QPSK調(diào)制解調(diào)的仿真

1、 通信工程專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)引言近年來(lái)，軟件無(wú)線(xiàn)電作為解決通信體制兼容性問(wèn)題的重要方法受到各方面的注意。它的中心思想是在通用的硬件平臺(tái)上，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能，包括調(diào)制解調(diào)類(lèi)型、數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議等。通過(guò)軟件的增加、修改或升級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)新的功能，充分表達(dá)了體制的靈活性、可擴(kuò)展性等。其中軟件的增加、高頻譜效率的調(diào)制解調(diào)模塊是移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，它的軟件化也是實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線(xiàn)電的重要環(huán)節(jié)。QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的縮略語(yǔ)簡(jiǎn)稱(chēng)，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,人們選用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制。這類(lèi)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)

2、窄的功率譜和對(duì)放大設(shè)備沒(méi)有線(xiàn)性要求,缺乏之處是其頻譜利用率低于線(xiàn)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(xiàn)電視系統(tǒng)之中。通過(guò)完成設(shè)計(jì)內(nèi)容， 復(fù)習(xí)QPSK調(diào)制解調(diào)的根本原理，同時(shí)也要復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)的主要組成局部，了解調(diào)制解調(diào)方式中最根底的方法。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)程的特性等根底知識(shí)，來(lái)理解高斯

3、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)的根本原理，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編程的根底知識(shí)和編程的常用算法以及使用MATLAB仿真系統(tǒng)的考前須知，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。本課設(shè)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。課設(shè)的要求是1.構(gòu)建一個(gè)理想信道根本QPSK仿真系統(tǒng),要求仿真結(jié)果有：基帶輸入波形及其功率譜;QPSK信號(hào)及其功率譜 ；QPS

4、K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)， 得出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(xiàn)，要求所有誤碼性能曲線(xiàn)在同一坐標(biāo)比例下繪制。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)制方式的原理和實(shí)現(xiàn)方法。可以方便學(xué)生進(jìn)行測(cè)試和比照。足不出戶(hù)便可以做實(shí)驗(yàn)。1 方案論證 本次課設(shè)是基于MATLAB環(huán)境下對(duì)QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在Matlab環(huán)境下有兩種仿真方案，一種是基于simulink對(duì)QPSK進(jìn)行模塊化的仿真，要求是不能直接調(diào)用軟件里面的集成模塊，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)QPS

5、K系統(tǒng)的仿真。另一種方案是在Matlab環(huán)境下，用軟件編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真，并且得出不同信道的誤碼率，并作以比擬。 1.1 方案一 在Matlab環(huán)境下，用軟件編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真。Matlab是一款由美國(guó)Math Works公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MATLAB 是一種用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。除了矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來(lái)創(chuàng)立用戶(hù)界面及與調(diào)用其它語(yǔ)言(包括C，C+和FORTRAN)編寫(xiě)的程序。我們此次可以應(yīng)用它的這種功能，在熟練掌握語(yǔ)言編程以及深刻理解QPSK的根底上

6、，嚴(yán)格按照程序仿真的流程圖對(duì)各局部進(jìn)行程序編寫(xiě)并仿真。應(yīng)用理論知識(shí)來(lái)驗(yàn)證最終的仿真結(jié)果是否正確。1.2 方案二在Matlab環(huán)境下的Simulink模塊庫(kù)中應(yīng)用模塊來(lái)搭建QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真電路模塊。在深入了解QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)理論知識(shí)的情況下，根據(jù)理論知識(shí)構(gòu)建調(diào)制解調(diào)的系統(tǒng)框圖。在此根底上選擇適宜的電路器件以及設(shè)置合理的參數(shù)，構(gòu)成調(diào)制解調(diào)的總體電路框圖。Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中只要通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口，這個(gè)創(chuàng)立過(guò)程只需單擊和

