多进制调制系统MPSK性能仿真
内容与要求
| 本课题要求用MATLAB产生独立等概信源，对信源进行MPSK调制，调制阶数自行设定。将调制信号送入高斯白噪声信道，接收端解调后得到解调信号，与发送信号分析比较，分析MPSK在高斯信道中的性能，计算传输过程中的误码率。上述过程可采用编写程序代码或Simulink模块仿真的方法实现。 |
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简单介绍
MPSK调制是一种基于相位调制和正交调制的数字调制方式，具有高效传输和抗噪声干扰的特点，适用于数字通信系统中的信号调制和解调。
正交调制是一种常用的数字调制方式，其原理基于将数字信息信号与正弦/余弦信号进行正交相乘得到调制信号。
具体来说，正交调制通常使用正弦/余弦函数作为调制载波，也称为正交载波。正交载波是一组相互正交的信号，其中一个信号的周期是另一个信号的两倍。在正交调制中，数字信息信号会分为两路，分别与正弦/余弦信号相乘，得到两个正交的调制信号。这两个调制信号分别代表数字信息信号的实部和虚部。两路调制信号可以通过I/Q调制器得到，即将调制信号分别乘以正弦/余弦信号，并将两路信号相加。[3]
正交调制的特点是能够将数字信息信号在一个较窄的带宽内进行传输，同时具有抗噪声干扰的能力。在接收端，需要使用与发送端相同的正交载波解调出数字信息信号。通过将接收到的正交调制信号分别与正弦/余弦信号相乘，得到两路信号，分别代表数字信息信号的实部和虚部。然后将两路信号相加，即可得到原始数字信息信号。
相位调制是一种常用的数字调制方式，其原理基于改变载波信号的相位来表示数字信息。
具体来说，相位调制通常使用正弦波或余弦波作为载波信号，通过改变载波信号的相位来表示数字信息。在相位调制中，数字信息信号的离散样本会被映射到载波相位上，通常采用将数字信息信号转换为二进制位流，并将每一位映射到一个相位上。最常见的相位调制方式包括二进制相移键控（Binary Phase Shift Keying，BPSK）、四进制相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）、八进制相移键控（8-PSK）等。
在发送端，相位调制的信号可以通过将数字信息信号的二进制位流映射到不同的相位上，得到一组离散的调制符号。通过对每个符号乘以载波信号，可以得到相位调制信号。在接收端，接收到的相位调制信号需要进行解调，以获得原始数字信息信号。在解调中，通常采用鉴相器（coherent detector）或非鉴相器（non-coherent detector）来检测相位，从而将接收到的相位调制信号转换为数字信息信号。
正交调制和相位调制的区别
正交调制和相位调制都是数字通信中常用的调制方式，它们之间的区别如下：
1.调制方式不同：
正交调制是指将数字信号分成两路，分别用正弦和余弦信号调制成两个正交的载波，形成正交调制信号；而相位调制是指将数字信号用正弦波调制成相位不同的载波，形成相位调制信号。
2.载波形式不同：
正交调制中，两个正交的载波分别是正弦和余弦波，而相位调制中，载波一般只是正弦波。
3.信号传输方式不同：
正交调制中，两个正交的载波同时传输，每个载波上携带了一路数字信号，因此在接收端需要进行解调得到两路数字信号；而相位调制中，只有一个载波在传输，但其相位发生了变化，因此接收端只需要检测载波相位变化即可得到数字信号。
4.抗噪声性能不同：
由于正交调制中使用了两个正交的载波，因此其相对于相位调制而言具有更好的抗噪声能力。
MATLAB实现方案一
% 设置参数
M = 8; % MPSK调制阶数
N = 10000; % 信源符号个数
SNR = 10; % 信噪比（dB）
% 产生随机信源符号
bits = randi([0 M-1], N,1); %产生单极性信源
M = 8; % 调制阶数
mod_signal = pskmod(bits, M); % 进行MPSK调制
% 高斯白噪声信道模拟
noisy_signal = awgn(mod_signal, SNR);
% MPSK解调
demod_signal = pskdemod(noisy_signal, M);
% 生成MPSK星座图
constellation = exp(1j*2*pi*(0:M-1)/M);
figure;
plot(constellation, 'o');
title('MPSK Constellation');
axis square;上述代码进行了一个使用MATKLAB的库函数进行了一个基本的调制解调。但并不能完成主要任务。
MATLAB实现方案二
根据该MPSK调制的框架进行设计：
1、生成基带信号：在调制前，需要先生成基带信号，其载频为零，信号通常是离散的复数序列。
2、将基带信号进行调制：通过将基带信号与正弦波或余弦波相乘，得到调制后的信号。
3、对调制信号进行滤波：为了去除调制后信号中的高频成分，需要对信号进行滤波。
4、将滤波后的信号进行射频变换：将滤波后的信号进行射频变换，使其在射频带宽内。
5、对射频信号进行功率放大：为了增强信号的传输能力，需要对射频信号进行功率放大。
6、将射频信号通过天线发送出去。
MPSK调制的解调过程如下：
1、接收到调制信号：将接收到的信号通过天线接收。
对接收到的信号进行射频变换：将接收到的信号进行射频变换，使其转换为基带信号。
2、对基带信号进行滤波：为了去除信号中的高频成分，需要对信号进行滤波。
3、对滤波后的信号进行解调：通过将信号与参考信号相乘，得到解调后的信号。
4、对解调后的信号进行采样：将解调后的信号进行采样，得到离散的复数序列。
5、对采样后的信号进行判决：通过将采样后的信号与已知符号进行比较，判断其代表的是哪个符号。
6、得到原始数据：通过将判决后的符号序列进行解码，得到原始数据。
结果
调制信号波形图
调制信号单边功率谱密度图
误码率性能曲线图
可以根据误码率性能曲线估算出系统的误码率极限，即在给定的信噪比下，系统能够达到的最小误码率。这个极限值通常被称为误码率底线或误码率门限。
由于本人学术水平有限，可能会存在谬误，敬请指教。