QPSK调制解调技术的设计与仿真

QPSK调制解调技术的设计与仿真 ***************** 实践教学 ***************** 计算机与通信学院 2012年春季学期 计算机通信课程设计 题 目:QPSK调制解调技术的设计与仿真 专业班级: 通信工程4班 姓 名: 李胜 学 号: 10250425 指导教师: 王维芳 成 绩: 摘要 现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。作为其关键技术之一的调制解调技术一直是人们研究的一个重要方向。从模拟调制到数字调制，从二进制发展到多进制调制，虽然调制的方式多种多样，但都是朝着使通信系统更高速、更可靠的方向发展。一个系统的通信质量，很大程度上依赖于所采用的调制方式。本次设计在理解QPSK调制解调原理的基础上应用MATLAB语言来完成仿真，仿真出了QPSK的调制以及解调的仿真图，包括已调信号的波形，解调后的信号波形，眼图和误码率。在仿真的基础上分析比较了各种调制的性能，并通过比较仿真模型与理论计算的性能，证明了仿真模型的可行性。 关键词:QPSK;MATLAB;调制与解调 1 目录 前言 ................................................................................................................................... 3 一、绪论 ............................................................................................................................ 4 1.1通信技术 ............................................................................................................. 4 1.1.1、通信的发展史简介................................................................................ 4 1.1.2、什么是通信 ........................................................................................... 5 1.2、我国通信技术的发展现状................................................................................ 6 二、设计原理 .................................................................................................................... 7 2.1、数字调制与解调 ............................................................................................... 7 2.2、MPSK的介绍 ...................................................................................................... 7 2.3、QPSK的基本原理 .............................................................................................. 8 2.3.1、四相相移键控 ....................................................................................... 8 2.3.2、2PSK的实现 .......................................................................................... 9 2.4、QPSK的调制与解调 ........................................................................................ 11 三、QPSK调制解调系统仿真 .......................................................................................... 15 3.1、MATLAB/SIMULINK简介 .................................................................................. 15 四、源代码 ...................................................................................................................... 17 五、仿真结果与分析....................................................................................................... 24 六、设计 .................................................................................................................. 28 七、参考文献 .................................................................................................................. 29 2 前言 通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的“命脉”，信息作为一种资源，只有通过广泛的传播和交流，才能产生利用价值 ，促进社会成员的合作，推动社会生产力的发展，创造出更大的经济效益。当今社会已经步入信息时代，在各种信息技术中，信息的传输及通信起着支撑作用。而对于信息的传输，数字通信已经成为重要的手段。因此，数字信号的调制就显得非常重要。 在电通信系统中，消息的传输是通过电信号的传输来实现的。在实际通信过程中，由于噪声的存在，要完成实际通信系统的实验研究相当困难。