基于 MATLAB 的QPSK系统仿真设计与实现

1、.通信系统仿真设计培训报告1.主题名：基于MATLAB的QPSK系统仿真设计与实现学生学号：学生姓名：所在的类：林和教师：2016年10月25日列表1.1QPSK系统应用背景简介31.2 QPSK实验模拟的重要性31.3实验平台和实验内容31.3.1实验平台31.3.2实验内容3二、方框图和分析4系统2.1，QPSK调制部分，42.2，QPSK解调部分5三、实验结果和分析63.1，理想的通道模拟63.2，高斯通道模拟73.3，通过瑞利衰落信道模拟8摘要：10参考资料：11附录121.1QPSK系统应用背景简介QPSK是英语Quadrature Phase Shift Keying(正交相移键控

2、)的缩写，是数字调制。20世纪80年代初，使用了一定的包络数字调制。这种数字调制技术的优点是调整后的信号具有相对窄的功率谱，对放大设备没有线性要求，其缺点是频谱利用率比线性调制技术低。自20世纪80年代中期以来，四相绝对相移键控(QPSK)技术在抗干扰性能、误码性能、频谱利用方面的高优点基础上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、移动通信和有线电视系统。1.2 QPSK实验模拟的重要性完成设计内容，在探讨QPSK调制解调的基本原理的同时，必须审查通信系统的主要组件，了解调制方式中最基本的方法。了解QPSK实现方法和数学原理。全面了解数字调制中误码率测试的标准和计算方法。随机信

3、号的时域是自相关函数，频域必须研究以功率谱密度描述固定随机过程的特性等基本知识，以了解高斯信道的噪声表示方法，以便在编程中使用。了解QPSK调制解调的基本原理，使用MATLAB编程在高斯信道和瑞利衰落信道中传输QPSK信号，并实现此方法的误码率测试。探讨了MATLAB编程的基础和编程的一般算法以及使用MATLAB仿真系统的注意事项，锻炼了自己的编程能力，通过编程完成了QPSK调制和解调系统的仿真，并通过误码率测试获得了响应波形。完成所需任务后，请优化程序。通过这次实验，不仅通过与队员们的默契配合获得了知识，还将次实验作为一个促销活动，使更多的学生更深入地了解QPSK或其他调制方式的原理和实现方

4、法。学生可以方便地进行测试和比较。不用离开家就可以做实验。1.3实验平台和实验内容1.3.1实验平台本实验基于Matlab软件模拟，只需在PC上安装MATLAB 6.0或更高版本即可。(本练习基于Matlab Simulink(模块)模拟，如果需要，还必须安装Simulink模块。)1.3.2实验内容1.构建需要仿真结果的理想通道基础QPSK仿真系统A.基带输入波形和功率谱B.QPSK信号和功率谱C.QPSK信号星座2.基于auss white noise(AWGN)通道条件构建QPSK模拟系统需要以下模拟结果A.QPSK信号和功率谱B.QPSK信号星座C.高斯写入齿槽通道条件的误差性能和高斯

5、写入齿槽的理论曲线要求所有误差性能曲线以相同的坐标比例绘制3测试选项扩展内容要求：要通过Rayleigh(瑞利衰落信道)和AWGN(高斯信道)信道条件构建QPSK模拟系统，需要以下结果A.QPSK信号和功率谱B.通过瑞利衰落信道前后的信号星座图进行前后比较C.瑞利衰落信道和高斯白噪声条件下的错误性能曲线以及2.2.c所需的错误性能曲线都以相同的坐标比例绘制二、方框图和分析的系统实现2.1，QPSK调制部分，方块图如图1所示1 (t)=QPSK信号s(t)二进制数据序列极性nnnz电平编码器分离器2 (t)=图1原理分析：基本原理和系统结构QPSK与二进制PSK一样，包含在传输信号中的信息存在于

6、拓扑中。其他载波相位采用四个等距离值之一(例如，/4、/4、5 /4和7 /4)。因此，发送信号可以定义为0TTSi (t)=0.其他其中I=1，2，2，4；e是传输信号的每个符号的能量，T是符号持续时间，载波频率f是nc/T，nc是固定整数。每个可能的拓扑值对应一个特定的2位组。例如，可以使用前面的一组拓扑值来表示灰度的两个组，例如10，00，01，11。以下说明QPSK信标的建立和侦测。如果a是典型的QPSK发射器方块图，则输入的二进制数据序列将首先由nnrz (unzero)级别编码转换器转换为极性形式。也就是说，负号1和0分别显示为和-。然后，二进制波形被拆分器分成两个相互独立的二进制

7、波形，每个都由输入序列的奇数位偶组成，这两个二进制波形分别表示为a1(t)、a2(t)。在所有信号间隔中，很容易看出a1(t)和a2(t)的振幅与由发送的2位组确定的Si1和Si2完全相同。两个二进制波形a1(t)，a2(t)用于调制一对正交载波或创建正交基本函数(1 (t)=，2 (t)=)。然后得到一对二进制PSK信号。由于1(t)和2(t)的正交性，可以独立检测这两个信号。最后，添加两个二进制PSK信号以获得所需的QPSK。2.2，QPSK解调部分如图2所示，显示了框图。1(t)等通道阈值=0发送二进制序列估计决定临界值低通filrer决定临界值多路转换器收到信X(t)低通filrer2

