在matlab上的的QPSK調(diào)制與解調(diào)仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上QPSK的調(diào)制與解調(diào)電路的MATLAB實現(xiàn) 摘 要本課程設計主要討論了QPSK的調(diào)制解調(diào)原理，分析了它們的調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)過程的程序設計。在課程設計中，系統(tǒng)開發(fā)平臺為Windows 2000，程序運行平臺為MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺。用Simulink構建QPSK調(diào)制與解調(diào)電路仿真模型，得到調(diào)制、解調(diào)信號，繪制調(diào)制前后頻譜圖，分析QPSK在各種噪聲信道中的性能。程序運行初步實現(xiàn)了QPSK的調(diào)制解調(diào)，其所得結果基本與理論結果一致。關鍵詞 Simulink；調(diào)制解調(diào)；QPSK；目 錄專心-專注-專業(yè)1.前言1.1QPSK系統(tǒng)的應用背景簡介QPSK是英文Q

2、uadrature 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19世紀80年代初期,人們選用恒定包絡數(shù)字調(diào)制。這類數(shù)字調(diào)制技術的優(yōu)點是已調(diào)信號具有相對窄的功率譜和對放大設備沒有線性要求,不足之處是其頻譜利用率低于線性調(diào)制技術。19世紀80年代中期以后,四相絕對移相鍵控(QPSK)技術以其抗干擾性能強、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。1.2 QPSK實驗仿真的意義通過完成設計內(nèi)容， 復習QPSK調(diào)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

3、中最基礎的方法。了解QPSK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準及計算方法。同時還要復習隨機信號中時域用自相關函數(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QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，并使用MATLAB編程實現(xiàn)QPSK信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編程的基礎知識和編程的常用算法以及使用MATLAB仿真系統(tǒng)的注意事項，并鍛煉自己的編程能力，通過編程完成QPSK調(diào)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

4、，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一層的了解QPSK以至其他調(diào)制方式的原理和實現(xiàn)方法?？梢苑奖銓W生進行測試和對比。足不出戶便可以做實驗。1.3 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MATLAB 6.0或者以上版本即可。（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.構建一個理想信道基本QPSK仿真系統(tǒng),要求仿真結果有a.基帶輸入波形及其功率譜 b.QPSK信號及其功率譜 c.QPSK信號星

5、座圖 2.構建一個在AWGN（高斯白噪聲）信道條件下的QPSK仿真系統(tǒng)，要求仿真結果有a.QPSK信號及其功率譜 b.QPSK信號星座圖c.高斯白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比例下繪制3驗可選做擴展內(nèi)容要求：構建一個先經(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QPSK仿真系統(tǒng)，要求仿真結果有a.QPSK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，并和二.2.c中所要求的誤碼性能曲線在同一坐標比例下繪制2系統(tǒng)實現(xiàn)框圖和分

6、析2.1、QPSK調(diào)制部分原理框圖如圖1所示1（t）QPSK信號s（t）二進制數(shù)據(jù)序列極性NRZ電平編碼器分離器 2（t） 圖2-1原理分析：基本原理及系統(tǒng)結構 QPSK與二進制PSK一樣，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/4, 3/4,5/4,和7/4。相應的，可將發(fā)射信號定義為 0tTSi（t） 0。， 其他其中，i1，2，2，4；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QPSK信

7、號的產(chǎn)生和檢測。如果a為典型的QPSK發(fā)射機框圖。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分別用和表示。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），2（t）。這樣就得到一對二進制PSK信號。1（t）和2（t）的正交性使這兩個信號可以被獨立地檢測。最后

8、，將這兩個二進制PSK信號相加，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)送二進制序列的估計判決門限低通filrer判決門限復接器接收信 號x（t）低通filrer 2（t） 正交信道 門限0 圖2-2原理分析： QPSK接收機由一對共輸入地相關器組成。這兩個相關器分別提供本地產(chǎn)生地相干參考信號1（t）和2（t）。相關器接收信號x（t），相關器輸出地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0。；類似地。如果正交通道也是如此判決輸出。最后同相信道和

