PI/4-QPSK信号的调制与解调
【网学提醒】：本文主要为网上学习者提供PI/4-QPSK信号的调制与解调，希望对需要PI/4-QPSK信号的调制与解调网友有所帮助，学习一下吧!
资料包括： 论文(51页17407字) 图纸
说明：
摘 要
在以前的数字蜂窝系统中，往往采用FSK、ASK、PSK等调制方式。随着数字蜂窝系统的发展，对调制和数字蜂窝系统的技术要求越来越高, 许多优秀的调制技术应运而生，其中PI/4-QPSK技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法。
本文首先介绍了数字相位调制的一般原理；然后对PI/4-QPSK的调制原理进行了阐述，并对影响调制性能的滤波器进行了分析与研究；最后重点研究了PI/4-QPSK的三种解调方法并通过用Matlab对这一过程进行编程，得出信号在不同信噪比下模拟传输的时域图、频域图及功率谱密度曲线等，并在相同信道条件下通过眼图和误码率曲线图对PI/4-QPSK的三种解调方法进行了性能比较，得出了基带差分解调性能最差、中频差分解调性能次之、鉴频器解调性能最优的结论。
关键词 PI/4-QPSK；同相信道；正交信道；调制；差分解调
Abstract
Previous digital honeycomb system often adopt modulation way of FSK, ASK, PSK etc. Along with development of digital honeycomb system the tec- hnical criterion of modulation and demodulation will be adjusted to meet hig- her requirement. A lot of excellent modulation technology has emerged as the times require, the PI/4-QPSK is one of the most outstanding technology in radio communication.
This paper introduces the modem theory and process of the digital phase modulation first.Then studied the detection method of PI/4-QPSK and analyzed the filter which can influence the system’s performance. Finally, the process of three demodulate methods of the PI/4-QPSK was emulated .It also addresses a method for programming with Matlab to analyze the PI/4-QPSK system and descry bees how to emulate the system separately via ideal signal channel and interfered channels with different signal to noise ratio. The article analyses the dynamic and static behaviors of the PI/4-QPSK system as well as the performance against noise under the condition of Gauss noise channe1.The comparison is made on the eye pattern and curve of bit error rate between PI/4-DQPSK’s three demodulate methods under the same channel. The result of simulation shows that the performance of the baseband differential detector is less than the IF-band differential detector’s, the performance of the FM-discriminator detector is the best.
Keywords PI/4-QPSK, In-phase channel, Quadrature channel, Modulation,
Differential demodulation
目录：
摘 要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1 课题背景1
1.2 PI/4-QPSK研究现状1
1.3 PI/4-QPSK信号的产生和定义2
1.4 PI/4-QPSK的优点3
1.5 本文主要研究内容和具体工作3
第2章 数字相位调制概述及性能比较5
2.1 数字相位调制概述5
2.1.1 四相QPSK的一般原理5
2.1.2 偏移QPSK的一般原理6
2.1.3 PI/4-QPSK的一般原理8
2.2 PI/4-QPSK与QPSK、OQPSK的性能比较8
2.3 PI/4-QPSK与GMSK的性能比较9
2.4 本章小结10
第3章 PI/4-QPSK的调制11
3.1 PI/4-QPSK调制原理11
3.1.1 PI/4-QPSK信号的产生11
3.1.2 PI/4-QPSK的调制原理11
3.2 PI/4-QPSK调制过程中滤波器的选取与研究15