近几年，随着仿真软件的日趋成熟，使得对通信系统的研究也日趋方便。SIMULINK是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。SIMULINK具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点SIMULINK已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于SIMULINK。SIMULINK完全可以完成数字基带的仿真。 如今，在已知的调制方式当中，ASK、FSK、PSK三种数字调制方式在抗干扰噪声能力和信号频谱利用率等方面，以相干解调PSK的性能最好，本实验就是对四进制相移键控调制、解调过程的频谱和波形的分析。实验过程首先设置实验项目和对各个模块的参数分析，通过SIMULINK的仿真实验，主要着手于QPSK传输系统仿真，信源使用数字信号，信道使用瑞利信道，调制方法运用QPSK，终端数据要求能够比较误码率，包括噪声下的信号眼图、星座图观测，调制信号频谱测量，噪声环境下的星座图观测级误码率测量。发现实验中实现的性能和实验中的问题，并得出传输系统的仿真，对瑞利信道的各种影响因素，分析其物理意义，并做出最后的系统性能评价，以完成数字基带的仿真。 3 一、绪论 1.1通信技术 1.1.1、通信的发展史简介 人类进行通信的历史已很悠久。早在远古时期，人们就通过简单的语言、壁画等方式交换信息。千百年来，人们一直在用语言、图符、钟鼓、烟火、竹简、纸书等传递信息，古代人的烽火狼烟、飞鸽传信、驿马邮递就是这方面的例子。现在还有一些国家的个别原始部落，仍然保留着诸如击鼓鸣号这样古老的通信方式。在现代社会中，交通警的指挥手语、航海中的旗语等不过是古老通信方式进一步发展的结果。这些信息传递的基本方都是依靠人的视觉与听觉。19世纪中叶以后，随着电报、电话的发有，电磁波的发现，人类通信领域产生了根本性的巨大变革，实现了利用金属导线来传递信息，甚至通过电磁波来进行无线通信，使神话中的“顺风耳”、“千里眼”变成了现实。从此，人类的信息传递可以脱离常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，同此带来了一系列铁技术革新，开始了人类通信的新时代。1837年，美国人塞缪乐.莫乐斯(Samuel Morse)成功地研制出世界上第一台电磁式电报机。他利用自己设计的电码，可将信息转换成一串或长或短的电脉冲传向目的地，再转换为原来的信息。1844年5月24日，莫乐斯在国会大厦联邦最高法院会议厅进行了“用莫尔斯电码”发出了人类历史上的第一份电报，从而实现了长途电报通信。1864年，英国物理学家麦克斯韦(J.c.Maxwel)建立了一套电磁理论，预言了电磁波的存在，说明了电磁波与光具有相同的性质，两者都是以光速传播的。1875年，苏格兰青年亚历山大.贝尔(A.G.Bell)发明了世界上第一台电话机。并于1876年申请了发明专利。1878年在相距300公里的波士顿和纽约之间进行了首次长途电话实验，并获得了成功，后来就成 )用电立了著名的贝尔电话公司。1888年，德国青年物理学家海因里斯.赫兹(H.R.Hertz波环进行了一系列实验，发现了电磁波的存在，他用实验证明了麦克斯韦的电磁理论。这个实验轰动了整个科学界，成为近代科学技术史上的一个重要里程碑，导致了无线电的诞生和电子技术的发展。远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。 4 1.1.2、什么是通信 通信按照传统的理解就是信息的传输。在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的“命脉”，信息作为一种资源，只有通过广泛的传播和交流，才能产生利用价值 ，促进社会成员的合作，推动社会生产力的发展，创造出更大的经济效益。通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息(如语音、图像等)以及数字消息(如数据、文字等)之分。所有消息必须在转换成电信号(通常简称为信号)后才能在通信系统中传输。所以，信号(Signal)是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。 相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的，如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。 通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(Information) 。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。 通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者)。 通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统。模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统。数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。 5 1.2、我国通信技术的发展现状 进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，我国通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功: 1、微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。 2、移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。 3、光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。 电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。例如，2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据，到2005年底移动电话用户近4亿。随着现代电子技术的发展，通信技术向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。 6 二、设计原理 2.1、数字调制与解调 在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。 图 2.1 数字调制系统的基本结构 数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是:振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK 或DPSK)。 