QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真

课程设计报告书课程名称：通信系统的计算机仿真设计 题目：QPSK通信系统性能分析 姓名：学号：QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真1绪论1.1研究背景与研究意义数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统,频带传输系统也叫数字调制系统,该系统对基带信号进行调制,使其频谱搬移到适合在信道(一般为带号都为高频正弦波。数字调制信号又称为键控信号,数字调制过程中处理的是数逻辑量即1和0,所以调制的过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最基本的方法有3种:正交幅度调制(QAM)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)。根据所处理的基带信号的进制不同分为二进制和们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率有线性要求不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系1.2课程设计的目的和任务目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。课程设计的任务是：法。的能力。1.3可行性分析制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移QPSK分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK。它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。其也是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。2QPSK通信系统应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。要求利用比的增加而减小)。信信道码性能分析噪声信道解码信号源编码器抽样量化解调通道制QPSK的性能指标B码元传输速率通常又称为码元速率，传码率，码率，信号速率或波形速率，直单位时间内传输码元的数目，单位为波特，常表示信息传输速率简称信息速率，又称比特率，表示单位时间内传送的比特数，单位为bit/s(3)频带利用率n2.2.2可靠性指标(1)码元差错率Pe称误码率，指接受错误的码元数在传送码元数中所占的比例。信息差错率称误信率或误比特率，指接收错误的信息量在传送信息总量所Pb=单位时间内接受的错误比特数(错误信息量)/单位时间内系统传输的总比特数(总信息量)结论：一定范围内，随着信噪比逐渐变大，其误码率逐渐减小。3.1信源/信宿及其编译码主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制SK我们将信息直接转换得到的较低频率的原始信号称为基带信号。通常基带信号不宜直接在信道中传输。因此在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移(调制)到适合信道传输的频率范围内，而在接收端，再将它们搬移(解调)到原来的频率范围，这就是调制和解调。3.3信道ls两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光缆等。无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。如果我们把信道的范围扩大，它还可以包括有关的变换装置，比如：发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等，我们称这种扩大的信道3.4信道编码及译码为了与信道的统计特性相匹配，并区分通路和提高通信的可靠性，而在信源编码的基础上，按一定规律加入一些新的监督码元，以实现纠错的编码。实质是在信息码中增加一定数量的多余码元(称为监督码元)，使它们满足一定的约束关系，这样，由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。一旦传输过程中发生错误，则信息码元和监督码元间的约束关系被破坏。在接收端按照既定的规则校验这种约束关系，从而达到发现和纠正错误的目的。S表3-1卷积码编码器参数设置表82道编码，对由校正过采样数据所产生的多项式有效。编码过程首先在多个点上对这些多项式求冗余，然后将其传输或者存储。对多项式的这种超出必要值的采样使得多项式超定(过限定)。