3.2.1 PI/4-QPSK调制方式下噪声与干扰的分析15
3.2.2 滤波器的设计与选择16
3.3 本章小结17
第四章 PI/4-QPSK的解调18
4.1 PI/4-QPSK解调原理18
4.1.1 基带差分解调18
4.1.2 中频差分解调20
4.1.3 鉴频器解调21
4.2 非相干解调与相干解调性能比较21
4.3 信道非线性对线性调制的影响23
4.4 PI/4-QPSK的误码性能分析24
4.5 本章小结25
第五章 试验仿真结果与分析26
5.1 PI/4-QPSK的调制仿真结果与分析26
5.2 PI/4-QPSK的解调仿真结果与分析29
5.2.1 基带差分解调30
5.2.2 中频差分解调31
5.2.3 鉴频器解调33
5.3 不同解调方式下性能分析35
5.3.1 从眼图方面分析35
5.3.2 从误码率曲线对比分析37
5.4 本章小结38
结 论39
参考文献40
附录142
致谢45
参考文献：
1 杨留清，张闽申，徐菊英．数字移动通信系统．北京：人民邮电大学出版社，1996，37-51
2宋文娟，殷奎喜，郝辉．PI/4-QPSK调制方式及其与GMSK调制方式的比较．电子工程师，2002，28(7)：58-62
3 郭梯云，詹道庸，杨恰．数据传输(修订本)．北京：人民邮电出版社，1998
4 李建新，刘乃安．现代通信系统分析与仿真．西安：电子科技大学出版社，2000
5 关宗安，仲从久．PI/4-DQPSK基带调制解调的DSP实现．沈阳航空工业学院学报．2004，21(4)：87-88
6 侯周国，钱盛友．基于Matlab编程的QPSK的仿真．广西师范大学学报，2005，23(1)：22-24
7 William H.Tranter．通信系统仿真原理与无线应用．北京：机械工业出版
社．2005，194-199，89-123
8 徐明远，邵玉斌．MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用．西安：电子科技大学出版社，2005
9 John G.Proakis．现代通信系统MATLAB版．刘树棠译．北京：电子工业
出版社，2005，228-242
10 樊昌信．通信原理教程．北京：电子工业出版社，2004
11 魏巍．MATLAB信息工程工具箱技术手册．北京：国防工业出版社，2004
12 林雪松，周婧，林德新．MATLAB7.0应用集锦．北京：机械工业出版社，2006
13 Dr.Kamilo Feher.PI/4-QPSK MODEMS FOR SATELLITE SOUND/DATA BROADCAST SYSTEMS.IEEE transactions on broadcasting,vol.37, no.1, march 1991
14 Yang.J,Feher.k.Nonredundant error correction for PI/4-QPSK in mobile satellite channels.Vehicular Technology Conferece,1991. ‘Gateway to the Future Technology in Motion’,41 IEEE
15 宋文娟，殷奎喜．QPSK调制解调过程中滤波器的选取与研究．无线电工程．2003，33(5)：12-14
16 蒋娜，钟洪声．PI/4-QPSK调制解调硬件实现中的误码率分析．电子工程师．2004，30(12)：39-41
17 高敏，朱克勤．高速DQPSK解调器的算法及实现．上海航天．2004，第2期：22-25
18 S Chennakeshu, G J Saulnier. Differential Detection of PI/4 Shifted DQPSK for Digital Cellular Radio, IEEE Trans on VT，1993，42(1)：69-74
19 王家文，王皓，刘海．MATLAB 7.0编程基础．北京：机械工业出版社，2005，200-248
20 郭道省，张邦宁，杨喜根．一种新的PI/4-DQPSK解调译码方案．信号处理．17(3)：222-226
21 王永纲，张万生，石江涛．基于PI/4-DQPSK的无线收发器的设计和实现．电路与系统学报，2005，10(2)：6-9
22 柯炜，殷奎喜．平滑相位的PI/4-DQPSK解调及其在移动通信系统中的
应用．电视技术．2003，第1期：88-91
作者点评：
PI/4-QPSK调制技术是QPSK及OQPSK调制技术的一种折衷，在本次毕业设计中，主要对PI/4-QPSK的调制与解调进行了研究，应用Matlab对PI/4-QPSK的调制解调过程进行仿真并对不同解调方式的性能做了分析对比。本次毕业设计中的工作及收获如下：
系统的学习了PI/4-QPSK的调制与解调原理，PI/4-QPSK的调制相对简单、方法单一，但对滤波器的要求较为严格，对于PI/4-QPSK在满足基带调制信号发射之前，要经过限制带宽和消除码间干扰(ISI)的滤波器。本文采用的升余弦滚降滤波器是满足奈奎斯特第一准则 (零ISI)的滤波器，为了实现更好的解调性能，升余弦滚降滤波的通道特性可以由两个平方根升余弦滚降滤波器来完成：一个用于发送器一侧限制发送波形，另一个用在接收器一侧提供匹配的滤波解调。
由于影响系统性能优劣的关键是解调技术，对于PI/4-QPSK的解调有相干解调和非相干解调两种基本方法，由于避免了提取载波的工作，实施起来比较简便，目前非相干解调得到了广泛的应用。本设计即采用属于非相干解调方式的差分解调及鉴频器解调实现PI/4-QPSK信号的解调。不同的解调技术由于自身存在的不可克服的缺陷，而使得解调的性能会受到一定的影响，当然不同的信道也会对解调性能产生影响。