7、拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。在此根底上完成電路圖的搭建，得出仿真結(jié)果，并與實(shí)際的理論結(jié)果相比擬。1.3 方案確立在經(jīng)過(guò)詳細(xì)的考慮和比擬之后，我確立了方案一為本次課程設(shè)計(jì)的最終方案。QPSK的調(diào)制方法有兩種，分別是相乘電路法和選擇法，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，最終選擇用程序方式實(shí)現(xiàn)相乘電路的調(diào)制方式。因?yàn)樵贛atlab中應(yīng)用程序?qū)PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，一方面降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并且有效的克服了電子瓶頸的問(wèn)題。因?yàn)樵陔娮与娐分?，總體電路對(duì)參數(shù)設(shè)置是非常敏感的，一旦參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)小的偏差，將會(huì)影響到整個(gè)電路的結(jié)果。另一方面程序

8、的仿真過(guò)程中可以將主程序分為很多個(gè)子程序，將它們逐個(gè)進(jìn)行仿真，這樣不會(huì)影響到整體結(jié)果，可以逐步進(jìn)行調(diào)試。結(jié)合以上的比擬論證以及自身的能力，最終我決定用程序法來(lái)完成此次對(duì)QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真。2 仿真原理四相相位調(diào)制解調(diào)是利用載波的四種不同相位差來(lái)表征輸入的數(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°,調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)字序列 ,為了能和四進(jìn)制的載波相位配合起來(lái) ,那么需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù) ,這就是說(shuō)需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每?jī)蓚€(gè)比特分

9、成一組 ,共有四種組合 ,即 00, 01, 10, 11,其中每一組稱(chēng)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(guò)載波的四種相位來(lái)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(lái)判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。數(shù)字調(diào)制用“星座圖 來(lái)描述 ,星座圖中定義了一種調(diào)制技術(shù)的兩個(gè)根本參數(shù) : (1)信號(hào)分布; (2) 與調(diào)制數(shù)字比特之間的映射關(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(chēng)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(lái)完全定義3 。

10、在 QPSK調(diào)制中 ,QPSK信號(hào)可以看作兩個(gè)載波正交的 2PSK調(diào)制器構(gòu)成。串 /并變換器將輸入的二進(jìn)制序列分為速率減半的兩個(gè)并行的雙極性序列 ,然后分別對(duì) sinct和 cosct調(diào)制 ,相加后得到QPSK調(diào)制信號(hào)。QPSK同相支路和正交支路可分別采用相干解調(diào)方式解調(diào) ,得到 I( t)和 Q ( t)。經(jīng)抽樣判決和并 /串變換器 ,將上、下支路得到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)。21 QPSK調(diào)制原理 在 QPSK調(diào)制中 ,QPSK信號(hào)可以看作兩個(gè)載波正交的 2PSK調(diào)制器構(gòu)成。串 /并變換器將輸入的二進(jìn)制序列分為速率減半的兩個(gè)并行的雙極性序列 ,然后分別對(duì) sinct和 cosct調(diào)制 ,相

11、加后得到QPSK調(diào)制信號(hào)。QPSK同相支路和正交支路可分別采用相干解調(diào)方式解調(diào) ,得到 I( t)和 Q ( t)。經(jīng)抽樣判決和并 /串變換器 ,將上、下支路得到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)。調(diào)制原理框圖如圖2.1所示圖2.1 QPSK調(diào)制原理框圖原理分析：根本原理及系統(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 0tTSit 0 2.1.1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)

12、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。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a1t，和a2t表示。容易注意到，在任何一信號(hào)時(shí)間間隔內(nèi)a1t，和a2t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a1t，和a2t被用來(lái)調(diào)制一對(duì)正交載波或者說(shuō)正交根本函數(shù)：1t，2t。這樣就得到一對(duì)二進(jìn)制

13、PSK信號(hào)。1t和2t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)原理在 QPSK解調(diào)中 ,正交支路和同相支路分別設(shè)置兩個(gè)相關(guān)器 (或匹配濾波器 ) ,得到 I( t)和 Q ( t) ,經(jīng)電平判決和并 /串變換后即可恢復(fù)原始信息從發(fā)射機(jī)發(fā)射的已調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸媒質(zhì)傳播到接收端 ,接收機(jī)接收到的己調(diào)信號(hào)為:SQPSK( t) = I( t) cosct +Q ( t) sinct (2.2.1)I( t)、Q ( t)分別為同相和正交支路 ,c為載波頻率 ,那么相干解調(diào)后 ,同相支路相乘可得:Ii( t) = SQPSK(

