基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真—数字通信课程设计

基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真—数字通信课程设计 西南科技大学 课 程 设 计 报 告 课程名称: 数字通信课程设计 设计名称:基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真 姓 名: 学 号: 班 级: 指导教师: 起止日期: 2011.6.21-2011.7.3 西南科技大学信息工程学院制 1 课 程 设 计 任 务 书 学生班级: 学生姓名: 学号: 设计名称: 基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真 起止日期: 2011.6.28----2011.7.4 指导教师: 基本要求: (1)分析QPSK调制、解调原理，画出系统框图，推导星座图(设载波相位 为0?); 产生随机二进制序列，作为待传输的数据，数据的速率是5Mbit/s; (2)载波频率为50MHz，完成QPSK调制，分别画出两路信号经过乘法器后 的时域波形，并给出分析、解释; (3)产生加性高斯白噪声，画出时域波形及频谱， 将加性高斯白噪声作为传输信道的干扰，画出接收端信号的时域图; (4)完成QPSK解调，输出解码序列，画出信号经过乘法器，低通滤波器后 的波形。 (5)计算系统信噪比、传输误码率 扩展要求: (1)计算在不同系统信噪比下，传输误码率; (2)画出系统信噪比，传输误码率的曲线。 2 课 程 设 计 学 生 日 志 时间 设计 6.28--6.29 查阅Matlab、通信原理的有关资料 6.30--7.2 用Matlab编写并调试程序,实现QPSK的调制与解调 7.3 写课程设计论文 7.4 课程设计答辩 课 程 设 计 考 勤 表 周 星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 3 课 程 设 计 评 语 表 指导教师评语: 成绩: 指导教师: 年 月 日 4 基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真 一、设计目的和意义 , 分析QPSK调制、解调原理，画出系统框图，推导星座图(设载波相位为0?); Mbit/s; , 产生随机二进制序列，作为待传输的数据，数据的速率是5 , 载波频率为50MHz，完成QPSK调制，分别画出两路信号经过乘法器后的时域波 形，并给出分析、解释; , 产生加性高斯白噪声，画出时域波形及频谱， , 将加性高斯白噪声作为传输信道的干扰，画出接收端信号的时域图; , 完成QPSK解调，输出解码序列，画出信号经过乘法器，低通滤波器后的波形。 , 计算系统信噪比、传输误码率 扩展要求: , 计算在不同系统信噪比下，传输误码率; , 画出系统信噪比，传输误码率的曲线。 意义:在通信和信息传输系统、工业自动化或电子工程技术中，调制和解调应用最为广泛。 二、设计原理 1、2PSK信号 2PSK信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定0相位载波和π相位载波分别表示传“1”和传“0”。 2PSK码元序列的波形与载频和码元持续时间之间的关系有关。当一个码元中包含有整数个载波周期时，在相邻码元的边界处波形是不连续的，或者说相位是不连续的。当一个码元中包含的载波周期数比整数个周期多半个周期时，则相位连续。当载波的初始相位差90度时，即余弦波改为正弦波时，结果类似。 2PSK信号的产生主要有两种。第一种叫相乘法，是用二进制基带不归零矩形脉冲信号与载波相乘，得到相位反相的两种码元。第二种方法叫选择法，是用此基带信号控制一个开关电路，以选择输入信号，开关电路的输入信号是相位相差,的同频载波。这两种方法的复杂程度差不多，并且都可以用数字信号处理器实现。 2、4PSK信号 四进制绝对相移键控(4PSK)直接利用载波的四种不同相位来表示数字信息。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。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。 5 3、调制原理 K即四进制移向键控，它利用载波的四种不同相位来表示数字信息，由 QPS 于每一种载波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个码元用a表示，后一个码元用b表示。 QPSK信号可以看作两个载波正交2PSK信号的合成，下图表示QPSK正交调制器。 由QPSK信号的调制可知，对它的解调可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调。解调原理图如下所示，同相支路和正交支路分别采用相干解调方式解调，得到和，经过抽样判决和并/串交换器，将上下支路得到的并行数It()Qt() 据恢复成串行数据。 6 三、设计步骤 1、步骤 (1)用matlab中randint()产生二进制随机序列，再通过算法把序列转换为相应的波形。 (2)将第(1)步中得到的二进制序列以奇偶分开，cos(wc*t)、sin(wc*t)调制，然后相加得到调制信号Sqpsk(t)。 (3)高斯白噪声，然后观察其信号和频谱。 (4)进行相干解调后，经过低通滤波器，然后抽样判决恢复信号I(t)和Q(t)，再经过串并转换恢复信号。 2、源代码 clear; T=1; % 基带信号宽度，也就是频率 f=1/T=5Mhz fc=10/T; % 载波频率 fc=10*1/T=50Mhz space=2; nb=20; delta_T=T/50; 7 t=0:delta_T:nb*T-delta_T; N=length(t); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%% 调制部分 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 基带信号的产生 data=randn(1,nb)>0.5; % 调用一个随机函数(0 or 1)， datanrz=data.