9、正交信道輸出這兩個二進制數(shù)據(jù)序列被復加器合并，重新得到原始的二進制序列。在AWGN信道中，判決結果具有最小的負號差錯概率。3實驗結果及分析根據(jù)圖1和圖2的流程框圖設計仿真程序，得出結果并且分析如下：3.1、理想信道下的仿真實驗結果如圖3所示 圖3-1實驗結果分析：如圖上結果顯示，完成了QPSK信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)的結果沒有誤碼。3.2、高斯信道下的仿真結果如圖4所示：圖3-2實驗結果分析：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信號的星座圖。在高斯噪聲的

10、影響下，調(diào)制信號的波形發(fā)生了明顯的變化，其功率譜密度函數(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。3.3、先通過瑞利衰落信道再通過高斯信道的仿真。實驗結果如圖5所示：圖3-3實驗結果分析：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。4致謝感謝指導老師趙老師對我們

11、的指導，幫我們解決了不少的問題。也感謝隊友之間的相互合作。希望以后再接再厲，努力學習。參考文獻1 曹志剛，錢亞生QPSK及其解調(diào)北京：清華大學出版社，19922 黃正BPSK，QPSK及其解調(diào)電光系統(tǒng)，2003，103 (1):43-473 黃文梅，熊桂林，楊勇信號分析與處理MATLAB語言及應用長沙：國防科技大學出版社，20004鄧華.MATLAB通信仿真及應用實例詳解：北京:人民郵電出版社，2003 5 李賀冰Simulink通信仿真教程北京：國防工業(yè)出版社，20065附錄% 調(diào)相法clear allclose allt=-1:0.01:7-0.01;tt=length(t);x1=one

12、s(1,800);for i=1:tt if (t(i)>=-1 & t(i)<=1) | (t(i)>=5& t(i)<=7); x1(i)=1; else x1(i)=-1; endendt1=0:0.01:8-0.01;t2=0:0.01:7-0.01;t3=-1:0.01:7.1-0.01;t4=0:0.01:8.1-0.01;tt1=length(t1);x2=ones(1,800);for i=1:tt1 if (t1(i)>=0 & t1(i)<=2) | (t1(i)>=4& t1(i)<=8);

13、x2(i)=1; else x2(i)=-1; endendf=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f);y1=conv(x1,xrc)/5.5;y2=conv(x2,xrc)/5.5;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*

14、t3);q_rc=y2.*sin(2*pi*f1*t4);I_rc=i_rc(101:800);Q_rc=q_rc(1:700);QPSK_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_

15、rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel('合成序列');subplot(4,1,4);plot(t2,QPSK_rc_n1);axis(-1 8 -1 1);ylabel('加入噪聲');效果圖：% 設定 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

16、9;,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;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;n0=rand(size(t1);I_rc=data_I2_rc.*cos(2*pi*f1*t1);Q_rc=data_Q2_rc.*sin(2*pi*f

17、1*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*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=0:0.05:1e3-0.05;t3=0:0.1:1e3-0.1;% 抽樣判決data_reco

18、ver=;for i=1:20:10000 data_recover=data_recover I(i:1:i+19) Q(i:1:i+19);end;bit_recover=;for i=1:20:20000 if sum(data_recover(i:i+19)>0 data_recover_a(i:i+19)=1; bit_recover=bit_recover 1; else data_recover_a(i:i+19)=-1; bit_recover=bit_recover -1; endenderror=0;dd = -2*bit_in+1;ddd=dd'ddd1=r

19、epmat(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(0 100 -2 2);title('解調(diào)后序列');效果圖：% 設定 T=1, 不加噪聲clear all

20、close 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=0:0.1:1e3-0.1;f=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(

21、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*f1*t1);I_recover=conv(I_demo,xrc);Q_r

22、ecover=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);endfigure(1)subplot(4,1,1);plot(t3,I);

23、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_err_prb(i)=pb; smld_symbol_err_prb(

24、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);legend

25、('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 temp=rand; if (temp<0.25) dsource1(i)=0; dsource2(i)=0; elseif (temp<0.5) dsource1(i)=0; dsource2(i)=1;