14、t) cosct = I( t) cosct +Q ( t) sinctcosct =I( t) cos2wct +Q ( t) sin wct /2=I( t)/2- I( t) cos 2ct +Q ( t) sin 2ct 2.2.2正交支路相乘可得:Qq( t) = SQPSK( t) sinct = I( t) cosct +Q ( t) sinctsinct = I( t) sinct ×cosct +Q (t) sin2ct =I(t) sin 2ct/2 +Q ( t)-Q ( t) cos 2ct 2.2.3經(jīng)過(guò)低通濾波器可得:Ii( t) =0.5I( t), Q

15、q( t) =0.5Q ( t) 2.2.4 原理框圖如圖2.2所示： 1t 同相信道 門(mén)限0發(fā)送二進(jìn)制序列的估計(jì)判決門(mén)限低通filrer判決門(mén)限復(fù)接器接收信 號(hào)xt低通filrer 2t 正交信道 門(mén)限0 圖2.2 QPSK解調(diào)原理框圖原理分析：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)1t和2t。相關(guān)器接收信號(hào)xt，相關(guān)器輸出地x1和x2被用來(lái)與門(mén)限值0進(jìn)行比擬。如果x1>0,那么判決同相信道地輸出為符號(hào)1；如果x1<0 ,那么判決同相信道的輸出為符號(hào)0。；類(lèi)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(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)序

16、列被復(fù)加器合并，重新得到原始的二進(jìn)制序列。在AWGN信道中，判決結(jié)果具有最小的負(fù)號(hào)過(guò)失概率。2.3調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)總框圖 圖2.3 QPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)總框圖3 仿真與分析3.1 程序仿真流程圖程序仿真流程圖是程序仿真的步驟及大體框架，基于流程圖，我們可以有效的防止程序次序的先后問(wèn)題，將主程序分割成很多個(gè)子程序來(lái)逐一實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)格按照流程圖的次序進(jìn)行編程仿真。最終將各個(gè)子程序綜合起來(lái)實(shí)現(xiàn)最終的程序仿真。流程圖如圖3.1所示 圖3.1程序仿真流程圖3.2 QPSK調(diào)制方式的Matlab仿真I 路信號(hào)是用余弦載波，由2進(jìn)制數(shù)據(jù)流的奇數(shù)序列組成；Q路信號(hào)用正弦載波，由2進(jìn)制數(shù)據(jù)流的偶數(shù)序列組成。下面的a是

17、Idata，b就是Qdata，它們分布與各自的載波相乘分別輸出 I 路信號(hào)和 Q 路信號(hào)。I 路信號(hào)加上Q路信號(hào)就是QPSK輸出信號(hào)。當(dāng) I 路載波信號(hào)是0相位時(shí)為1，是180°相位時(shí)為0；當(dāng)Q路載波信號(hào)是0相位時(shí)為1，是180°相位時(shí)為0。調(diào)制仿真圖如圖3.2所示：圖3.2 matlab調(diào)制仿真圖3.3 QPSK解調(diào)方式Matlab仿真正交支路和同相支路分別設(shè)置兩個(gè)相關(guān)器(或匹配濾波器) ,得到I(t)和Q(t) ,經(jīng)電平判決和并/串變換后即可恢復(fù)原始信息。I_demo=QPSK_rc_n0.*cos(2*pi*f1*t1); % 解調(diào)(相干解調(diào)，與載波相乘)Q_demo

18、=QPSK_rc_n0.*sin(2*pi*f1*t1);I_recover=conv(I_demo,xrc); % 低通濾波Q_recover=conv(Q_demo,xrc);圖3.3 matlab解調(diào)仿真圖根據(jù)圖2.1和圖2.2的流程框圖設(shè)計(jì)仿真程序，得出結(jié)果并且分析如下：3.4 理想信道下的仿真 仿真結(jié)果出現(xiàn)的波形依次是基帶信號(hào)，基帶信號(hào)的功率譜密度，調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)的功率譜密度，解調(diào)輸出，解調(diào)輸出功率譜密度。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3.4所示圖3.4理想信道下的QPSK仿真結(jié)果圖3.4結(jié)果顯示，完成了QPSK信號(hào)在理想信道上的調(diào)制，傳輸，解調(diào)的過(guò)程，由于調(diào)制過(guò)程中加進(jìn)了載波，因此調(diào)制信號(hào)的功