通过Matlab仿真得出的眼图及误码率曲线可以很清晰的看出在三种基带差分解调中，基带差分解调的性能最差，中频差分解调的性能次之，鉴频器解调的性能最好。
资料包括： 论文(51页17407字) 图纸
说明：
摘 要
在以前的数字蜂窝系统中，往往采用FSK、ASK、PSK等调制方式。随着数字蜂窝系统的发展，对调制和数字蜂窝系统的技术要求越来越高, 许多优秀的调制技术应运而生，其中PI/4-QPSK技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法。
本文首先介绍了数字相位调制的一般原理；然后对PI/4-QPSK的调制原理进行了阐述，并对影响调制性能的滤波器进行了分析与研究；最后重点研究了PI/4-QPSK的三种解调方法并通过用Matlab对这一过程进行编程，得出信号在不同信噪比下模拟传输的时域图、频域图及功率谱密度曲线等，并在相同信道条件下通过眼图和误码率曲线图对PI/4-QPSK的三种解调方法进行了性能比较，得出了基带差分解调性能最差、中频差分解调性能次之、鉴频器解调性能最优的结论。
关键词 PI/4-QPSK；同相信道；正交信道；调制；差分解调
Abstract
Previous digital honeycomb system often adopt modulation way of FSK, ASK, PSK etc. Along with development of digital honeycomb system the tec- hnical criterion of modulation and demodulation will be adjusted to meet hig- her requirement. A lot of excellent modulation technology has emerged as the times require, the PI/4-QPSK is one of the most outstanding technology in radio communication.
This paper introduces the modem theory and process of the digital phase modulation first.Then studied the detection method of PI/4-QPSK and analyzed the filter which can influence the system’s performance. Finally, the process of three demodulate methods of the PI/4-QPSK was emulated .It also addresses a method for programming with Matlab to analyze the PI/4-QPSK system and descry bees how to emulate the system separately via ideal signal channel and interfered channels with different signal to noise ratio. The article analyses the dynamic and static behaviors of the PI/4-QPSK system as well as the performance against noise under the condition of Gauss noise channe1.The comparison is made on the eye pattern and curve of bit error rate between PI/4-DQPSK’s three demodulate methods under the same channel. The result of simulation shows that the performance of the baseband differential detector is less than the IF-band differential detector’s, the performance of the FM-discriminator detector is the best.
Keywords PI/4-QPSK, In-phase channel, Quadrature channel, Modulation,
Differential demodulation
目录：
摘 要I
AbstractII
第1章 绪论1
1.1 课题背景1
1.2 PI/4-QPSK研究现状1
1.3 PI/4-QPSK信号的产生和定义2
1.4 PI/4-QPSK的优点3
1.5 本文主要研究内容和具体工作3
第2章 数字相位调制概述及性能比较5
2.1 数字相位调制概述5
2.1.1 四相QPSK的一般原理5
2.1.2 偏移QPSK的一般原理6
2.1.3 PI/4-QPSK的一般原理8
2.2 PI/4-QPSK与QPSK、OQPSK的性能比较8
2.3 PI/4-QPSK与GMSK的性能比较9
2.4 本章小结10
第3章 PI/4-QPSK的调制11
3.1 PI/4-QPSK调制原理11
3.1.1 PI/4-QPSK信号的产生11
3.1.2 PI/4-QPSK的调制原理11
3.2 PI/4-QPSK调制过程中滤波器的选取与研究15
3.2.1 PI/4-QPSK调制方式下噪声与干扰的分析15
3.2.2 滤波器的设计与选择16
3.3 本章小结17
