SIMULINK的QPSK傳輸系統(tǒng)仿真

1、一 設計內容用matlab的.m文件或simulink設計一個QPSK調制解調傳輸系統(tǒng)。包括01碼的產生，NRZ編碼，串并變換，QPSK調制解調，高斯信道，低通濾波器，判決器，并串變換。二 QPSK系統(tǒng)描述QPSK 信號的產生與得到可以分為調制和解調兩個部分。QPSK 信號的產生方法有兩種：第一種是用相乘電路，第二種是選擇法。這里我們采用第一種方法產生 QPSK 信號，輸入的基帶信號被“串/并變換”電路變成兩路碼元 a 和 b，再分別和正交載波相乘。a(0)、a(1)和 b(0)、b(1)碼元分別表示二進制“0”、“1”，這兩路信號在相加電路中相加后得到輸出矢量 s(t)。QPSK 的解調原理

2、，由于 QPSK 信號可以看作是兩個正交 2PSK 信號的疊加，所以用兩路正交的相干載波去解調，可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號。相干解調后的并行碼元 a 和 b，經過并/串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。QPSK 的基本傳輸模型如下圖所示：any(t)d s(t)and(t)dn碼型變換相乘器發(fā)送濾波器信道C(w)接收濾波器抽樣判決反碼變換n(t)圖1 QPSK信號傳輸模型三 系統(tǒng)分析與設計1、QPSK調制原理在QPSK調制中，QPSK信號可以看作兩個載波正交的2PSK調制器構成。串/并轉變器將輸入的二進制序列分為速率減半的兩個雙極性序列，然后分別對sin(wct)和cos(wct)調制，

3、相加后得到 QPSK 調制信號。QPSK同相支路和正交支路可分別采用相干解調方式解調，得到I(t)和Q(t)。經抽樣判決和并/串轉換器，將上、下支路得到的并行數(shù)據(jù)恢復成串行數(shù)據(jù)。QPSK調制框圖如圖2所示。S(t)cos(wct)-sin(wct)Q(t)I(t)A(t)串/并變 換相乘電路/2相移相干載波產生相加電路相乘電路圖2 QPSK調制框圖2、QPSK解調原理在QPSK解調中，正交支路和同相支路分別設置兩個相關器（或匹配濾波器），得到I(t)和Q(t) ，經電平判決和并/串變換后即可恢復原始信息。I(t)-sin(wct)cos(wct)s(t)相乘低通抽判/2載波提取定時提取相乘低通

4、判決并/串Q(t)A(t)圖3 QPSK相干解調框圖從發(fā)射機發(fā)射的已調信號經過傳輸媒介傳播到接收端，接收機接收到的已調信號為:SQPSK(t)=I(t)cos(wct)+Q(t)sin(wct)I(t)、Q(t)分別為同相和正交支路，wc為載波頻率，那么相干解調后，同相支路相乘可得：Ii(t)=SQPSK(t) cos(wct) =I(t) cos(wct)+Q(t) sin(wct) cos(wct) =I(t) cos2(wct)+Q(t) sin(wct)2 =I(t)2-Itcos2wct2+Q(t) sin(2wct)2正交支路相乘可得：Qq(t)=SQPSK(t)sin(wct)

5、=I(t) cos(wct)+Q(t) sin(wct) sin(wct) =I(t) sin(wct)* cos(wct)+ Q(t) sin2(wct) =I(t) sin(2wct)2-Qtcos2wct2+Q(t) 2經低通濾波器可得：Ii(t)= I(t)2 Qq(t)= Q(t) 2四 各功能模塊主要界面1、 信源的產生在搭建QPSK調制解調系統(tǒng)中直接使用貝努力信號發(fā)生器產生01比特序列，每兩比特代表一個符號。伯努利隨機生成二進制 Generator 模塊使用伯努利分布的二進制數(shù)字。產生參數(shù)為p的伯努利分布。伯努利分布均值為1 p，方差為p(1 P)。一個零概率參數(shù)指定p，可以是任