19、率譜密度會(huì)發(fā)生變化。并且可以看出調(diào)制解調(diào)的結(jié)果沒(méi)有誤碼。3.5 高斯信道下的仿真 在高斯信道下的仿真結(jié)果出現(xiàn)的波形依次是調(diào)制信號(hào)，調(diào)制信號(hào)功率譜密度，高斯噪聲曲線(xiàn)，QPSK信號(hào)星座圖Awgn。結(jié)果如圖3.4所示：圖3.5高斯信道下的QPSK仿真結(jié)果由圖3.5可以得到高斯信道下的調(diào)制信號(hào)，高斯噪聲，調(diào)制輸出功率譜密度曲線(xiàn)和QPSK信號(hào)的星座圖。在高斯噪聲的影響下，調(diào)制信號(hào)的波形發(fā)生了明顯的變化，其功率譜密度函數(shù)相對(duì)于圖3.4中的調(diào)制信號(hào)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(gè)均值為0的白噪聲，在各個(gè)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(hào)早高斯噪聲的影響下發(fā)生

20、了誤碼，但是大局部還是保持了原來(lái)的特性。3.6 先通過(guò)瑞利衰落信道再通過(guò)高斯信道的仿真 信號(hào)先通過(guò)瑞麗衰落信道再通過(guò)高斯信道的仿真后出現(xiàn)的波形依次是調(diào)制信號(hào)Ray+Awgn,調(diào)試信號(hào)功率譜密度Ray,QPSK信號(hào)星座圖Awgn+Ray,誤碼率曲線(xiàn)。仿真結(jié)果如圖3.6所示：圖3.6先通過(guò)瑞利衰落信道再通過(guò)高斯信道的仿真結(jié)果由圖3.6可以得到瑞利衰落信道前后的星座圖，調(diào)制信號(hào)的曲線(xiàn)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比照。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(shí)驗(yàn)就全部完成。4 結(jié)束語(yǔ)本次試驗(yàn)是基于matlab環(huán)境下的QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真。由

21、此次仿真實(shí)驗(yàn)可知，由于高斯信道和瑞利信道的影響，波形發(fā)生了明顯的變化，功率譜密度也發(fā)生變化，星座圖可反映在噪聲影響下產(chǎn)生的誤碼。從仿真解調(diào)前與調(diào)制后的圖比照可知仿真正確。通過(guò)圖3.3可知瑞利信道下的誤碼率和誤比特率明顯高于高斯信道，并與理論值根本符合。隨著通信事業(yè)的開(kāi)展，通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，通過(guò)計(jì)算機(jī)的仿真，可以大大地降低通信過(guò)程實(shí)驗(yàn)本錢(qián)。本文設(shè)計(jì)出一個(gè)QPSK仿真模型，以衡量QPSK在理想信道，高斯白噪聲信道，以及先通過(guò)瑞利再通過(guò)高斯信道的性能，通過(guò)仿真，可以更好地了解QPSK系統(tǒng)的工作原理，而且為硬件的研制提供一定的參考作用。這次的通信專(zhuān)業(yè)方向設(shè)計(jì)讓我把通信原理的一些內(nèi)容又重新復(fù)

22、習(xí)了一遍，中間出了很多問(wèn)題，比方用matlab7.0版本就不能把幾個(gè)圖整合到一起，也就是不能使用subplot函數(shù)，會(huì)出現(xiàn)Undefined function or variable "hanalysisparammenu"的錯(cuò)誤.而我后來(lái)又換成了matlab7.8就可以實(shí)現(xiàn)該功能。我把程序發(fā)給老師后老師細(xì)心的幫我進(jìn)行了排錯(cuò)，我錯(cuò)誤的以為依靠高版本的優(yōu)化功能把在低版本不能實(shí)現(xiàn)的功能強(qiáng)制執(zhí)行，所以我還有很多地方需要學(xué)習(xí)，包括對(duì)誤碼率進(jìn)行計(jì)算的兩個(gè)函數(shù)我也是借鑒的網(wǎng)上的程序。這次方向設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了很多，也認(rèn)識(shí)到了自己還有很多方面的欠缺，希望在今后的學(xué)習(xí)和工作中好好努力，盡快的彌

