利用MATLAB實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制及解調(diào)

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題目：利用matlab實(shí)現(xiàn)qpsk調(diào)制及解調(diào)姓 名： 院 系： 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電子信息工程09-1 學(xué) 號(hào)： 540901030154 指導(dǎo)教師： 趙紅梅 成 績(jī)： 時(shí)間： 2012 年 6 月 18 日至 2012 年 6 月 22 日鄭州輕工業(yè)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)題目 利用matlab實(shí)現(xiàn)qpsk調(diào)制及解調(diào) 專業(yè)班級(jí) 電子信息工程09級(jí) 1班 學(xué)號(hào) 54 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：已知數(shù)字信號(hào)1011000101101011，碼元速率為2400波特，載波頻率為1200hz，利用matlab畫(huà)出qpsk調(diào)制波形

2、，并畫(huà)出調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)高斯信道傳輸后解調(diào)波形及接收誤碼率，將其與理論值進(jìn)行比較?；疽螅?、 通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，鞏固通信原理qpsk調(diào)制的有關(guān)知識(shí)；2、 熟悉qpsk產(chǎn)生原理；3、 熟悉高斯信道的建模及qpsk解調(diào)原理；4、 熟悉誤碼率的蒙特卡羅仿真；5、 學(xué)會(huì)用matlab來(lái)進(jìn)行通信系統(tǒng)仿真。主要參考資料：主要參考資料：1、王秉鈞等. 通信原理m.北京：清華大學(xué)出版社，2006.112、陳懷琛.數(shù)字信號(hào)處理教程-matlab釋義與實(shí)現(xiàn)m.北京：電子工業(yè)出版社,2004.完 成 期 限： 2012.6.182012.6.23 指導(dǎo)教師簽名： 課程負(fù)責(zé)人簽名： 2012年 6月 16日目 錄一 前

3、言41.1qpsk系統(tǒng)的應(yīng)用背景簡(jiǎn)介41.2 qpsk實(shí)驗(yàn)仿真的意義41.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容41.3.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)41.3.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖和分析52.1、qpsk調(diào)制部分，52.2、qpsk解調(diào)部分6三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析73.1、理想信道下的仿真73.2、高斯信道下的仿真83.3、先通過(guò)瑞利衰落信道再通過(guò)高斯信道的仿真9參考文獻(xiàn)：11附錄12基于matlab的qpsk仿真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一 前言1.1qpsk系統(tǒng)的應(yīng)用背景簡(jiǎn)介qpsk是英文quadrature phase shift keying的縮略語(yǔ)簡(jiǎn)稱，意為正交相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式。在19世紀(jì)80年代初期,人們選用恒定包

4、絡(luò)數(shù)字調(diào)制。這類數(shù)字調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已調(diào)信號(hào)具有相對(duì)窄的功率譜和對(duì)放大設(shè)備沒(méi)有線性要求,不足之處是其頻譜利用率低于線性調(diào)制技術(shù)。19世紀(jì)80年代中期以后,四相絕對(duì)移相鍵控(qpsk)技術(shù)以其抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于數(shù)字微波通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶接入、移動(dòng)通信及有線電視系統(tǒng)之中。1.2 qpsk實(shí)驗(yàn)仿真的意義通過(guò)完成設(shè)計(jì)內(nèi)容， 復(fù)習(xí)qpsk調(diào)制解調(diào)的基本原理，同時(shí)也要復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)的主要組成部分，了解調(diào)制解調(diào)方式中最基礎(chǔ)的方法。了解qpsk的實(shí)現(xiàn)方法及數(shù)學(xué)原理。并對(duì)“通信”這個(gè)概念有個(gè)整體的理解，學(xué)習(xí)數(shù)字調(diào)制中誤碼率測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法。同時(shí)還要復(fù)習(xí)隨機(jī)信

5、號(hào)中時(shí)域用自相關(guān)函數(shù)，頻域用功率譜密度來(lái)描述平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的特性等基礎(chǔ)知識(shí)，來(lái)理解高斯信道中噪聲的表示方法，以便在編程中使用。 理解qpsk調(diào)制解調(diào)的基本原理，并使用matlab編程實(shí)現(xiàn)qpsk信號(hào)在高斯信道和瑞利衰落信道下傳輸，以及該方式的誤碼率測(cè)試。復(fù)習(xí)matlab編程的基礎(chǔ)知識(shí)和編程的常用算法以及使用matlab仿真系統(tǒng)的注意事項(xiàng)，并鍛煉自己的編程能力，通過(guò)編程完成qpsk調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真，以及誤碼率測(cè)試，并得出響應(yīng)波形。在完成要求任務(wù)的條件下，嘗試優(yōu)化程序。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，除了和隊(duì)友培養(yǎng)了默契學(xué)到了知識(shí)之外，還可以將次實(shí)驗(yàn)作為一種推廣，讓更多的學(xué)生來(lái)深入一層的了解qpsk以至其他調(diào)制方式