2.2、MPSK的介绍 MPSK即多进制相移键控，又称为多相制。这种键控方式是多进制键控的主要方式。在 nM进制的相移键控信号，用M个相位不同的载波分别代表M个不同的符号。如果载波有2个相位，它可以代表n位二进制码元的的不同组合的码组。多进制相移键控也分为多进制绝对相移键控和多进制相对相移键控。 在MPSK信号中，载波相位有M种可能取值，q=2πn/M(n=1,2,„M)。因此MPSK信号n 可表示为 S(t) = cos(ωt+θ) = cos (ωt+2πn/M) 0n0 若载波频率是基带信号速率的整数倍，则上式可改写为 7 S(t)=?g(t-nT)cos(ωt+θ)=cosωtΣg(t-nT)cosθ-sinωtΣg(t-nT)sinθ s0n0sn0n 式中g(t)是高度为1、宽度为T的矩形脉冲。 s 式中表明，MPSK信号可等效为两个正交载波的MASK信号之和。所以，MPSK信号的带宽和MASK信号的带宽相同。因此，MPSK系统是一种高效率的信息传输方式。但是，当M的取值增加时，载波间的相位差也随之减少，这就使它的抗噪声性能变差。 2.3、QPSK的基本原理 2.3.1、四相相移键控 四相相移键控(QPSK)又名四进制移相键控，该信号的正弦载波有四个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，其信号的表示为 StAwtcos，,0,,tT i,1,2,3,4，，，，icis θ为正弦载波的相位，有四种可能状态:θ为π/4、3π/4、5π/4、7π/4，此初始ii 相位为π/4的QPSK信号的矢量图如图1所示。 图2.2 QPSK信号的矢量 下面分析QPSK信号的产生。 将信号表达式进行改写 stAwtAwtwtcos()(coscossinsin)，,,,,,，， iciicic 若θ为π/4、3π/4、5π/4、7π/4，，则 i 8 11cos,,,;sin,,,ii22 于是，信号表达式可写成 As(t),[I(t)coswt,Q(t)sinwt]icc2 I(t),,1;Q(t),,1( 由此可得到QPSK调制的产生方法。 图2.3.1 QPSK实现框图 由框图可见，两路2PSK信号分别调至在相互正交的载波上，这也是QPSK信号被称为正交载波调制的原因。此外相位的映射采用格雷映射。 2.3.2、2PSK的实现 数字调制技术的两种方法:?利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理;?利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控(PSK)基本的调制方式。 数字调相:如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值， 9 同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于"同相"状态;如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为"反相"。一般把信号振荡一次(一周)作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，"1"码控制发0度相位，"0"码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。 二进制移相键控信号的调制原理图如图1.3.2 所示. 其中图(a)是采用模拟调制的方法产生2PSK信号，图(b)是采用数字键控的方法产生2PSK信号。 (a) (b) 图2.3.2 2PSK信号的调制原理图 2PSK信号的解调通常都是采用相干解调, 解调器原理图如图 2- 3 所示.在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波。 2PSK信号相干解调各点时间波形如图 2 - 4 所示，当恢复的相干载波产生180?倒 10 相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带 图2.3.3 2psk信号解调原理图 图2.3.4 2PSK信号相干解调各点时间波形 图2.3.4是2PSK解调器在无噪声情况下能对2PSK信号的正确解调。(a)是收到的2PSK信号;(b)是本地载波提取电路提取的同频同相载波信号;(c)是接收的2PSK信号与本地载波相乘得到的波形示意图，此波形经过低通滤波器滤波后得到低通信号;(d)是取样判决器在位定时信号;(e)是对(d)波形取样，再与门限进行比较，做出相应的判决得到恢复的信号;需要注意的是判决规则应与调制规则一致。 2.4、QPSK的调制与解调 四进制绝对相移键控(QPSK)直接利用载波的四种不同相位来表示数字信息。如下: 11 图2.4.1 QPSK信号相位φ矢量图 n 由于每一种相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一比特用a来表示，后一比特用b表示，则双比特ab与载波相位的关系入下表: 表1 双比特ab与载波相位的关系 双比特码元 载波相位(φ) n a b A方式 B方式 o o 0 0 0225 o o 1 0 90315 o o 1 1 18045 o o 0 1 270135 四进制信号可等效为两个正交载波进行双边带调制所得信号之和。这样，就把数字调相和线性调制联系起来，为四相波形的产生提供依据。 (1)QPSK调制原理: 12 QPSK的调制方法有正交调制方式(双路二相调制合成法或直接调相法)、相位选择法、插入脉冲法等。这里我们采用正交调制方式。QPSK的正交调制原理如图3所示: 它可以看成是由两个载波正交的2PSK调制器构成的。图中串/并变换器将输入的二进制序列分为速度减半的两个并行双极性序列a和b(a,b码元在事件上是对齐的)，再分别进行极性变换，把极性码变为双极性码(0?-1，1?+1)然后分别调制到cosωt和sincωt两个载波上，两路相乘器输出的信号是相互正交的抑制载波的双边带调制(DSB)信c 号，其相位与各路码元的极性有关，分别由a和b码元决定。经相加电路后输出两路的合 oo成波形，即是4PSK信号。图中两个乘法器，其中一个用于产生0与180两种相位状态， ooooo，o另一个用于产生90与270两种相位状态，相加后就可以得到45，135，225和315四种相位。 图2.4.2 4PSK正交调制原理方框图 (2)QPSK解调原理 4PSK信号是两个载波正交的2PSK信号的合成。所以，可以仿照2PSK相干法，用两个正交的相干载波分别检测两个分量 a和b，然后还原成二进制双比特串行数字信号。