23、補(bǔ)自己的缺乏。致謝 一個(gè)月的課程設(shè)計(jì)很快就過(guò)去了，在這期間我學(xué)習(xí)和掌握了使用MATLAB的工具箱simulink對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真。回想起這期間的經(jīng)歷，感慨萬(wàn)千。課程設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)的一次總結(jié)、一次檢驗(yàn)。同時(shí)也是鍛煉和進(jìn)一步提高自己自學(xué)能力的一次珍貴時(shí)機(jī)。在做本次設(shè)計(jì)的初期階段，由于自己在很的多知識(shí)點(diǎn)上有所遺忘，因此設(shè)計(jì)的進(jìn)度相當(dāng)緩慢，特別是在原理分析和simulink仿真上更是裹足不前。我重點(diǎn)復(fù)習(xí)并新學(xué)習(xí)了相關(guān)章節(jié)的知識(shí),并很快理解了要點(diǎn)，進(jìn)度由此快速展開(kāi)。設(shè)計(jì)后期階段，在設(shè)計(jì)思路上卡了殼。此時(shí)，查閱了很多資料并屢次請(qǐng)教老師，使我得以進(jìn)行軟件調(diào)試從而驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確可行性并按時(shí)完

24、成設(shè)計(jì)，在此特別感謝魏瑞老師的指導(dǎo)，此外還要感謝學(xué)校教研室給我們這次珍貴而難得的時(shí)機(jī)，也感謝幫助和支持我的同學(xué)。在此表示衷心的感謝！。由于理論知識(shí)有限、文中難免出現(xiàn)缺乏之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)1張志勇等.?精通matlab6.5?J.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.3.2John G.Proakis Masoud Salehi Gerhard Bauch.著 劉樹(shù)棠譯comtemporary communication systems using matlab and simulink.北京:電子工業(yè)出版社,2005.4.3樊昌信,張甫詡、徐炳祥、吳成柯 .?通信原理?M

25、.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2001.5.4王立寧,樂(lè)光新,詹菲等.?MATLAB與通信仿真?M .北京:人民郵電出版社, 1999 5 陳懷琛，吳大正，高西金 ?matlab 及在信息課程中的應(yīng)用?J北京：電子工業(yè)出版社,20066 樓天順、劉曉東、李博涵?基于matlab7.x的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)?M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社, 2005.5 7張肅文主編 .?高頻電子線(xiàn)路?M .北京：高等教育出版社, 2004.11 8程佩青編著 .?數(shù)字信號(hào)處理教程?M .北京：清華大學(xué)出版社, 2006.3 9張輝、曹麗娜、王勇 編著 .?通信原理輔導(dǎo)?M 西安.西安電子科技大學(xué)出版社, 2004.11

26、10徐明遠(yuǎn) .?MATLAB仿真在通信工程中的應(yīng)用?J. 西安. 西安電子科技大學(xué)出版社, 2005.6 11田麗華等.?編碼理論?J.西安 西安電子科技大學(xué)出版社, 2003.8附錄%主文件%題目：基于matlab環(huán)境下的QPSK仿真% 楊遇春%完成日期： 2015-01-14%郵箱：710476235qq %clear;% 初始化參數(shù)%T=1; % 基帶信號(hào)寬度，也就是頻率fc=10/T; % 載波頻率ml=2; % 調(diào)制信號(hào)類(lèi)型的一個(gè)標(biāo)志位選取2的原因見(jiàn)23行nb=100; % 傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)delta_T=T/200; % 采樣間隔fs=1/delta_T; % 采樣頻率SNR=0; %

