基于matlab的qpsk系統(tǒng)仿真設(shè)計與實現(xiàn)

1、通信系統(tǒng)仿真設(shè)計實訓報告1. 課題名稱： 基于MATLAB的QPSK（統(tǒng)仿真設(shè)計與實現(xiàn)學生學號：學生姓名：所在班級：任課教師：2016年10月25日系統(tǒng)的應用背景簡介 3QPSK實驗仿真的意義 3實驗平臺和實驗內(nèi)容 3實驗平臺 3實驗內(nèi)容 3二、系統(tǒng)實現(xiàn)框圖和分析 4、QPS網(wǎng)制部分， 4、QPS解調(diào)部分 5三、實驗結(jié)果及分析 6、理想信道下的仿真 6、高斯信道下的仿真 7、先通過瑞利衰落信道再通過高斯信道的仿真 8總結(jié)：10參考文獻：11附錄12系統(tǒng)的應用背景簡介QPSK1英文Quadrature Phase Shift Keying的縮略語簡稱，意為正交相移 鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式。在

2、19世紀80年代初期，人們選用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào) 制。這類數(shù)字調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點是已調(diào)信號具有相對窄的功率譜和對放大設(shè)備沒有 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80年代中期以后，四相絕對移相鍵控（QPSK贖術(shù)以其抗干擾性能強、誤碼性能好、頻譜利用率 高等優(yōu)點，廣泛應用于數(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 通信及有線電視系統(tǒng)之中。QPS演驗仿真的意義通過完成設(shè)計內(nèi)容，復習QPSK制解調(diào)的基本原理，同時也要復習通信系 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QPS的實現(xiàn)方法及 數(shù)學原理。并對“通信”這個概念有個整體的理解，學習數(shù)字調(diào)制中誤碼率測試的標

3、準及計算方法。同時還要復習隨機信號中時域用自相關(guān)函數(shù)，頻域用功率譜密度來描述平穩(wěn)隨機過程的特性等基礎(chǔ)知識，來理解高斯信道中噪聲的表示方 法，以便在編程中使用。理解QPSKI制解調(diào)的基本原理，并使用MATLAB程實現(xiàn)QPSKT號在高斯信道 和瑞利衰落信道下傳輸，以及該方式的誤碼率測試。復習MATLAB程的基礎(chǔ)知識 和編程的常用算法以及使用MATLAB真系統(tǒng)的注意事項，并鍛煉自己的編程能 力，通過編程完成QPS蠲制解調(diào)系統(tǒng)的仿真，以及誤碼率測試，并得出響應波形。 在完成要求任務的條件下，嘗試優(yōu)化程序。通過本次實驗，除了和隊友培養(yǎng)了默契學到了知識之外，還可以將次實驗作 為一種推廣，讓更多的學生來深入

4、一層的了解QPSKZ至其他調(diào)制方式的原理和實 現(xiàn)方法。可以方便學生進行測試和對比。足不出戶便可以做實驗。實驗平臺和實驗內(nèi)容1.3.1 實驗平臺本實驗是基于Matlab的軟件仿真，只需PC機上安裝MATLABE者以上版本 即可。（本實驗附帶基于 Matlab Simulink（模塊化）仿真，如需使用必須安裝simulink 模塊）1.3.2 實驗內(nèi)容1 .構(gòu)建一個理想信道基本 QPSK&真系統(tǒng),要求仿真結(jié)果有a.基帶輸入波形及其功率譜信號及其功率譜信號星座圖2 .構(gòu)建一個在AWGN高斯白噪聲）信道條件下的 QPS劭真系統(tǒng)，要求仿真 結(jié)果有信號及其功率譜信號星座圖c.高斯白噪聲信道條件下的

5、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比例下繪制3驗可選做擴展內(nèi)容要求：構(gòu)建一個先經(jīng)過Rayleigh （瑞利衰落信道），再通過AWGN高斯白噪聲）信 道條件下的條件下的QPS助真系統(tǒng)，要求仿真結(jié)果有信號及其功率譜b.通過瑞利衰落信道之前和之后的信號星座圖，前后進行比較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 .中所要 求的誤碼性能曲線在同一坐標比例下繪制、系統(tǒng)實現(xiàn)框圖和分析、QPS演制部分，原理框圖如圖1所示1 «）=2Tcos（2 fct）二進制數(shù)據(jù)序列.極性NRZ電平編碼器.分離器2=廨5M2fct)原理分析：基本原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)QP