6、的原理和實(shí)現(xiàn)方法?？梢苑奖銓W(xué)生進(jìn)行測(cè)試和對(duì)比。足不出戶便可以做實(shí)驗(yàn)。1.3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.3.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)本實(shí)驗(yàn)是基于matlab的軟件仿真，只需pc機(jī)上安裝matlab 6.0或者以上版本即可。（本實(shí)驗(yàn)附帶基于matlab simulink （模塊化）仿真，如需使用必須安裝simulink 模塊）1.3.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.構(gòu)建一個(gè)理想信道基本qpsk仿真系統(tǒng),要求仿真結(jié)果有a.基帶輸入波形及其功率譜 b.qpsk信號(hào)及其功率譜 c.qpsk信號(hào)星座圖 2.構(gòu)建一個(gè)在awgn（高斯白噪聲）信道條件下的qpsk仿真系統(tǒng)，要求仿真結(jié)果有a.qpsk信號(hào)及其功率譜 b.qpsk信號(hào)星座圖c.高斯白

7、噪聲信道條件下的誤碼性能以及高斯白噪聲的理論曲線，要求所有誤碼性能曲線在同一坐標(biāo)比例下繪制3驗(yàn)可選做擴(kuò)展內(nèi)容要求：構(gòu)建一個(gè)先經(jīng)過(guò)rayleigh（瑞利衰落信道），再通過(guò)awgn（高斯白噪聲）信道條件下的條件下的qpsk仿真系統(tǒng)，要求仿真結(jié)果有a.qpsk信號(hào)及其功率譜 b.通過(guò)瑞利衰落信道之前和之后的信號(hào)星座圖，前后進(jìn)行比較c.在瑞利衰落信道和在高斯白噪聲條件下的誤碼性能曲線，并和二.2.c中所要求的誤碼性能曲線在同一坐標(biāo)比例下繪制二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖和分析2.1、qpsk調(diào)制部分，原理框圖如圖1所示1（t）qpsk信號(hào)s（t）二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列極性nrz電平編碼器分離器 2（t） 圖1原理分析：基本

8、原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) qpsk與二進(jìn)制psk一樣，傳輸信號(hào)包含的信息都存在于相位中。的別的載波相位取四個(gè)等間隔值之一，如/4, 3/4,5/4,和7/4。相應(yīng)的，可將發(fā)射信號(hào)定義為 0ttsi（t） 0。， 其他其中，i1，2，2，4；e為發(fā)射信號(hào)的每個(gè)符號(hào)的能量，t為符號(hào)持續(xù)時(shí)間，載波頻率f等于nc/t，nc為固定整數(shù)。每一個(gè)可能的相位值對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的二位組。例如，可用前述的一組相位值來(lái)表示格雷碼的一組二位組：10，00，01，11。下面介紹qpsk信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)。如果a為典型的qpsk發(fā)射機(jī)框圖。輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列首先被不歸零（nrz）電平編碼轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為極性形式，即負(fù)號(hào)1和0分別用和表示

9、。接著，該二進(jìn)制波形被分接器分成兩個(gè)分別由輸入序列的奇數(shù)位偶數(shù)位組成的彼此獨(dú)立的二進(jìn)制波形，這兩個(gè)二進(jìn)制波形分別用a1（t），和a2（t）表示。容易注意到，在任何一信號(hào)時(shí)間間隔內(nèi)a1（t），和a2（t）的幅度恰好分別等于si1和 si2，即由發(fā)送的二位組決定。這兩個(gè)二進(jìn)制波形a1（t），和a2（t）被用來(lái)調(diào)制一對(duì)正交載波或者說(shuō)正交基本函數(shù)：1（t），2（t）。這樣就得到一對(duì)二進(jìn)制psk信號(hào)。1（t）和2（t）的正交性使這兩個(gè)信號(hào)可以被獨(dú)立地檢測(cè)。最后，將這兩個(gè)二進(jìn)制psk信號(hào)相加，從而得期望的qpsk。2.2、qpsk解調(diào)部分，原理框圖如圖2所示： 1（t） 同相信道 門限0發(fā)送二進(jìn)制序列的估