第四章 PI/4-QPSK的解调18
4.1 PI/4-QPSK解调原理18
4.1.1 基带差分解调18
4.1.2 中频差分解调20
4.1.3 鉴频器解调21
4.2 非相干解调与相干解调性能比较21
4.3 信道非线性对线性调制的影响23
4.4 PI/4-QPSK的误码性能分析24
4.5 本章小结25
第五章 试验仿真结果与分析26
5.1 PI/4-QPSK的调制仿真结果与分析26
5.2 PI/4-QPSK的解调仿真结果与分析29
5.2.1 基带差分解调30
5.2.2 中频差分解调31
5.2.3 鉴频器解调33
5.3 不同解调方式下性能分析35
5.3.1 从眼图方面分析35
5.3.2 从误码率曲线对比分析37
5.4 本章小结38
结 论39
参考文献40
附录142
致谢45
参考文献：
1 杨留清，张闽申，徐菊英．数字移动通信系统．北京：人民邮电大学出版社，1996，37-51
2宋文娟，殷奎喜，郝辉．PI/4-QPSK调制方式及其与GMSK调制方式的比较．电子工程师，2002，28(7)：58-62
3 郭梯云，詹道庸，杨恰．数据传输(修订本)．北京：人民邮电出版社，1998
4 李建新，刘乃安．现代通信系统分析与仿真．西安：电子科技大学出版社，2000
5 关宗安，仲从久．PI/4-DQPSK基带调制解调的DSP实现．沈阳航空工业学院学报．2004，21(4)：87-88
6 侯周国，钱盛友．基于Matlab编程的QPSK的仿真．广西师范大学学报，2005，23(1)：22-24
7 William H.Tranter．通信系统仿真原理与无线应用．北京：机械工业出版
社．2005，194-199，89-123
8 徐明远，邵玉斌．MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用．西安：电子科技大学出版社，2005
9 John G.Proakis．现代通信系统MATLAB版．刘树棠译．北京：电子工业
出版社，2005，228-242
10 樊昌信．通信原理教程．北京：电子工业出版社，2004
11 魏巍．MATLAB信息工程工具箱技术手册．北京：国防工业出版社，2004
12 林雪松，周婧，林德新．MATLAB7.0应用集锦．北京：机械工业出版社，2006
13 Dr.Kamilo Feher.PI/4-QPSK MODEMS FOR SATELLITE SOUND/DATA BROADCAST SYSTEMS.IEEE transactions on broadcasting,vol.37, no.1, march 1991
14 Yang.J,Feher.k.Nonredundant error correction for PI/4-QPSK in mobile satellite channels.Vehicular Technology Conferece,1991. ‘Gateway to the Future Technology in Motion’,41 IEEE
15 宋文娟，殷奎喜．QPSK调制解调过程中滤波器的选取与研究．无线电工程．2003，33(5)：12-14
16 蒋娜，钟洪声．PI/4-QPSK调制解调硬件实现中的误码率分析．电子工程师．2004，30(12)：39-41
17 高敏，朱克勤．高速DQPSK解调器的算法及实现．上海航天．2004，第2期：22-25
18 S Chennakeshu, G J Saulnier. Differential Detection of PI/4 Shifted DQPSK for Digital Cellular Radio, IEEE Trans on VT，1993，42(1)：69-74
19 王家文，王皓，刘海．MATLAB 7.0编程基础．北京：机械工业出版社，2005，200-248
20 郭道省，张邦宁，杨喜根．一种新的PI/4-DQPSK解调译码方案．信号处理．17(3)：222-226
21 王永纲，张万生，石江涛．基于PI/4-DQPSK的无线收发器的设计和实现．电路与系统学报，2005，10(2)：6-9
22 柯炜，殷奎喜．平滑相位的PI/4-DQPSK解调及其在移动通信系统中的
应用．电视技术．2003，第1期：88-91
作者点评：
PI/4-QPSK调制技术是QPSK及OQPSK调制技术的一种折衷，在本次毕业设计中，主要对PI/4-QPSK的调制与解调进行了研究，应用Matlab对PI/4-QPSK的调制解调过程进行仿真并对不同解调方式的性能做了分析对比。本次毕业设计中的工作及收获如下：
系统的学习了PI/4-QPSK的调制与解调原理，PI/4-QPSK的调制相对简单、方法单一，但对滤波器的要求较为严格，对于PI/4-QPSK在满足基带调制信号发射之前，要经过限制带宽和消除码间干扰(ISI)的滤波器。本文采用的升余弦滚降滤波器是满足奈奎斯特第一准则 (零ISI)的滤波器，为了实现更好的解调性能，升余弦滚降滤波的通道特性可以由两个平方根升余弦滚降滤波器来完成：一个用于发送器一侧限制发送波形，另一个用在接收器一侧提供匹配的滤波解调。
由于影响系统性能优劣的关键是解调技术，对于PI/4-QPSK的解调有相干解调和非相干解调两种基本方法，由于避免了提取载波的工作，实施起来比较简便，目前非相干解调得到了广泛的应用。本设计即采用属于非相干解调方式的差分解调及鉴频器解调实现PI/4-QPSK信号的解调。不同的解调技术由于自身存在的不可克服的缺陷，而使得解调的性能会受到一定的影响，当然不同的信道也会对解调性能产生影响。
通过Matlab仿真得出的眼图及误码率曲线可以很清晰的看出在三种基带差分解调中，基带差分解调的性能最差，中频差分解调的性能次之，鉴频器解调的性能最好。