QPSK系統(tǒng)的誤碼率和星座圖仿真(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上MATLAB實(shí)踐報(bào)告QPSK系統(tǒng)的誤碼率和星座圖仿真一、 引言數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、絕對(duì)相移鍵控（PSK）、相對(duì)（差分）相移鍵控（DPSK）。在接收端可以采用想干解調(diào)或非相干解調(diào)還原數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。然而，實(shí)際中的大多數(shù)信道（如）無線信道具有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。通信系統(tǒng)的抗噪聲性能是指系統(tǒng)克服加性噪聲影響的能力。在數(shù)字通信系統(tǒng)中

2、，信道噪聲有可能使傳輸碼元產(chǎn)生錯(cuò)誤，錯(cuò)誤程度通常用誤碼率來衡量。因此，與分析數(shù)字基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能一樣，分析數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能，也就是求系統(tǒng)在信道噪聲干擾下的總誤碼率。誤碼率（BER：bit error ratio）是衡量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。誤碼率是指錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即誤碼率=錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)。如果有誤碼就有誤碼率。誤碼的產(chǎn)生是由于在信號(hào)傳輸中，衰變改變了的,致使信號(hào)在傳輸中遭到破壞，產(chǎn)生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他因素都會(huì)導(dǎo)致誤碼（比如傳送的信號(hào)是1，而接收到

3、的是0；反之亦然）。誤碼率是最常用的數(shù)據(jù)通信傳輸質(zhì)量指標(biāo)。它表示數(shù)字系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的式是“在多少位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯(cuò)”。誤信率，又稱誤比特率，是指錯(cuò)誤接收的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即誤比特率=錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù)。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，可靠性用誤碼率和誤比特率表示。數(shù)字調(diào)制用“星座圖”來描述，星座圖中定義了一種調(diào)制技術(shù)的兩個(gè)基本參數(shù)：（1）信號(hào)分布；（2）與調(diào)制數(shù)字比特之間的關(guān)系。星座圖中規(guī)定了星座點(diǎn)與傳輸比特間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種關(guān)系稱為“映射”，一種調(diào)制技術(shù)的特性可由信號(hào)分布和映射完全定義，即可由星座圖來完全定義。二、 QPSK系統(tǒng)的原理四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入

4、的數(shù)字信息，是四進(jìn)制移相鍵控。QPSK是在M=4時(shí)的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，分別為45°，135°，225°，275°，輸入的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)字序列，為了能和四進(jìn)制的載波配合起來，則需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，這就是說需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每兩個(gè)比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個(gè)雙比特碼元是由兩位二進(jìn)制信息比特組成，它們分別代表四進(jìn)制四個(gè)符號(hào)中的一個(gè)符號(hào)。QPSK中每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號(hào)的相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的

5、信息比特。在QPSK體制中，由其矢量圖（圖1）可以看出，錯(cuò)誤判決是由于信號(hào)矢量的相位因噪聲而發(fā)生偏離造成的。例如，設(shè)發(fā)送矢量的相位為45°，它代表基帶信號(hào)碼元“11”，若因噪聲的影響使接收矢量的相位變成135°，則將錯(cuò)判為“01”。當(dāng)不同發(fā)送矢量以等概率出現(xiàn)時(shí)，合理的判決門限應(yīng)該設(shè)定在和相鄰矢量等距離的位置。在圖中對(duì)于矢量“11”來說，判決門限應(yīng)該設(shè)在0°和90°。當(dāng)發(fā)送“11”時(shí)，接收信號(hào)矢量的相位若超出這一范圍（圖中陰影區(qū)），則將發(fā)生錯(cuò)判。0111001090°0°圖1 QPSK的噪聲容限QPSK信號(hào)的誤碼率：QPSK信號(hào)的誤比特

6、率： 圖2 QPSK系統(tǒng)原理方框圖三、 仿真實(shí)驗(yàn) 圖3 仿真實(shí)驗(yàn)框圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果（即誤碼率曲線和星座圖） 圖4 B點(diǎn)信號(hào)的星座圖圖5 C點(diǎn)信號(hào)的星座圖 圖6 誤碼率和誤比特率的理論和仿真曲線對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的簡單分析和說明圖4是B點(diǎn)信號(hào)的星座圖映射，00、01、10、11組合分別映射成-1-j,-1+j,1-j,1+j。圖5是C點(diǎn)信號(hào)的星座圖映射，它是加入噪聲后的映射結(jié)果，由圖中可以看出加入噪聲后大致以-1-j,-1+j,1-j,1+j為中心形成了近似圓的圖像，少部分點(diǎn)偏離比較嚴(yán)重，產(chǎn)生了誤差。由圖6，可見QPSK仿真誤碼率曲線和理論誤碼率曲線重合在一起，QPSK仿真誤比特率曲線和理論誤比特率曲線也重合