27、 信噪比t=0:delta_T:nb*T-delta_T; % 限定t的取值范圍N=length(t); % 采樣數(shù) % 調(diào)制局部% 基帶信號(hào)的產(chǎn)生data=randn(1,nb)>0.5; % 調(diào)用一個(gè)隨機(jī)函數(shù)0 or 1，輸出到一個(gè)1*100的矩陣datanrz=data.*2-1; % 變成極性碼data1=zeros(1,nb/delta_T); % 創(chuàng)立一個(gè)1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb data1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=datanrz(q); % 將極性碼變成對(duì)應(yīng)的波形信號(hào)end % 將基帶信號(hào)變換成對(duì)應(yīng)波形信號(hào)data0=

28、zeros(1,nb/delta_T); % 創(chuàng)立一個(gè)1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb data0(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=data(q); % 將極性碼變成對(duì)應(yīng)的波形信號(hào)end % 發(fā)射的信號(hào)data2=abs(fft(data1);% 串并轉(zhuǎn)換，將奇偶位數(shù)據(jù)分開(kāi)idata=datanrz(1:ml:(nb-1); % 將奇偶位分開(kāi)，因此間隔m1為2 qdata=datanrz(2:ml:nb);% QPSK信號(hào)的調(diào)制ich=zeros(1,nb/delta_T/2); % 創(chuàng)立一個(gè)1*nb/delta_T/2的零矩陣，以便后面存放奇偶位數(shù)據(jù)f

29、or i=1:nb/2 ich(i-1)/delta_T+1:i/delta_T)=idata(i);endfor ii=1:N/2 a(ii)=sqrt(2/T)*cos(2*pi*fc*t(ii); endidata1=ich.*a; % 奇數(shù)位數(shù)據(jù)與余弦函數(shù)相乘，得到一路的調(diào)制信號(hào)qch=zeros(1,nb/2/delta_T);for j1=1:nb/2 qch(j1-1)/delta_T+1:j1/delta_T)=qdata(j1);endfor jj=1:N/2 b(jj)=sqrt(2/T)*sin(2*pi*fc*t(jj);endqdata1=qch.*b; % 偶數(shù)位數(shù)

30、據(jù)與余弦函數(shù)相乘，得到另一路的調(diào)制信號(hào)s=idata1+qdata1; % 將奇偶位數(shù)據(jù)合并，s即為QPSK調(diào)制信號(hào)ss=abs(fft(s); % 快速傅里葉變換得到頻譜% 瑞利衰落信道和高斯信道% 瑞利衰落信道ray_ich=raylrnd(0.8,1,nb/2/delta_T);ray_qch=raylrnd(0.8,1,nb/2/delta_T);Ray_idata=idata1.*ray_ich;Ray_qdata=qdata1.*ray_qch;Ray_s=Ray_idata+Ray_qdata;% 高斯信道 s1=awgn(s,SNR); % 通過(guò)高斯信道之后的信號(hào)s11=abs

31、(fft(s1); % 快速傅里葉變換得到頻譜 s111=s1-s; % 高斯噪聲曲線(xiàn)%Awgn_s=awgn(Ray_s,SNR); % 通過(guò)高斯信道再通過(guò)瑞利衰落信道% QPSK 解調(diào)局部% 解調(diào)局部高斯信道idata2=s1.*a; % 這里面其實(shí)隱藏了一個(gè)串并轉(zhuǎn)換的過(guò)程qdata2=s1.*b; % 對(duì)應(yīng)的信號(hào)與正余弦信號(hào)相乘idata3=zeros(1,nb/2); % 建立1*nb數(shù)組，以存放解調(diào)之后的信號(hào)qdata3=zeros(1,nb/2);% 抽樣判決的過(guò)程，與0作比擬，data>=0,那么置1，否那么置0for n=1:nb/2% A1(n)=sum(idata2(

32、n-1)/delta_T+1:n/delta_T); if sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)>=0 idata3(n)=1; else idata3(n)=0; end% A2(n)=sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T); if sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)>=0 qdata3(n)=1; else qdata3(n)=0; endend % 為了顯示星座圖,將信號(hào)進(jìn)行處理idata4=zeros(1,nb/2);qdata4=zeros(1,nb/2);for

33、n=1:nb/2 Awgn_ichsum(n)=sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T; if Awgn_ichsum(n)>=0 idata4(n)=1; else idata4(n)=0; end Awgn_qchsum(n)=sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T; if Awgn_qchsum(n)>=0 qdata4(n)=1; else qdata4(n)=0; endend% 將判決之后的數(shù)據(jù)存放進(jìn)數(shù)組demodata=zeros(1,nb);demodata(1:ml

