0o与180o两种相位状态，另一个用于产生90o与270o两种相位状态，相加后就可以得到45o，135o，225o，和315o四种相位（2）4PSK解调原理4PSK信号是两个载波正交的2PSK信号的合成。所以，可以仿照2PSK相干检测法，用两个正交的相干载波分别检测两个分量 a和b，然后还原成二进制双比特串行数字信号。此法称作极性比较法（相干解调加码反变换器方式或相干正交解调发）如图3带通滤波器低通滤波器抽样判决抽样判决并/串变换正交载波源4PSK输入yi(t)yB(t)cosctsinctyA(t)zB(t)xA(t)zA(t)xB(t)ab位定时低通滤波器图3 4PSK信号解调器原理方图在不考虑噪声及传输畸变时，接收机输入的4PSK信号码元可表示为 （2.2.1）表2 抽样判决器的判决准则输入相位的极性的极性判决器输出+11-+01-00+-10判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0.两路抽样判决器输出a、b，经并/串变换器就可将并行数据恢复成串行数据如表2所示。三 4PSK调制解调系统仿真1利用MATLAB进行仿真程序如下：clearSNR=0:1:14;for k=1:15M=250; for l=1:MN=80; F=10; n=0; cntError=0; m=1:1:10;s0=sin(2*pi*m/F);s0=s0; s1=sin(2*pi*m/F+pi/2);s1=s1;s2=sin(2*pi*m/F+pi);s2=s2;s3=sin(2*pi*m/F+3*pi/2);s3=s3;source=randsrc(1,N,0,1,2,3;.25,.25,.25,.25);for i=1:Nfor j=1:Fmodsrc(j+(i-1)*F)=sin(pi/2*source(i)+2*pi*j/F);endendmodsrcnoise=awgn(modsrc,SNR(k),4);for i=1:Nx=modsrcnoise(i-1)*F+(1:F);if x*s0-x*s1=0&x*s0-x*s2=0&x*s0-x*s3=0;receive(i)=0;elseif x*s1-x*s00&x*s1-x*s2=0&x*s1-x*s3=0; receive(i)=1;elseif x*s2-x*s00&x*s2-x*s10&x*s2-x*s3=0; receive(i)=2; else receive(i)=3; endendfor i=1:Nif source(i)=receive(i);elsecntError=cntError+1;endendn=n+N;ErrorRate(l)=cntError/n;endErrorRatesum(k)=0;for i=1:MErrorRatesum(k)=ErrorRatesum(k)+ErrorRate(i);endErrorRateave(k)=1/M*ErrorRatesum(k);endsemilogy(SNR,ErrorRateave,o);grid onhold onENR=10.(SNR/10);for i=1:15syms tf=1/sqrt(2*pi)*exp(-t.2/2);p(1,i)=int(f,t,-sqrt(ENR(i),inf);endp=double(p);p=1-p.2;semilogy(SNR,p);title(BER of 4psk);legend(simulation,theory);xlabel(SNR);ylabel(BER);2.仿真结果如下：3.结果分析4PSK误码率的计算 对于4PSK其有图1表示两种形式。对于第二种4PSK的表达式为： （4.1.1）即： （4.1.2）已知PSK信号数字表达式为： （4.1.3）计算可得2PSK误码率为： （4.1.4）故4PSK系统误码率为： 四 总结在通信和信息传输系统、工业自动化或电子工程技术中，调制和解调应用最为广泛。本文研究了4PSK的调制和解调原理，以及利用MATLAB对其调制和解调进行了编程和编译仿真，得到的结论和理论上是一致的。简单而且快捷。同时利用MATLAB中的SIMYULINK对4PSK的通信系统进行了仿真研究了其传输的特性，及传输中噪声对系统的影响。而调制和解调的基本原理是利用信号与系统的频域分析和傅里叶变换的基本性质，将信号的频谱进行搬移，使之满足一定需要，从而完成信号的传输或处理。调制与解调又分模拟和数字两种，在现代通信中，调制器的载波信号几乎都是正弦信号，数字基带信号通过调制器改变正弦载波信号的幅度、频率或相位，产生幅度键控（ASK）、相位键控（PSK）、频率键控（FSK）信号，或同时改变正弦载波信号的几个参数，产生复合调制信号。本文主要介绍基于Matlab对4PSK进制的调制仿真实现本研究。通信中信道的信噪比设置越大信噪传输越理想，与理论上是相符合的。五 参考文献1 Vinay K.Ingle,数字信号处理及其MATLAB实现.电子工业出版社，1998 2 Sanjit K.Miltra, Digital Signal Process