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基于MATLAB的QPSK信号调制技术及其频谱分析

  2.绪论

  2.1通信的概念

  通信就是克服距离上的障碍,从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的,是信息的物理表现,例如,语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息由模拟消息(如语音、图像等)以及数字消息(如数据、文字等)之分。所有消息必须在转换成电信号(通常简称为信号)后才能在通信系统中传输。所以,信号(Signal)是传输消息的手段,信号是消息的物资载体。

  相应的信号可以分为模拟信号和数字信号,模拟信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是连续的,如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的,但幅度是离散的,如计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。

  数字通信系统较模拟通信系统而言,具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而,数字通信更能适应对通信技术的高要求。

  2.2通信的发展史简介

  远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报标志着电通信的开始。之后,利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝耳发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递,使信息的传递变得既迅速又准确,这标志着模拟通信的开始,由于它比电报更便于交流使用,所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报得到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现,使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替,现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。

  2.3数字调制的发展现状和趋势

  进入21世纪以来,随着晶体管、集成电路的出现及普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶,随着人造地球卫星的发射,大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世,通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。

  (1)微波中继通信使长距离。大容量的通信成为现实。

  (2)移动通信和卫星通信的出现,使人们随时随地可以通信的愿望可以实现。

  (3)光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。

  (4)电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次,借助现在电信网和计算机的融合,人们将世界变成了地球村。

  (5)微电子技术的发展,使通信终端的体积越来越小,成本越来越低,范围越来越广。

  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,各种技术会不断的应用于通信领域,各种新的通信业务将不断的被开发出来,到那时候人们的生活越来越离不开通信了。

  3. QPSK调制解调的基本原理设计

  3.1 2PSK数字调制原理

  2PSK信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态,通常规定0相位载波和π相位载波分别表示传"1"和传"0"。

  2PSK码元序列的波形与载频和码元持续时间之间的关系有关。当一个码元中包含有整数个载波周期时,在相邻码元的边界处波形是不连续的,或者说相位是不连续的。当一个码元中包含的载波周期数比整数个周期多半个周期时,则相位连续。当载波的初始相位差90度时,即余弦波改为正弦波时,结果类似。以上说明,相邻码元的相位是否连续与相邻码元的初始相位是否相同不可混为一谈。只有当一个码元中包含有整数个载波周期时,相邻码元边界处的相位跳变才是由调制引起的相位变化。

  2PSK信号的产生方法主要有两种。第一种叫相乘法,是用二进制基带不归零矩形脉冲信号与载波相乘,得到相位反相的两种码元。第二种方法叫选择法,是用此基带信号控制一个开关电路,以选择输入信号,开关电路的输入信号是相位相差 的同频载波。这两种方法的复杂程度差不多,并且都可以用数字信号处理器实现。

  3.2 3QPSK-OQPSK的调制解调原理

  OQPSK信号,它的频带利用率较高,理论值达1b/s/Hz。但当码组0011或0110时,产生180°的载波相位跳变。这种相位跳变引起包络起伏,当通过非线性部件后,使已经滤除的带外分量又被恢复出来,导致频谱扩展,增加对相邻波道的干扰。为了消除180°的相位跳变,在QPSK基础上提出了OQPSK。

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