SIMULINK的QPSK传输系统仿真.docx

一 设计内容用matlab的.m文件或simulink设计一个QPSK调制解调传输系统。包括01码的产生，NRZ编码，串并变换，QPSK调制解调，高斯信道，低通滤波器，判决器，并串变换。二 QPSK系统描述QPSK 信号的产生与得到可以分为调制和解调两个部分。QPSK 信号的产生方法有两种：第一种是用相乘电路，第二种是选择法。这里我们采用第一种方法产生 QPSK 信号，输入的基带信号被“串/并变换”电路变成两路码元 a 和 b，再分别和正交载波相乘。a(0)、a(1)和 b(0)、b(1)码元分别表示二进制“0”、“1”，这两路信号在相加电路中相加后得到输出矢量 s(t)。QPSK 的解调原理，由于 QPSK 信号可以看作是两个正交 2PSK 信号的叠加，所以用两路正交的相干载波去解调，可以很容易地分离这两路正交的2PSK信号。相干解调后的并行码元 a 和 b，经过并/串变换后，成为串行数据输出。QPSK 的基本传输模型如下图所示：any(t)? s(t)and(t)dn码型变换相乘器发送滤波器信道C(w)接收滤波器抽样判决反码变换n(t)图1 QPSK信号传输模型三 系统分析与设计1、QPSK调制原理在QPSK调制中，QPSK信号可以看作两个载波正交的2PSK调制器构成。串/并转变器将输入的二进制序列分为速率减半的两个双极性序列，然后分别对sin(?ct)和cos(?ct)调制，相加后得到 QPSK 调制信号。QPSK同相支路和正交支路可分别采用相干解调方式解调，得到I(t)和Q(t)。经抽样判决和并/串转换器，将上、下支路得到的并行数据恢复成串行数据。QPSK调制框图如图2所示。S(t)cos(?ct)-sin(?ct)Q(t)I(t)A(t)串/并变 换相乘电路/2相移相干载波产生相加电路相乘电路图2 QPSK调制框图2、QPSK解调原理在QPSK解调中，正交支路和同相支路分别设置两个相关器（或匹配滤波器），得到I(t)和Q(t) ，经电平判决和并/串变换后即可恢复原始信息。I(t)-sin(?ct)cos(?ct)s(t)相乘低通抽判/2载波提取定时提取相乘低通判决并/串Q(t)A(t)图3 QPSK相干解调框图从发射机发射的已调信号经过传输媒介传播到接收端，接收机接收到的已调信号为:SQPSK(t)=I(t)cos(?ct)+Q(t)sin(?ct)I(t)、Q(t)分别为同相和正交支路，?c为载波频率，那么相干解调后，同相支路相乘可得：Ii(t)=SQPSK(t) cos(?ct) =I(t) cos(?ct)+Q(t) sin(?ct) cos(?ct) =I(t) cos2(?ct)+Q(t) sin(?ct)2 =I(t)2-Itcos2?ct2+Q(t) sin(2?ct)2正交支路相乘可得：Qq(t)=SQPSK(t)sin(?ct) =I(t) cos(?ct)+Q(t) sin(?ct) sin(?ct) =I(t) sin(?ct)* cos(?ct)+ Q(t) sin2(?ct) =I(t) sin(2?ct)2-Qtcos2?ct2+Q(t) 2经低通滤波器可得：Ii(t)= I(t)2 Qq(t)= Q(t) 2四 各功能模块主要界面1、 信源的产生在搭建QPSK调制解调系统中直接使用贝努力信号发生器产生01比特序列，每两比特代表一个符号。伯努利随机生成二进制 Generator 模块使用伯努利分布的二进制数字。产生参数为p的伯努利分布。伯努利分布均值为1 p，方差为p(1 P)。一个零概率参数指定p，可以是任何0和1之间的实数。图4 Bernoulli Binary Generator图5 Bernoulli Binary Generator 模块参数设置2、 串/并转换器图6 串并转换器此模块组是实现将一路串信号按照奇数位输出，按照偶数位输出另一路信号，即所谓的串/并转换器。