34、:(nb-1)=idata3; % 存放奇數(shù)位demodata(2:ml:nb)=qdata3; % 存放偶數(shù)位%為了顯示，將它變成波形信號(hào)即傳輸一個(gè)1代表單位寬度的高電平demodata1=zeros(1,nb/delta_T); % 創(chuàng)立一個(gè)1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb demodata1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=demodata(q); % 將極性碼變成對(duì)應(yīng)的波形信號(hào)end % 累計(jì)誤碼數(shù)% abs(demodata-data)求接收端和發(fā)射端% 數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值，累計(jì)之后就是誤碼個(gè)數(shù)Awgn_num_BER=sum(abs(demoda

35、ta-data) % 解調(diào)局部瑞利+高斯Ray_idata2=Ray_s.*a; % 這里面其實(shí)隱藏了一個(gè)串并轉(zhuǎn)換的過(guò)程Ray_qdata2=Ray_s.*b; % 對(duì)應(yīng)的信號(hào)與正余弦信號(hào)相乘% Ray_idata3=zeros(1,nb/2); % 建立1*nb數(shù)組，以存放解調(diào)之后的信號(hào)% Ray_qdata3=zeros(1,nb/2);% 抽樣判決的過(guò)程，與0作比擬，data>=0,那么置1，否那么置0% for n=1:nb/2% if Ray_sum(Ray_idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)>=0% Ray_idata3(n)=1;% el

36、se Ray_idata3(n)=0; % end% if Ray_sum(Ray_qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)>=0% Ray_qdata3(n)=1;% else Ray_qdata3(n)=0;% end% end % 為了顯示星座圖,將信號(hào)進(jìn)行處理Ray_idata4=zeros(1,nb/2);Ray_qdata4=zeros(1,nb/2);for n=1:nb/2 Ray_ichsum(n)=sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T; if Ray_ichsum(n)>=0 Ray_i

37、data4(n)=1; else Ray_idata4(n)=0; end Ray_qchsum(n)=sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T; if Ray_qchsum(n)>=0 Ray_qdata4(n)=1; else Ray_qdata4(n)=0; endend % 將判決之后的數(shù)據(jù)存放進(jìn)數(shù)組Ray_demodata=zeros(1,nb);Ray_demodata(1:ml:(nb-1)=Ray_idata4; % 存放奇數(shù)位Ray_demodata(2:ml:nb)=Ray_qdata4; % 存放偶數(shù)位%為了顯示，將它

38、變成波形信號(hào)即傳輸一個(gè)1代表單位寬度的高電平Ray_demodata1=zeros(1,nb/delta_T); % 創(chuàng)立一個(gè)1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb Ray_demodata1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=Ray_demodata(q); % 將極性碼變成對(duì)應(yīng)的波形信號(hào)end % 累計(jì)誤碼數(shù)% abs(demodata-data)求接收端和發(fā)射端% 數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值，累計(jì)之后就是誤碼個(gè)數(shù)Ray_num_BER=sum(abs(Ray_demodata-data) % % 誤碼率計(jì)算% 調(diào)用了cm_sm32();和cm_sm33(函數(shù)%聲明：

39、函數(shù)聲明在另外倆個(gè)M文件中%作用： cm_sm32()用于瑞利信道誤碼率的計(jì)算% cm_sm33()用于高斯信道誤碼率的計(jì)算% ecoh on/off 作用在于決定是否顯示指令內(nèi)容%SNRindB1=0:1:6;SNRindB2=0:0.1:6;% 瑞利衰落信道 for i=1:length(SNRindB1), pb,ps=cm_sm32(SNRindB1(i); % 比特誤碼率 smld_bit_ray_err_prb(i)=pb; smld_symbol_ray_err_prb(i)=ps; disp(ps,pb); echo off; end;% 高斯信道 echo on;for i=