此法称作极性比较法(相干解调加码反变换器方式或相干正交解调发)，在不考虑噪声及传输畸变时，接收机输入的4PSK信号码元可表示为: 13 表2 抽样判决器的判决准则 Sinn的极判决器输出 输入相位cosφ的极 性性φn a b o 45+ + 1 1 o 135- + 0 1 o 225- - 0 0 o315 + - 1 0 判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0.两路抽样判决器输出 a、b，经并/串变换器就可将并行数据恢复成串行数据。 图2.4.3 QPSK信号解调器原理方框图 14 三、QPSK调制解调系统仿真 3.1、MATLAB/SIMULINK简介 美国MATHWORKS公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory”(缩写为MATLAB)这就是MATLAB最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。从MATLAB诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，在高校中受到了极大的欢迎。由于它使用方便，能非常快的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了大多数科研人员的支持，经过一代代人的努力，目前已发展到了7.X版本。 MATLAB是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充MATLAB的功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，哪怕是你真正理解了一个工具箱，那么就是理解了一门非常重要的科学知识。科研工作者通常可以通过MATLAB来学习某个领域的科学知识，这就是MATLAB真正在全世界推广开来的原因。目前的MATLAB版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库(工具箱)，所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢迎。另外，MATLAB和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了MATLAB的应用潜力。可以说，MATLAB已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。 SIMULINK是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一 。确切的说，SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。SIMULINK工作环境进过几年的发展，已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。在SIMULINK环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。它的主要特点在于:1、建模方便、快捷;2、易于进行模型分析;3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。SIMULINK模块库(或函数库)包含有Sinks(输出方式)、Sources(输入源)、Linear(线性环节)、Nonlinear(非线性环节)、Connection(连接与接口)和Extra(其他环节)等具有不同功能或函数运算的SIMULINK库模块(或库函数)， 15 而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。用SIMULINK创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过SIMULINK的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。采用Scope模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，若改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具，MATLAB的所有工具及SIMULINK本身的应用工具箱都包含这些工具。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。但是SIMULINK不能脱离MATLAB而独立工作。 16 四、源代码 nb=8; %生成二进制序列的长度 ml =2; %分奇偶位 SNR=10; data=randint(1,nb,2); % 调用一个随机函数(0 or 1)，产生长度为nb的二进制序 列 bit=[]; %存放产生的二进制波形 for n=1:length(data) if data(n)==0; %这位为0，产生100个0(产生波形) bita=zeros(1,100); else data(n)==1; %为1，产生100个1 bita=ones(1,100); end bit=[bit bita]; end figure(1) plot(bit) ; title('产生的二进制波形');grid on; axis([0 100*length(data) -2 2]); 17 % 串并转换，将奇偶位数据分开 idata=data(1:ml:(nb-1)); % 将奇偶位分开，因此间隔m1为2 qdata=data(2:ml:nb); %偶数位 % 偶数位正弦调制 f1=20; %单路信号的速率为载波的1/20 s=qdata; t1=0:2*pi/99:2*pi; %采样频率为基带信号的100倍 cp1=[]; mod1=[];mod11=[];bit1=[]; for n1=1:length(s) if s(n1)==0; cp11=-ones(1,100); bit11=zeros(1,100); else s(n1)==1; cp11=ones(1,100); bit11=ones(1,100); end c1=sin(f1*t1); cp1=[cp1 cp11]; %基带信号的抽样波形 mod1=[mod1 c1]; %载频信号的波形 bit1=[bit1 bit11]; %正弦分路的波形 end bpsksin=cp1.