6、SK與二進制PS樣，傳輸信號包含的信息都存在于相位中。的別的載波 相位取四個等間隔值之一，如 ji/4, 3ji/4,5 ji/4,和7ji /4。相應的，可將發(fā)射 信號定義為I/2 E /1 cos2 ft (2 i 1) / 4 0 <t <TSi (t)0 1 o,其他其中，i =1, 2, 2, 4; E為發(fā)射信號的每個符號的能量，T為符號持續(xù)時間，載 波頻率f等于nc/T, nc為固定整數(shù)。每一個可能的相位值對應于一個特定的二 位組。例如，可用前述的一組相位值來表示格雷碼的一組二位組：10, 00, 01,11。下面介紹QPSKS號的產(chǎn)生和檢測。如果a為典型的QPS儂射機

7、框圖。輸入 的二進制數(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 號1和0分別用JEb和-JE7表示。接著，該二進制波形被分接器分成兩個分別 由輸入序列的奇數(shù)位偶數(shù)位組成的彼此獨立的二進制波形，這兩個二進制波形分 別用a1 (t),和a2 (t)表示。容易注意到，在任何一信號時間問隔內(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。這兩個二進制波形a1 (t),和a2 (t)被用來調(diào)制一對正交載波或者說正交基本函數(shù)：1(t)=4cos(2 fct) ,2 (t)=4sin(2 fct)。這樣就得到一對二進制 PSK信號。1 (t)和2

8、 (t)的正交性使這兩個信號可以被獨立地檢測。最后，將這兩個二進制PSK信號相加，從而得期望的QPSK、QPSKS調(diào)部分,原理框圖如圖2所示:1 (t)同相信道門限=02 (t)正交信道門限=0圖2原理分析：QPSK接收機由一對共輸入地相關(guān)器組成。這兩個相關(guān)器分別提供本地產(chǎn)生地相干參考信號1 (t)和2 (t)0相關(guān)器接收信號x (t),相關(guān)器輸出地x1和x2被用來與門限值0進行比較。如果x1>0,則判決同相信道地輸出為符號1;如 果x1<0 ,則判決同相信道的輸出為符號 00 ；類似地。如果正交通道也是如此判 決輸出。最后同相信道和正交信道輸出這兩個二進制數(shù)據(jù)序列被復加器合并，重

9、新得到原始的二進制序列。在AWG陸道中，判決結(jié)果具有最小的負號差錯概率。三、實驗結(jié)果及分析根據(jù)圖1和圖2的流程框圖設(shè)計仿真程序，得出結(jié)果并且分析如下：、理想信道下的仿真，實驗結(jié)果如圖 3所示圖3實驗結(jié)果分析：如圖上結(jié)果顯示，完成了 QPSK®號在理想信道上的調(diào)制，傳輸，解調(diào)的過 程，由于調(diào)制過程中加進了載波，因此調(diào)制信號的功率譜密度會發(fā)生變化。 并且 可以看出調(diào)制解調(diào)的結(jié)果沒有誤碼。、高斯信道下的仿真，結(jié)果如圖4所示：實驗結(jié)果分析：由圖4可以得到高斯信道下的調(diào)制信號，高斯噪聲，調(diào)制輸出功率譜密度曲 線和QPSK言號的星座圖。在高斯噪聲的影響下，調(diào)制信號的波形發(fā)生了明顯的變化，其功率譜

10、密度函 數(shù)相對于圖1中的調(diào)制信號的功率譜密度只發(fā)生了微小的變化， 原因在于高斯噪 聲是一個均值為0的白噪聲，在各個頻率上其功率是均勻的，因此此結(jié)果是真確 的。星座圖反映可接收信號早高斯噪聲的影響下發(fā)生了誤碼，但是大部分還是保持了原來的特性。、先通過瑞利衰落信道再通過高斯信道的仿真。實驗結(jié)果如圖5所示：圖5實驗結(jié)果分析：由圖5可以得到瑞利衰落信道前后的星座圖， 調(diào)制信號的曲線圖及其功率譜 密度。最后顯示的是高斯信道和瑞利衰落信道的誤碼率對比。 由圖可知瑞利衰落 信道下的誤碼率比高斯信道下的誤碼率高。至此，仿真實驗就全部完成。結(jié)論本論文運用MATLA葉的動態(tài)仿真工具箱Simulink仿真實現(xiàn)了 P

11、CM（統(tǒng)的 全部過程。根據(jù)PCMS統(tǒng)的組成原理，在Simulink模塊庫中找到相應的模塊， 然后選擇合適的模塊以及設(shè)置適當?shù)膮?shù)， 建立了 PCM1信系統(tǒng)的仿真模型，最 后在給定仿真的條件下，運行了仿真系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明：1 .在正常的信噪比條件下，該通信系統(tǒng)失真較小，達到了預期的目的。仿真工具箱操作簡單方便、調(diào)試直觀，為通信系統(tǒng)的軟件仿真實現(xiàn)提供了 極大的方便。參考文獻：1、MATLAE®典陳杰等編著電子工業(yè)出版社2、MATLAI©號處理劉波，文忠，曾涯編著北京電子工業(yè)出版社3、數(shù)字信號處理的MATLA加現(xiàn)萬永革編著北京科學出版社4、網(wǎng)上資料附錄MATLAB!序%調(diào)相法c