图7 Buffer模块参数设置图8 Unipolar to Bipolar Converter 模块参数设置图9 Multiport Selector 模块参数设置3、 正弦相干载波发生器图10 正弦相干载波发生器图11 Sine Wave模块参数设置4、 QPSK调制部分图12 SimulinkQPSK调制部分5、 AWGN信道部分图13 SimulinkAWGN信道部分图14 AWGN 模块参数设置6、 QPSK解调部分图15 QPSK解调部分解调部分参数设置如下：图16 Digital Filter Design 模块参数设置图 17 Pulse Generator 参数设置图18 Sample and Hold 模块参数设置图19 Switch参数设置7、 QPSK传输系统总图图20 Simulink 总连线图五 Simulink仿真结果图1、Bernoulli Binary Generator 信源发送的波形图图20 输入A(t)数字信号序列2、对于基带数字信号有串并电路分别为AI(t),AQ(t)两个并行序列图 22 A(t)经过串并转换、双极性变换的序列AI(t),AQ(t)3、相干载波的波形图23 0 相位的正弦载波信号sin(?ct) ，相位正弦载波信号-cos(?ct)4、经过双极性转换的一路信号与相位为 0 的正弦载波相乘，另一路与相位为的正弦载波相乘，相乘后的波形如图。图24 AI(t)经载波相干后的信号,AQ(t)经载波相干后的信号5、调制后的波形图25 A(t)经调制后的QPSK信号AQPSK(t)6、QPSK 信号加两路正弦载波进行相干解调，解调后的信号AI(t)，AQ(t)的波形图26 0 相位载波相干后信号AI(t)，相位载波相干后信号AQ(t)7、两路双极性信号AI(t)、AQ(t)通过低通滤波器滤除噪声图27 双极性AI(t)、AQ(t)滤除噪声后波形8、 整形后AI(t)、AQ(t)的两路波形图28双极性AI(t)、AQ(t)整形后波形9、 利用 sign 函数进行归一化调整幅值图29双极性AI(t)、AQ(t)归一化幅值后波形10、 通过 switch 元件将两路信号判断出是否为信号源发出的波形图30 AI(t)、AQ(t)中选取的波形图11、通过 sum 将信号的两路信号，转换成一路二进制双极性信号，即此时的信号为 QPSK 信号解调后的信号。图31 双极性信号的解调信号12、转换成一路二进制单极性信号，即为QPSK信号解调后 AQPSK(t)图32 解调信号AQPSK(t)13、QPSK发送信号与接收解调信号比较图33发送信号A(t)与解调后信号AQPSK(t)14、调制后的信号A(t)的功率谱图34 A(t)信号功率谱15、解调后的信号功率谱图35 解调后的信号AQPSK(t)功率谱16、滤波器频谱图36 低通滤波器频谱+17、系统差错率计算模块图37 系统差错率显示器18、QPSK信号星座图+图38 QPSK信号星座图六 总结此课程设计让我深刻的理解到数字信号QPSK 的调制以及解调过程，熟悉了 Matlab 编程以及 Simulink 仿真的实际应用，对于之前一直模糊的 Matlab 软件的使用有改善。利用 Matlab 中 Simulink 中的 Library Browser 提供的元器件来构造图形实现QPSK的系统设计，并输出误码率，信道中的噪声为高斯白噪声。系统设计及仿真的内容是QPSK传输系统设计，对QPSK的调制部分以及解调部分的原理图有了很深刻的印象，弄清楚了QPSK的工作原理，和二进制的数字调制相比，多进制数字调制的频谱利用率更高。本次系统设计，我收获颇丰，不仅能更加的理解通信系统的原理，更加的明白了利用软件进行系统设计仿真，增强了自己的动手能力、思维能力。在实验过程中，一开始输出的波形都不正确，经过排查，最终找出了连线图错误之处，并予以改正。在连线中体会到QPSK 传输系统的原理，印象深刻，连图的原理还是要根据 QPSK 的基本调制解调来实现，这样出的波形较为准确。