7、在一起，誤碼率約是誤比特率的兩倍，說明實(shí)驗(yàn)方法是正確可行的。四、 結(jié)論本次實(shí)驗(yàn)研究了數(shù)字調(diào)制方式QPSK，對(duì)其誤碼率進(jìn)行了考察。通過理論誤碼率和仿真誤碼的比較，了解了誤碼率的性能。本次實(shí)驗(yàn)還通過運(yùn)用星座圖來對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仿真。本次實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論如下：QPSK信號(hào)的誤碼率：QPSK信號(hào)的誤比特率：誤碼率是誤比特率的兩倍。附錄：1、 心得體會(huì)：本次實(shí)驗(yàn)我收獲很多，學(xué)會(huì)了應(yīng)用MATLAB來處理問題，加深了對(duì)通信原 理中部分公式和概念的理解。實(shí)驗(yàn)過程中也遇到了不少問題，在星座圖映射上，一開始將00，01，10，11看成一個(gè)整體，這樣對(duì)整體編程存在很大困難，因此后來嘗試將其分開看，并成功映射；在計(jì)算噪聲的

8、過程中，由于通信原理的知識(shí)未能牢固掌握，在分析和計(jì)算的過程中花了很多時(shí)間；實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)會(huì)了使用find函數(shù)來代替for循環(huán)的功能，從而使程序運(yùn)行更加快，大大加快了實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度。通過本次MATLAB的實(shí)踐，應(yīng)該加強(qiáng)MATLAB在各個(gè)學(xué)科的應(yīng)用，學(xué)會(huì)用MATLAB來處理實(shí)際問題。2、 程序：close allclcclear allSNR_DB=0:1:12;sum=;data= randsrc(sum,2,0 1);a1,b1=find(data(:,1)=0&data(:,2)=0);message(a1)=-1-j;a2,b2=find(data(:,1)=0&data(:,

9、2)=1);message(a2)=-1+j;a3,b3=find(data(:,1)=1&data(:,2)=0);message(a3)=1-j;a4,b4=find(data(:,1)=1&data(:,2)=1);message(a4)=1+j;scatterplot(message)title('B點(diǎn)信號(hào)的星座圖')A=1;Tb=1;Eb=A*A*Tb;P_signal=Eb/Tb;NO=Eb./(10.(SNR_DB/10);P_noise=P_signal*NO;sigma=sqrt(P_noise);for Eb_NO_id=1:length(s

10、igma) noise1=sigma(Eb_NO_id)*randn(1,sum); noise2=sigma(Eb_NO_id)*randn(1,sum); receive=message+noise1+noise2*j; resum=0; total=0; m1=find(angle(receive)<=pi/2&angle(receive)>0); remessage(1,m1)=1+j; redata(m1,1)=1; redata(m1,2)=1; m2= find( angle(receive)>pi/2&angle(receive)<=pi

11、); remessage(1,m2)=-1+j; redata(m2,1)=0; redata(m2,2)=1; m3=find( angle(receive)>-pi&angle(receive)<=-pi/2); remessage(1,m3)=-1-j; redata(m3,1)=0; redata(m3,2)=0; m4=find( angle(receive)>-pi/2&angle(receive)<=0); remessage(1,m4)=1-j; redata(m4,1)=1; redata(m4,2)=0; resum,ratio1=s

12、ymerr(data,redata); pbit(Eb_NO_id)=resum/(sum*2); total,ratio2=symerr(message,remessage); pe(Eb_NO_id)=total/sum;endscatterplot(receive)title('C點(diǎn)信號(hào)的星座圖')Pe=1-(1-1/2*erfc(sqrt(10.(SNR_DB/10)/2).2;Pbit=1/2*erfc(sqrt(10.(SNR_DB/10)/2);figure(3)semilogy(SNR_DB,pe,':s',SNR_DB,Pe,'-*',SNR_DB,pbit