10、計(jì)判決門限低通filrer判決門限復(fù)接器接收信 號(hào)x（t）低通filrer 2（t） 正交信道 門限0 圖2原理分析： qpsk接收機(jī)由一對(duì)共輸入地相關(guān)器組成。這兩個(gè)相關(guān)器分別提供本地產(chǎn)生地相干參考信號(hào)1（t）和2（t）。相關(guān)器接收信號(hào)x（t），相關(guān)器輸出地x1和x2被用來(lái)與門限值0進(jìn)行比較。如果x10,則判決同相信道地輸出為符號(hào)1；如果x1=-1 & t(i)=5& t(i)=0 & t1(i)=4& t1(i)0 data_recover_a(i:i+19)=1; bit_recover=bit_recover 1; else data_recover_a(i:i+19)=-1; bit_

11、recover=bit_recover -1; endenderror=0;dd = -2*bit_in+1;ddd=dd;ddd1=repmat(ddd,20,1);for i=1:2e4 ddd2(i)=ddd1(i);endfor i=1:1e3 if bit_recover(i)=ddd(i) error=error+1; endendp=error/1000;figure(1)subplot(2,1,1);plot(t2,ddd2);axis(0 100 -2 2);title(原序列);subplot(2,1,2);plot(t2,data_recover_a);axis(0 10

12、0 -2 2);title(解調(diào)后序列);效果圖：% 設(shè)定 t=1, 不加噪聲clear allclose all% 調(diào)制bit_in = randint(1e3, 1, 0 1);bit_i = bit_in(1:2:1e3);bit_q = bit_in(2:2:1e3);data_i = -2*bit_i+1;data_q = -2*bit_q+1;data_i1=repmat(data_i,20,1);data_q1=repmat(data_q,20,1);for i=1:1e4 data_i2(i)=data_i1(i); data_q2(i)=data_q1(i);end;t=0:

13、0.1:1e3-0.1;f=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f);data_i2_rc=conv(data_i2,xrc)/5.5;data_q2_rc=conv(data_q2,xrc)/5.5;f1=1;t1=0:0.1:1e3+0.9;i_rc=data_i2_rc.*cos(2*pi*f1*t1);q_rc=data_q2_rc.*sin(2*pi*f1*t1);qpsk_rc=(sqrt(1/2).*i_rc+sqrt(1/2).*q_rc);% 解調(diào)i_demo=qpsk_rc.*cos(2*pi*f1*t1);q_demo=qpsk_rc.*sin(2*pi

14、*f1*t1);i_recover=conv(i_demo,xrc);q_recover=conv(q_demo,xrc);i=i_recover(11:10010);q=q_recover(11:10010);t2=0:0.05:1e3-0.05;t3=0:0.1:1e3-0.1;data_recover=;for i=1:20:10000 data_recover=data_recover i(i:1:i+19) q(i:1:i+19);end;ddd = -2*bit_in+1;ddd1=repmat(ddd,10,1);for i=1:1e4 ddd2(i)=ddd1(i);endfi

15、gure(1)subplot(4,1,1);plot(t3,i);axis(0 20 -6 6);subplot(4,1,2);plot(t3,q);axis(0 20 -6 6);subplot(4,1,3);plot(t2,data_recover);axis(0 20 -6 6);subplot(4,1,4);plot(t,ddd2);axis(0 20 -6 6);效果圖：% qpsk誤碼率分析snrindb1=0:2:10;snrindb2=0:0.1:10;for i=1:length(snrindb1) pb,ps=cm_sm32(snrindb1(i); smld_bit_er

16、r_prb(i)=pb; smld_symbol_err_prb(i)=ps;end;for i=1:length(snrindb2) snr=exp(snrindb2(i)*log(10)/10); theo_err_prb(i)=qfunct(sqrt(2*snr);end;title(qpsk誤碼率分析);semilogy(snrindb1,smld_bit_err_prb,*);axis(0 10 10e-8 1);hold on;% semilogy(snrindb1,smld_symbol_err_prb,o);semilogy(snrindb2,theo_err_prb);leg

17、end(仿真比特誤碼率,理論比特誤碼率);hold off;functiony=qfunct(x)y=(1/2)*erfc(x/sqrt(2);functionpb,ps=cm_sm32(snrindb)n=10000;e=1;snr=10(snrindb/10);sgma=sqrt(e/snr)/2;s00=1 0;s01=0 1;s11=-1 0;s10=0 -1;for i=1:n dsource1(i)=1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1; numofsymbolerror=0;numofbiterror=0;for i=1:n n=sgma*randn(s

18、ize(s00); if(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=0) r=s00+n; elseif(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=1) r=s01+n; elseif(dsource1(i)=1)&(dsource2(i)=0) r=s10+n; else r=s11+n; end; c00=dot(r,s00); c01=dot(r,s01); c10=dot(r,s10); c11=dot(r,s11); c_max=max(c00 c01 c10 c11); if (c00=c_max) decis1=0;decis2=0; elseif(c01=c_max) decis1=0;decis2=1; elseif(c10=c_max) decis1=1;decis2=0; else decis1=1;de