现代移动通信中的调制技术研究及Matlab实现

现代移动通信中的调制技术研究及 Matlab实现姓名：郑雪 王璐 江丹摘要调制技术是任何频带通信中最重要的一项技术。现代移动通信系统都使用数字调制技术，数字调制技术的改进也是通信系统性能提高的重要途径。现代主要的调制技术有 ASK、 FSK、 PSK，以及以这些基本调制技术为基础的新型调制系统 QPSK、MSK、 QAM等。下面我们将概述其中的新型调制技术。然后运用 matlab仿真软件对其进行编程仿真，通过仿真图形观察调制过程中各环节时域波形现代移动通信中的调制技术研究及 Matlab实现四相相移键控 (QPSK)最小频移键控 (MSK)正交幅度调制 (QAM)也叫四进制相位键控，该信号的正弦载波有四个可能的离散相位状态，每个载波相位携带 2个二进制符号Si(t)=Acos(2πft+θi)=Acos(2πft) cosθi-Asin( 2πft) sinθi又 ∵ cosθi=± 1/√2 sinθi=1/√2∴ Si(t)= A/√2 [I(t)cos(2πft)-Q(t) sin( 2πft)]星座图基带信号波形 I( t)及 Q(t)这两路码元在时间上是对齐的，称这两支路为同相支路及正交支路，将它们分别对正交载波 coswt和 -sinwt进行 BPSK调制，两路的 BPSK相加即可得 QPSK信号四相相位键控( QPSK)也称之为正交 PSK，其调制及解调原理如上图所示。从图中可以看出：如果输入的二进制信息码流(假设 +1V为逻辑 1， -1V为逻辑 0)串行进入比特分离器，产生 2个码流以并行方式输出，分别被送入 I(正交支路)通道及 Q(同相支路)通道，又各自经过一个平衡调制器，与一个和参考振荡器同频的正交的载波 ()调制形成了四相相移键控信号即得到平衡调制器的输出信号后，经过一个带通滤波器，然后再进行信号叠加，可以得到已经调制的 QPSK信号。调制原理电平产生载波发生器串 — 并变换90度移相电平产生二进制信息 已调信号AcosπfctAsinπfctI(t)Q(t)QPSK调制原理将二进制序列进行串并变换，其实质是完成二进制与四进制符号的变换。每一组双比特码与四进制符号之一相对应，而每个四进制符号又与 QPSK信号的载波相位 θi 相对应将二进制序列转换为二进制不归零序列QPSK相对于 BPSK和 DQPSK， OQPSK的优缺点QPSK相对 BPSK说，从它的功率谱看大大节约了带宽，主要是主瓣的带宽缩短了一半，但是它和 BPSK一样要用相干解调，要恢复载波，就会存在相位模糊的问题，所以引入 DQPSK，OQPSK解决了这个问题另外， QPSK的载波相位和双比特码之间的关系正好符合格雷码的相位逻辑，这样就减少了误比特率最小频移键控(MSK) 最小频移键控 MSK(Minimum Shift Keying)信号是2FSK的改进。 MSK的 “ 最小 (Minimum )” 二字指的是这种调制方式能以最小的调制指数 (h=0.5)获得正交的调制信号 。1.MSK信号的频率间隔设 f1与 f2分别表示符号 “ 0” 与 “ 1” 的两个 FSK信号频率，这两个频率的频率间隔为 △ =f1-f2。调制指数记为 h,h= △ ▪Tb=1/2,因此我们有f1=fc+1/2 △=fc+1/(4Tb) , 表示符号 1f2=fc-1/2 △=fc-1/(4Tb) , 表示符号 0其中， fc=(f1+f2)/2为两个信号频率中心。则 f1-f2=1/(2Tb)为 正交 2FSK最小频率间隔 。一 .MSK信号的基本原理 一 .MSK信号的基本原理 2.MSK波形表示形式。下面是其中一种：(2.1) f为载波频率， A为振幅，相位 a(t)携带了所有的信息，其中a(t)=a(0)+2π(±1/2 △)t=a(0) ±(πt)/(2Tb), 0≤t ≤Tb (2.2)“+” 号表示输入符号 “ 1” ， “ -” 表示输入符号“ 0” ， a(0)为 t=0时刻的相位。 一 .MSK信号的基本原理 3.MSK信号的相位连续性 从 (2.2 )式可以看出，在一个码元周期内，其基带相位总是线性累积 ±π/2 ，因此码元终止位与起始相位之差也是 ±π/2 。如果一个码元是 “ 1” 那么在该码元周期内， 2π(f2-fc)Tb=π/2, 基带相位均匀增加π/2 ，在码元末尾处基带相位比码元开始处基带相位要大 π/2 。相反如果一个码元是 “ 0” ， 2π(f1-fc)Tb=π/2 那么在该码元周期内，基带相位均匀减小 π/2 ，即在码元末尾处基带相位比码元开始处基带相位要小 π/2 。当 t=2nTb时， a(t)=0或 π ，当 t=(2n+1)Tb时， a(t)= π/2 或 - π/2, 其中 n为正整数。二 .MSK信号的产生 由 (2.1)可知 ,MSK信号可以用 两个正交的分量 表示：s(t)=b1a1(t)+b2a2(t) ,0≤t≤Tb (2.3)其中， b1=cos[a(0)], b2=-sin[a(Tb)]a1(t)=cos(πt/2Tb)cos(2πfct), - Tb≤t≤Tba2(t)=sin(πt/2Tb)sin(2πfct), 0≤t≤2Tb 即 s(t)图 2-1 MSK信号的产生方法之一二 .MSK信号的产生 三 .MSK调制的优点总结 MSK是一种在无线移动通信中很有吸引力的数字调制方式，是由 2FSK信号的改进而来，因为它有以下两种主要的优点 :(一 )信号能量的 99. 5%被限制在数据传输速率的1.5倍的带宽内。谱密度随频率 (远离信号带宽中心 )倒数的四次幂而下降，而通常的离散相位 FSK信号的谱密度却随频率倒数的平方下降。因此，MSK信号在带外产生的干扰非常小。这正是限带工作情况下所希望有的宝贵特点。 三 .MSK调制的优点总结(二 )信号包络是恒定的，系统可以使用廉价高效的非线性器件。从相位路径的角度来看， MSK属于线性连续相位路径数字调制，是连续相位频移键控 (CPFSK)的一种特殊情况，有时也叫做最小频移键控(MSK )。正交幅度调制( QAM)QAM与 QPSK定义及特点表达式星座图Matlab实现一、 QAM定义及特点 定义： 用两个独立的基带波形对两个 相互正交 的同频载波 进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱的正交性来实现两路并行的数字信息的传输。正交载波 和 特点： 各码元之间不仅幅度不同，相位也不同，属于幅度和相位相结合的调制方式。 u一般表达式设同相和正交支路的基带数字信号分别是 和 ，则 MQAM信号 为：其中 为码元间隔， 和 为同相和正交支路的多电平码元，一般取幅度间隔相等的双极性码，如 ， …二、 QAM表达式u矢量表达示MQAM信号波形可表示为两个归一化 正交基函数 的线性星座图合，即其中， 两个归一化正交基函数 为MQAM信号波形的 二维矢量二、 QAM表达式三、 QAM星座图 信号矢量端点的分布图称