12、lear allclose allt=-1：；tt=length(t);x1=ones(1,800);for i=1:ttif (t(i)>=-1 & t(i)<=1) | (t(i)>=5& t(i)<=7);x1(i)=1;else x1(i)=-1; endend t1=0:;t2=0:;t3=-1二 i=1:tt1if (t1(i)>=0 & t1(i)<=2) | (t1(i)>=4& t1(i)<=8);x2(i)=1;else x2(i)=-1;endendf=0:1;xrc=+*cos(pi*f);

13、y1=conv(x1,xrc)/;y2=conv(x2,xrc)/;n0=randn(size(t2);f1=1;i=x1.*cos(2*pi*f1*t);q=x2.*sin(2*pi*f1*t1);I=i(101:800);Q=q(1:700);QPSK=sqrt(1/2).*I+sqrt(1/2).*Q;QPSK_n=(sqrt(1/2).*I+sqrt(1/2).*Q)+n0;n1=randn(size(t2);i_rc=y1.*cos(2*pi*f1*t3);q_rc=y2.*sin(2*pi*f1*t4);I_rc=i_rc(101:800);Q_rc=q_rc(1:700);QPS

14、K_rc=(sqrt(1/2).*I_rc+sqrt(1/2).*Q_rc);QPSK_rc_n1=QPSK_rc+n1;figure(1)subplot(4,1,1);plot(t3,i_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel('a序列')；subplot(4,1,2);plot(t4,q_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel('b序列')；subplot(4,1,3);plot(t2,QPSK_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel('合成序列)；subplot(4,1,4);plot(t2,QPSK_rc

15、_n1);axis(-1 8 -1 1);ylabel('加入噪聲');效果圖:%設(shè)定T=1,加入高斯噪聲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=1:1e4data_I2(i)=data_I1(i);d

16、ata_Q2(i)=data_Q1(i);end;f=0:1;xrc=+*cos(pi*f);data_I2_rc=conv(data_I2,xrc)/;data_Q2_rc=conv(data_Q2,xrc)/;f1=1;t1=0:1e3+;n0=rand(size(t1);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);QPSK_rc_n0=QPSK_rc+n0;%解調(diào)I_demo=QPSK_rc_n0.*cos(2*pi*

17、f1*t1);Q_demo=QPSK_rc_n0.*sin(2*pi*f1*t1);%低通濾波I_recover=conv(I_demo,xrc);Q_recover=conv(Q_demo,xrc);I=I_recover(11:10010);Q=Q_recover(11:10010);t2=0:;t3=0:;%抽樣判決data_recover=;for i=1:20:10000data_recover=data_recover I(i:1:i+19) Q(i:1:i+19);end;bit_recover=;for i=1:20:20000if sum(data_recover(i:i+1

18、9)>0data_recover_a(i:i+19)=1;bit_recover=bit_recover 1;elsedata_recover_a(i:i+19)=-1;bit_recover=bit_recover -1;endenderror=0;dd = -2*bit_in+1;ddd=dd'ddd1=repmat(ddd,20,1);for i=1:2e4ddd2(i)=ddd1(i);endfor i=1:1e3if bit_recover(i)=ddd(i)error=error+1;endendp=error/1000;figure(1)subplot(2,1,1)

19、;plot(t2,ddd2);axis(0 100 -2 2);title('subplot(2,1,2);plot(t2,data_recover_a);axis(0 100 -2 2);title(原序列');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、9;,20,1);data_Q1=repmat(data_Q',20,1);for i=1:1e4data_I2(i)=data_I1(i);data_Q2(i)=data_Q1(i);end;t=0:;f=0:1;xrc=+*cos(pi*f);data_I2_rc=conv(data_I2,xrc)/;data_Q2_rc=conv(data_Q2,xrc)/;f1=1;t1=0:1e3+;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

21、/2).*Q_rc);%解調(diào)I_demo=QPSK_rc.*cos(2*pi*f1*t1);Q_demo=QPSK_rc.*sin(2*pi*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:;t3=0:;data_recover=;fo門=1:20:10000data_recover=data_recover I(i:1:i+19) Q(i:1:i+19);end;ddd = -2*bit_in+1;ddd1=repmat(

22、ddd',10,1);for i=1:1e4ddd2(i)=ddd1(i);endfigure(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:% QPSKi碼率分析SNRindB1=0:2:10;SNRindB2=0:10;for i=1:length(SNRin

23、dB1)pb,ps=cm_sm32(SNRindB1(i);smld_bit_err_prb(i)=pb;smld_symbol_err_prb(i)=ps;end;for i=1:length(SNRindB2)SNR=exp(SNRindB2(i)*10g(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);legend('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=10A(SNRindB/10);sgma=sqrt(E/SNR)/