基于MATLAB的QPSK系統(tǒng)仿真設計與實現(xiàn).doc

通信系統(tǒng)仿真設計實訓報告1. 課題名稱： 基于 MATLAB 的QPSK系統(tǒng)仿真設計與實現(xiàn) 學生學號： 學生姓名： 所在班級： 任課教師： 2016年 10月25日目 錄1.1QPSK系統(tǒng)的應用背景簡介31.2 QPSK實驗仿真的意義31.3 實驗平臺和實驗內(nèi)容31.3.1實驗平臺31.3.2實驗內(nèi)容3二、系統(tǒng)實現(xiàn)框圖和分析42.1、QPSK調(diào)制部分，42.2、QPSK解調(diào)部分5三、實驗結(jié)果及分析63.1、理想信道下的仿真63.2、高斯信道下的仿真73.3、先通過瑞利衰落信道再通過高斯信道的仿真8總結(jié)：10參考文獻：11附錄121.1QPSK系統(tǒng)的應用背景簡介QPSK是英文Quadrature 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(shù)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(shù)。19世紀80年代中期以后,四相絕對移相鍵控(QPSK)技術(shù)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(guān)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，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(gòu)建一個理想信道基本QPSK仿真系統(tǒng),要求仿真結(jié)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信號星座圖 2.構(gòu)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(jié)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(gòu)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(jié)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二、系統(tǒng)實現(xiàn)框圖和分析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1原理分析：基本原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 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，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原理分析： QPSK接收機由一對共輸入地相關(guān)器組成。這兩個相關(guān)器分別提供本地產(chǎn)生地相干參考信號1（t）和2（t）。相關(guān)器接收信號x（t），相關(guān)器輸出地x1和x2被用來與門限值0進行比較。如果x10,則判決同相信道地輸出為符號1；如果x1=-1 & t(i)=5& t(i)=0 & t1(i)=4& t1(i)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=repmat(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 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,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(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_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;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);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(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(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 dsource1(i)=1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1; numofsymbolerror=0;numofbiterror=0;for i=1:N n=sgma*randn(size(s00); if(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=0) r=s00+n; elseif(dsource1(i)=0)&(dsource2(i)=1) r=s01+n; elseif(dsource1(i)=1)&(dsource2(i)=0) r=s10+n; else r=s11+n; end; c00=dot(r,s00); c01=dot(r,s01); c10=dot(r,s10); c11=dot(r,s11); c_max=max(c00 c01 c10 c11); if (c00=c_max) decis1=0;decis2=0; elseif(c01=c_max) decis1=0;decis2=1; elseif(c10=c_max) decis1=1;decis2=0; else decis1=1;decis2=1; end; symbolerror=0;