6、何0和1之間的實數(shù)。圖4 Bernoulli Binary Generator圖5 Bernoulli Binary Generator 模塊參數(shù)設置2、 串/并轉換器圖6 串并轉換器此模塊組是實現(xiàn)將一路串信號按照奇數(shù)位輸出，按照偶數(shù)位輸出另一路信號，即所謂的串/并轉換器。圖7 Buffer模塊參數(shù)設置圖8 Unipolar to Bipolar Converter 模塊參數(shù)設置圖9 Multiport Selector 模塊參數(shù)設置3、 正弦相干載波發(fā)生器圖10 正弦相干載波發(fā)生器圖11 Sine Wave模塊參數(shù)設置4、 QPSK調制部分圖12 SimulinkQPSK調制部分5、 AWG

7、N信道部分圖13 SimulinkAWGN信道部分圖14 AWGN 模塊參數(shù)設置6、 QPSK解調部分圖15 QPSK解調部分解調部分參數(shù)設置如下：圖16 Digital Filter Design 模塊參數(shù)設置圖 17 Pulse Generator 參數(shù)設置圖18 Sample and Hold 模塊參數(shù)設置圖19 Switch參數(shù)設置7、 QPSK傳輸系統(tǒng)總圖圖20 Simulink 總連線圖五 Simulink仿真結果圖1、Bernoulli Binary Generator 信源發(fā)送的波形圖圖20 輸入A(t)數(shù)字信號序列2、對于基帶數(shù)字信號有串并電路分別為AI(t),AQ(t)兩個

8、并行序列圖 22 A(t)經過串并轉換、雙極性變換的序列AI(t),AQ(t)3、相干載波的波形圖23 0 相位的正弦載波信號sin(wct) ，相位正弦載波信號-cos(wct)4、經過雙極性轉換的一路信號與相位為 0 的正弦載波相乘，另一路與相位為的正弦載波相乘，相乘后的波形如圖。圖24 AI(t)經載波相干后的信號,AQ(t)經載波相干后的信號5、調制后的波形圖25 A(t)經調制后的QPSK信號AQPSK(t)6、QPSK 信號加兩路正弦載波進行相干解調，解調后的信號AI(t)，AQ(t)的波形圖26 0 相位載波相干后信號AI(t)，相位載波相干后信號AQ(t)7、兩路雙極性信號AI

9、(t)、AQ(t)通過低通濾波器濾除噪聲圖27 雙極性AI(t)、AQ(t)濾除噪聲后波形8、 整形后AI(t)、AQ(t)的兩路波形圖28雙極性AI(t)、AQ(t)整形后波形9、 利用 sign 函數(shù)進行歸一化調整幅值圖29雙極性AI(t)、AQ(t)歸一化幅值后波形10、 通過 switch 元件將兩路信號判斷出是否為信號源發(fā)出的波形圖30 AI(t)、AQ(t)中選取的波形圖11、通過 sum 將信號的兩路信號，轉換成一路二進制雙極性信號，即此時的信號為 QPSK 信號解調后的信號。圖31 雙極性信號的解調信號12、轉換成一路二進制單極性信號，即為QPSK信號解調后 AQPSK(t)圖

10、32 解調信號AQPSK(t)13、QPSK發(fā)送信號與接收解調信號比較圖33發(fā)送信號A(t)與解調后信號AQPSK(t)14、調制后的信號A(t)的功率譜圖34 A(t)信號功率譜15、解調后的信號功率譜圖35 解調后的信號AQPSK(t)功率譜16、濾波器頻譜圖36 低通濾波器頻譜+17、系統(tǒng)差錯率計算模塊圖37 系統(tǒng)差錯率顯示器18、QPSK信號星座圖+圖38 QPSK信號星座圖六 總結此課程設計讓我深刻的理解到數(shù)字信號QPSK 的調制以及解調過程，熟悉了 Matlab 編程以及 Simulink 仿真的實際應用，對于之前一直模糊的 Matlab 軟件的使用有改善。利用 Matlab 中 Simulink 中的 Library Browser 提供的元器件來構造圖形實現(xiàn)QPSK的系統(tǒng)設計，并輸出誤碼率，信道中的噪聲為高斯白噪聲。系統(tǒng)設計及仿真的內容是QPSK傳輸系統(tǒng)設計，對QPSK的調制部分以及解調部分的原理圖有了很深刻的印象，弄清楚了QPSK的工作原理，和二進制的數(shù)字調制相比，多進制數(shù)字調制的頻譜利用率更高。本次系統(tǒng)設計，