40、1:length(SNRindB1), pb1,ps1=cm_sm33(SNRindB1(i); smld_bit_awgn_err_prb(i)=pb1; smld_symbol_awgn_err_prb(i)=ps1; disp(ps1,pb1); echo off;end;% 理論曲線(xiàn)echo on;for i=1:length(SNRindB2), SNR=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10); % 信噪比 theo_err_awgn_prb(i)=0.5*erfc(sqrt(SNR); % 高斯噪聲理論誤碼率 theo_err_ray_prb(i)=0.5*(1-1

41、/sqrt(1+1/SNR); % 瑞利衰落信道理論誤碼率 echo off;end;%h = spectrum.welch; % 類(lèi)似于C語(yǔ)言的宏定義，方便以下的調(diào)用 % 輸出顯示局部% 第一局部理想figure(1)subplot(3,2,1);plot(data0),title('基帶信號(hào)');axis(0 20000 -2 2);subplot(3,2,2);psd(h,data1,'fs',fs),title('基帶信號(hào)功率譜密度');subplot(3,2,3);plot(s),title('調(diào)制信號(hào)');axis(0

42、 500 -3 3);subplot(3,2,4);psd(h,s,'fs',fs),title('調(diào)制信號(hào)功率譜密度');subplot(3,2,5);plot(demodata1),title('解調(diào)輸出');axis(0 20000 -2 2);subplot(3,2,6);psd(h,demodata1,'fs',fs),title('解調(diào)輸出功率譜密度');% 通過(guò)高斯信道figure(2)subplot(2,2,1);plot(s1),title('調(diào)制信號(hào)(Awgn)');axis(0

43、 500 -5 5);subplot(2,2,2);psd(h,s1,'fs',fs),title('調(diào)制信號(hào)功率譜密度(Awgn)');subplot(2,2,3);plot(s111),title('高斯噪聲曲線(xiàn)');axis(0 2000 -5 5);subplot(2,2,4);for i=1:nb/2plot(idata(i),qdata(i),'r+'),title('QPSK信號(hào)星座圖Awgn');hold on;axis(-2 2 -2 2);plot(Awgn_ichsum(i),Awgn_qch

44、sum(i),'*');hold on;legend('理論值發(fā)射端','實(shí)際值接收端');end%通過(guò)高斯信道再通過(guò)瑞利衰落信道 figure(3) subplot(2,2,1)plot(Ray_s),title('調(diào)制信號(hào)(Ray+Awgn)');axis(0 500 -5 5);subplot(2,2,2);psd(h,Ray_s,'fs',fs),title('調(diào)制信號(hào)功率譜密度(Ray)');subplot(2,2,3);for i=1:nb/2plot(idata(i),qdata(i)

45、,'r+'),title('QPSK信號(hào)星座圖Awgn+Ray');hold on;axis(-2 2 -2 2);plot(Ray_ichsum(i),Ray_qchsum(i),'*');hold on;legend('理論值發(fā)射端','實(shí)際值接收端');end subplot(2,2,4) semilogy(SNRindB2,theo_err_awgn_prb,'r'),title('誤碼率曲線(xiàn)');hold on; semilogy(SNRindB1,smld_bit_awg

46、n_err_prb,'r*');hold on; semilogy(SNRindB2,theo_err_ray_prb);hold on; semilogy(SNRindB1,smld_bit_ray_err_prb,'*'); xlabel('Eb/No');ylabel('BER'); legend('理論AWGN','仿真AWGN','理論Rayleigh','仿真Rayleigh');%文件2function pb,ps=cm_sm32(snr_in_dB)%

47、 pb,ps=cm_sm32(snr_in_dB)% CM_SM3 finds the probability of bit error and symbol error for % the given value of snr_in_dB, signal to noise ratio in dB.N=100;E=1; % energy per symbolnumofsymbolerror=0;numofbiterror=0;counter=0;snr=10(snr_in_dB/10); % signal to noise ratiosgma=sqrt(E/snr)/2; % noise va

48、riances00=1 0; s01=0 1; s11=-1 0; s10=0 -1; % signal mapping% generation of the data sourcewhile(numofbiterror<100)for i=1:N, temp=rand; % a uniform random variable between 0 and 1 if (temp<0.25), % with probability 1/4, source output is "00" dsource1(i)=0; dsource2(i)=0; elseif (temp<0.5), %