*2-1; % 变成极性码 data1=zeros(1,nb/delta_T); for q=1:nb data1((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=datanrz(q); % 将极性码变成对应的波形信号 end % 将基带信号变换成对应波形信号 data0=zeros(1,nb/delta_T); % 创建一个1*nb/delta_T的零矩阵 for q=1:nb data0((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=data(q); % 将非极性码变成对应的波形信号 end figure(1); subplot(2,1,1) plot(data0),title('波形信号(非极性)'); axis([0,1000,0,1.5]); subplot(2,1,2) plot(data1),title('波形信号(极性)'); axis([0,1000,-1.5,1.5]); % 串并转换，将奇偶位数据分开 idata=datanrz(1:space:(nb-1)); % 将奇偶位分开 qdata=datanrz(2:space:nb); % QPSK信号的调制 ich=zeros(1,nb/delta_T/2); % 创建一个1*nb/delta_T/2的零矩阵，以便后面存放奇偶位数据 for i=1:nb/2 ich((i-1)/delta_T+1:i/delta_T)=idata(i); end for ii=1:N/2 a(ii)=sqrt(2/T)*cos(2*pi*fc*t(ii)); end idata1=ich.*a; % 奇数位数据与余弦函数相乘，得到一路的调制信号 qch=zeros(1,nb/2/delta_T); for j1=1:nb/2 8 qch((j1-1)/delta_T+1:j1/delta_T)=qdata(j1); end for jj=1:N/2 b(jj)=sqrt(2/T)*sin(2*pi*fc*t(jj)); end qdata1=qch.*b; % 偶数位数据与正弦函数相乘，得到另一路的调制信号 figure(2); subplot(2,1,1) plot(idata1),title('I(t)cos(Wc*t)'); axis([0,700,-2,2]); subplot(2,1,2) plot(qdata1),title('Q(t)sin(Wc*t)'); axis([0,700,-2,2]); s=idata1+qdata1; % 将奇偶位数据合并 figure(3); plot(s),title('调制信号'); axis([0,500,-3,3]); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 高斯信道 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 高斯信道 y=wgn(1,1000,1) y1=abs(fft(y)); s1=awgn(s,0); s11=abs(fft(s1)); figure(4) subplot(1,2,1) plot(y),title('高斯白噪声'); subplot(1,2,2) plot(y1),title('高斯白噪声频谱'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 9 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% QPSK 解调部分 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 解调部分 idata2=s1.*a; qdata2=s1.*b; figure(5); subplot(2,1,1) plot(idata2),title('I(t)'); axis([0,600,-4,4]); subplot(2,1,2) plot(qdata2),title('Q(t)'); axis([0,600,-4,4]); idata3=zeros(1,nb/2); 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 % A1(n)=sum(idata2((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; end end % 将判决之后的数据存放进数组 demodata=zeros(1,nb); demodata(1:space:(nb-1))=idata3; % 存放奇数位 demodata(2:space:nb)=qdata3; % 存放偶数位 demodata1=zeros(1,nb/delta_T); for q=1:nb demodata1((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=demodata(q); end figure(6); 10 plot(demodata1),title('基带信号'); axis([0,1000,-2,2]); 四、实验结果及分析 (1)产生的非极性基带信号和极性信号。 (2)与cos(wc*t)和sin(wc*t)相乘后的波形如下: (3)得到调制信号Sqpsk(t): 11 (3)用wgn()产生高斯白噪声，时域图和频域图 (4)相干解调后的I(t)和Q(t)信号 12 (5)基带信号 五、实验体会 13 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，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。最后，在查阅了大量的资料咨询了许多同学后，终于得出了正确的结果，顺利完成了本次课程设计。 这次课程设计让我明白，有时候，光有基础知识是不够的，实践是检验真理的唯一标准，我们在把知识付出实践的过程中，常常会遇到或多或少的困难。只要我们想办法，用心去思考，用行动去创造，困难都会迎刃而解。 只有做到理论知识和实践相结合，才能真正做一个服务社会的人。 最后再次真切的感谢龙老师。 六、参考文献 [1] 曹志刚.现代通讯原理.清华大学出版社,2007.8 [2] 张威.MATLAB基础与编程入门.西安电子科技大学出版社,2004.2 14