当接收器正确的收到足够的点后，它就可以恢复原来的多项式，即使接收到的多项式上有很多点被噪声干扰失真。S因为本系统中采用(2，1，9)卷积码，即每输入一个比特，将输出2个比特，约束长度为9，因此本系统中，信源设置成基于采样的二进制序列。卷积码编码器格型结构Trellisstructure设置成poly2trellis(9,[753561])，为[1111011]，代表了卷积码编码器反馈连线的有无。操作模式Operationmode设置成Continuous，即卷积码编码器在整个仿真过程中都不对寄存器复位。另外三种操作模式分别为：每帧数据开始之前自动对寄存器复位；每帧输入信号的末尾增加填充比特；通过输入端口复位.接收端用维特比译码器进行译码，译码器的参数设置与编码器相对应，判决方式采用硬判决，反馈深度可设3.4.3卷积码介绍因为本系统中采用(2，1，9)卷积码，即每输入一个比特，将输出2个比特，约束长度为9，因此本系统中，信源设置成基于采样的二进制序列。卷积码编码器格型结构Trellisstructure设置成poly2trellis(9,[753561])，为[1111011]，代表了卷积码编码器反馈连线的有无。操作模式Operationmode设置成Continuous，即卷积码编码器在整个仿真过程中都不对寄存器复位。另外三种操作模式分别为：每帧数据开始之前自动对寄存器复位；每帧输入信号的末尾增加填充比特；通过输入端口复位.接收端用维特比译码器进行译码，译码器的参数设置与编码器相对应，判决方式采用硬判决，反馈深度可设r信道编码之汉明码参数设置为：CodewordlengthN：7，MessagelengthK：Gfprimfd，‘min’)。3.6性能分析眼图是在数字通信的工程实践中测试数字传输信道质量的一种应用广泛、简单易行的方法。实际上它是一个扫描周期是数字码元宽度的一至二倍并且与之同步的示波器。对于二进制码元，显然1和0的区别越大，接受判决时错判的可能性就越小。由于传输过程中的频带限制，噪声的叠加使得1和0的差别变小。在接收机的判决点，将1和0的差别用眼图上“眼睛”张开的大小表从而估计系统优劣程度。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。.2星座图星座图可以在信号空间展示信号所处的位置，为系统的传输特性分析提供3.6.3误码率统计在通信系统试验中，误码率是一个反应系统特性的指标，如调制方法、差错控制方式、功率利用率、频带利用率与传输环境特征等总体关系的重要指标。因此误码率的测试，他的结果正确与否以及可信度有多高是评价仿真系统的重要指标。4SIMULINK对QPSK通信系统的仿真与结果分析4.1总图4.2M文件title误码率关系');title误码率关系');title比与误码率关系对比');信道编码的眼图对比图如图.3.2星座图由以上所有图可知，信号经过信道传输后，因噪声的影响系统性能下降，产生误码率，星座图和眼图都产生一些变化，但总体在均值附近变化，比较集中。而且经过RS码和卷积码两种信道编码的仿真结果差别不大，星座图和眼图基本一致。由此可见，不同的信道编码方式对系统性能影响不大，但是总的3.3频谱图由上图可知前后频谱图基本一致，信号的能量都是集中在低频段符合实际4.3.1有无信道编码的信噪比与误码率的关系信道编码信噪比与误码率关系图信道编码信噪比与误码率关系图信噪比(dB)有信道编码(RS码)误码率无信道编码的误码率0表4-1有无信道编码情况下的信噪比与误码率表信道编码提高了系统的可靠性。而且随着信噪比的不断提高系统的误码率都会4.3.1加入不同噪声时信噪比与误码率的关系用M文件对无噪声、加入莱斯噪声、高斯噪声、瑞利噪声仿真，产生信噪种噪声情况下的信噪比与误码率信噪比无噪声高斯噪声莱斯噪声瑞利噪声三种噪声0相同信噪比的情况下，不同噪声对误码率的影响不同。其中同时加入多种噪声时误码率最大，对信号传输的影响最大；加高斯噪声的误码率较小；加瑞利噪声的误码率也比较小；加莱斯噪声的误码率相对较大，对信号的传输相应的通过仿真软件来模拟和估算通信系统的性能，通过模拟和仿真来调整一些通信系统的参数以期达到最佳使用效果。本课题中使用国际控制界公认的标准仿真软件MATLAB来仿真移动通信系统各种数字调制解调技术，具有数字通信的诸多优点，广泛使用它来传送各种控制信息的数字调相信号，比较不同调相技通过这次课程设计，我学到了很多东西：从刚开始的研究QPSK的调制解调原理到熟悉MATLAB函数编写程序和Simulink建模，再编写程序并验证QPSK的算法是否正确以及模块能不能够实现调制解调的功能，最后对全局有了大体的把握，改善了一些波形的显示，调整了程序和模块的各种参数，使调制解调各步骤得到的波形越来越符合理论值，并对QPSK性能做了仿真和研究，对其有了大体的掌握。在信道编码的设计与调制中，在不停的查找