*mod1; %QPSK调制信号 18 figure(3) subplot(2,1,1); plot(bit1,'LineWidth',1.5); title('二进制信息');grid on; axis([0 100*length(s) -2.5 2.5]); subplot(2,1,2); plot(bpsksin,'LineWidth',1.5); title('正弦分路信号');grid on; axis([0 100*length(s) -2.5 2.5]); %基数位余弦调制 f2=20; %单路信号的速率为载波的1/20 s=idata; t2=0:2*pi/99:2*pi; %采样频率为基带信号的100倍 cp2=[]; mod2=[];mod21=[];bit2=[]; for n2=1:length(s) if s(n2)==0; cp21=-ones(1,100); bit21=zeros(1,100); else s(n2)==1; cp21=ones(1,100); bit21=ones(1,100); end c2=cos(f2*t2); cp2=[cp2 cp21]; 19 mod2=[mod2 c2]; %载频信号的波形 bit2=[bit2 bit21]; %正弦分路的波形 end bpskcos=cp2.*mod2; %QPSK调制信号 figure(2) subplot(2,1,1); plot(bit2,'LineWidth',1.5); title('二进制信息');grid on; axis([0 100*length(s) -2.5 2.5]); subplot(2,1,2); plot(bpskcos,'LineWidth',1.5); title('余弦分路信号');grid on; axis([0 100*length(s) -2.5 2.5]); s=bpsksin+bpskcos; %两路信号合并 %高斯白噪声 s1=awgn(s,SNR); % 通过高斯信道之后的信号 s11=abs(fft(s1)); % 快速傅里叶变换得到频谱 s111=s1-s; % 高斯噪声曲线 ss=abs(fft(s111)); % 快速傅里叶变换得到频谱 h = spectrum.welch; % 类似于C语言的宏定义，方便以下的调用 figure(4) subplot(2,1,1) ; plot(s111),title('加性高斯白噪声时域波形'); 20 subplot(2,1,2) ; plot(abs(ss)),title('加性高斯白噪声频谱'); figure(6) psd(h,s111,'fs',100),title('加性高斯白噪声功率谱密度'); % 解调部分(高斯信道) idata2=s1.*mod2; %余弦分路相干解调 qdata2=s1.*mod1; %正弦分路相干解调 figure(5) subplot(3,1,1) ; plot(s1); title('接收端信号的时域图'); subplot(3,1,3); plot(qdata2); title('接收端正弦分路信号'); subplot(3,1,2) ; plot(idata2); title('接收端余弦分路信号'); idata3=zeros(1,nb/2); % 建立1*nb数组，以存放解调之后的信号 qdata3=zeros(1,nb/2); % 抽样判决的过程，与0作比较，data>=0,则置1，否则置0 for n=1:nb/2 if sum(idata2((100*(n-1)+1) : (100*n)))>=0 %100个抽样点相加与0比较 idata3(n)=1; %大于等于0为1 21 else idata3(n)=0; %小于 0为1 end if sum(qdata2((100*(n-1)+1) : (100*n)))>=0 qdata3(n)=1; else qdata3(n)=0; end end % 将判决之后的数据存放进数组 demodata=zeros(1,nb); demodata(1:ml:(nb-1))=idata3; % 存放奇数位 demodata(2:ml:nb)=qdata3; % 存放偶数位 bit3=[]; for n3=1:length(demodata) if demodata(n3)==0; bit31=zeros(1,100); else demodata(n3)==1; bit31=ones(1,100); end bit3=[bit3 bit31]; end 22 figure(7) plot(bit3) ; title('解调出的波形');grid on; axis([0 100*length(demodata) -2 2]); [penumber,perat]=symerr(data,demodata) %计算误码率解误码个数 23 五、仿真结果与分析 图4-1 原始波形 图4-2 正弦分路波形 24 解调出的波形 2 加性高斯白噪声时域波形 1.51 图 4-3 余弦分路波形 0.51 0 0.5 -0.5 0 -1050100150200250300350400450500 -0.5 加性高斯白噪声频谱 30 -1 20-1.5 10-2 01002003004005006007008009001000 0 050100150200250300350400450500 图、加性高斯白噪声的时域波形与频谱 25 接收端的时域图 加性高斯白噪声功率谱密度图 26 恢复出的波形 综上所述，用计算机仿真电子通信系统，具有广泛的适应性和极高的灵活性。在硬件试验中改变系统参数也许意味着重做硬件，而在软件中只需对特定的参数进行相应设置，同时利用SIMULINK可视化建模仿真和MATLAB简单编程的特点，可以实现较为复杂的系统，因此，MATLAB/SIMULINK在通信系统仿真方面具有强大的功能和优越性。 27 六、设计总结 通过本次计算机通信课程设计，让我在除了课本的知识之外的知识有了更好的理解，对QPSK调制解调的工作原理有了更好的理解，在设计之前，收集了很多的材料，但当真正深入设计时，却也遇到了诸多的问题，让我体会到了设计的要求在于系统性，可行性，准确性，诸多问题的出现给我们的设计带来了难度，也同时是更大的一次挑战，最终，在老师以及同学的帮助下，克服了种种困难，顺利的完成了本次计算机通信的课程设计，在此，首先要感谢学校安排此次课程设计，让我有机会对本次课程设计能够深入理解和设计，再次感谢老师的细心指导和改正，还有同组同学的相互团结和帮助，使我完成了本次计算机通信课程设计，使我在求学的道路上有了更多方面知识的获得。设计过程中查阅了大量的有关QPSK调制解调设计的书籍，巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的必要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 28 七、参考文献 [1]李建新.现代通信系统分析与仿真MATLAB通信工具箱.西安电子科技大学出版 社.2000. [2] 樊昌信.通信原理.国防工业出版社.2002. [3] 刘敏.MATLAB通信仿真与应用.国防工业出版社。 [4] 曹志刚等著.现代通信原理.北京:清华大学出版社.2001.5 [5]吴伟凌等著.移动通信原理.北京:电子工业出版社.2005 29