8、(t)正交通道阈值=0图2原理分析：QPSK接收器由一对并发输入相关器组成。两个相关器分别提供本地一致的参考信号1(t)和2(t)。相关器接收信号x(t)，相关器输出位置x1和x2用于与门限值0进行比较。如果是X10，判断和信心将输出为符号1。如果为X10，则外行的输出为符号0。类似地。正交通道同样决定输出。最后，两个二进制数据序列合并到多路复用器中，重新生成原始二进制序列。在AWGN信道上，判断结果具有最小负号错误概率。三、实验结果和分析根据图1和图2的流程图设计了仿真程序，得出了结果，并进行了如下分析。3.1，理想通道模拟，实验结果见图3图3实验结果分析：上述结果表明，在理想信道上完成了Q

9、PSK信号的调制、传输、解调过程，调制过程中添加了载波，因此调制信号的功率谱密度发生了变化。而且，调制和解调的结果表明没有错误代码。图4所示，3.2，高斯信道上的模拟：图4实验结果分析：图4可获得高斯信道、高斯噪声、调制输出频谱密度曲线和QPSK信号的星座图。在高斯噪声的影响下，调制信号的波形发生了很大的变化，其功率谱密度函数与图1中调制信号的功率谱密度相比，仅发生了较小的变化，原因是高斯噪声平均为0的白噪声，并且在每个频率上功率均匀，因此结果是真实的。星座图反映了可接收信号初始高斯噪声的影响，生成了错误代码，但大部分保持了原有特性。3.3，通过瑞利衰落信道和高斯信道模拟。实验结果如图5所示。

10、图5实验结果分析：图5可以获得瑞利衰落信道前后的星座、调制信号的曲线和功率谱密度。最后显示的是高斯信道和瑞利衰落信道的误码率比较。如图所示，瑞利衰落信道中的误码率高于高斯信道中的误码率。这就完成了模拟实验。结论本文使用MATLAB的动态模拟工具箱Simulink模拟实现了PCM系统的整个过程。根据PCM系统的配置原理，在Simulink模块库中找到相应的模块，选择相应的模块，设置相应的参数，建立了PCM通信系统的仿真模型，最后在给定仿真的条件下运行了仿真系统。仿真结果显示：1.在正常信噪比下，该通信系统失真小，达到了预期的目的。2.Simulink simulation toolbox易于使用

11、，调试直观，并为通信系统的软件模拟实现提供了极大的便利。参考文献：1，MATLAB 宝典 Chen Jie和其他编辑电子产业出版社2，MATLAB信号处理刘波，文中，北京电子产业出版社编辑3，数字信号处理的MATLAB实现万yongge北京科学出版社编辑4、在线资源附录MATLAB程序%相位调制方式Clear allClose allt=-1:0.01:7-0.01；TT=length(t)；X1=ones(1，800)；For i=1:ttif(t(I)=-1t(I)=1)|(t(I)=5t(I)=7)；x1(I)=1；else x1(I)=-1；EndEndt1=0:0.01:8-0.01

12、；T2=0:0.01:7-0.01；T3=-1:0.01:7.1-0.01；T4=0:0.01:8.1-0.01；Tt1=长度(t1)；X2=ones(1，800)；For i=1:tt1if(t1(I)=0 t1(I)=2)|(t1(I)=4 t1(I)=8)；x2(I)=1；else x2(I)=-1；EndEndF=0:0.1:1xrc=0 . 5 0 . 5 * cos(pi * f)；Y1=conv(x1，xrc)/5.5；Y2=conv(x2，xrc)/5.5；N0=randn(大小(T2)；f1=1；I=x1。* cos(2 * pi * f1 * t)；Q=x2。* sin(2

13、 * pi * f1 * t1)；I=I=I(1013360800)；Q=Q=Q(13360700)；QPSK=sqrt(1/2)。*I sqrt(1/2)。* Q；Qpsk _ n=(sqrt (1/2)。* I sqrt (1/2)。* q)n0；N1=randn(大小(T2)；I_rc=y1。* cos(2 * pi * f1 * T3)；Q_rc=y2。* sin(2 * pi * f1 * T4)；I _ RC=I _ RC(101336800)；q _ RC=q _ RC(1336700)；Qpsk _ RC=(sqrt (1/2)。* I _ rcsqrt (1/2)。* q _

14、 RC)；QPSK _ rc _ n1=QPSK _ rc n1Figure(1)Subplot(4，1，1)；Plot(t3，I _ RC)；axis(-1 8-1 1)；Ylabel(序列a)；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 _ n1)；axis(-1 8-1 1)；Ylabel(添加噪波)；效果贴图：%设置T=1，添加

15、高斯噪波Clear allClose all%调制Bit _ in=ranint (1e3，1，0 1)；bit _ I=bit _ in(1336033601 e 3)；bit _ q=bit _ in(2336033601 e 3)；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)；data _ Q2(I)=data _ Q1(I)；EndF=0:0.1:1xrc=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 0.9N0=rand(大小(t1)；I _ RC=data _ I2 _ RC。* cos(2 * pi * f1 * t1)；Q _ RC=data _ Q