SIMULINK的QPSK傳輸系統(tǒng)仿真

1、一 設(shè)計(jì)內(nèi)容用matlab的.m文件或simulink設(shè)計(jì)一個(gè)QPSK調(diào)制解調(diào)傳輸系統(tǒng)。包括01碼的產(chǎn)生，NRZ編碼，串并變換，QPSK調(diào)制解調(diào)，高斯信道，低通濾波器，判決器，并串變換。二 QPSK系統(tǒng)描述QPSK 信號(hào)的產(chǎn)生與得到可以分為調(diào)制和解調(diào)兩個(gè)部分。QPSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種：第一種是用相乘電路，第二種是選擇法。這里我們采用第一種方法產(chǎn)生 QPSK 信號(hào)，輸入的基帶信號(hào)被“串/并變換”電路變成兩路碼元 a 和 b，再分別和正交載波相乘。a(0)、a(1)和 b(0)、b(1)碼元分別表示二進(jìn)制“0”、“1”，這兩路信號(hào)在相加電路中相加后得到輸出矢量 s(t)。QPSK 的解調(diào)原理

2、，由于 QPSK 信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交 2PSK 信號(hào)的疊加，所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號(hào)。相干解調(diào)后的并行碼元 a 和 b，經(jīng)過并/串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。QPSK 的基本傳輸模型如下圖所示：any(t)d s(t)and(t)dn碼型變換相乘器發(fā)送濾波器信道C(w)接收濾波器抽樣判決反碼變換n(t)圖1 QPSK信號(hào)傳輸模型三 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)1、QPSK調(diào)制原理在QPSK調(diào)制中，QPSK信號(hào)可以看作兩個(gè)載波正交的2PSK調(diào)制器構(gòu)成。串/并轉(zhuǎn)變器將輸入的二進(jìn)制序列分為速率減半的兩個(gè)雙極性序列，然后分別對(duì)sin(wct)和cos(wct)調(diào)制，

3、相加后得到 QPSK 調(diào)制信號(hào)。QPSK同相支路和正交支路可分別采用相干解調(diào)方式解調(diào)，得到I(t)和Q(t)。經(jīng)抽樣判決和并/串轉(zhuǎn)換器，將上、下支路得到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)。QPSK調(diào)制框圖如圖2所示。S(t)cos(wct)-sin(wct)Q(t)I(t)A(t)串/并變 換相乘電路/2相移相干載波產(chǎn)生相加電路相乘電路圖2 QPSK調(diào)制框圖2、QPSK解調(diào)原理在QPSK解調(diào)中，正交支路和同相支路分別設(shè)置兩個(gè)相關(guān)器（或匹配濾波器），得到I(t)和Q(t) ，經(jīng)電平判決和并/串變換后即可恢復(fù)原始信息。I(t)-sin(wct)cos(wct)s(t)相乘低通抽判/2載波提取定時(shí)提取相乘低通

4、判決并/串Q(t)A(t)圖3 QPSK相干解調(diào)框圖從發(fā)射機(jī)發(fā)射的已調(diào)信號(hào)經(jīng)過傳輸媒介傳播到接收端，接收機(jī)接收到的已調(diào)信號(hào)為:SQPSK(t)=I(t)cos(wct)+Q(t)sin(wct)I(t)、Q(t)分別為同相和正交支路，wc為載波頻率，那么相干解調(diào)后，同相支路相乘可得：Ii(t)=SQPSK(t) cos(wct) =I(t) cos(wct)+Q(t) sin(wct) cos(wct) =I(t) cos2(wct)+Q(t) sin(wct)2 =I(t)2-Itcos2wct2+Q(t) sin(2wct)2正交支路相乘可得：Qq(t)=SQPSK(t)sin(wct)

5、=I(t) cos(wct)+Q(t) sin(wct) sin(wct) =I(t) sin(wct)* cos(wct)+ Q(t) sin2(wct) =I(t) sin(2wct)2-Qtcos2wct2+Q(t) 2經(jīng)低通濾波器可得：Ii(t)= I(t)2 Qq(t)= Q(t) 2四 各功能模塊主要界面1、 信源的產(chǎn)生在搭建QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中直接使用貝努力信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生01比特序列，每?jī)杀忍卮硪粋€(gè)符號(hào)。伯努利隨機(jī)生成二進(jìn)制 Generator 模塊使用伯努利分布的二進(jìn)制數(shù)字。產(chǎn)生參數(shù)為p的伯努利分布。伯努利分布均值為1 p，方差為p(1 P)。一個(gè)零概率參數(shù)指定p，可以是任

6、何0和1之間的實(shí)數(shù)。圖4 Bernoulli Binary Generator圖5 Bernoulli Binary Generator 模塊參數(shù)設(shè)置2、 串/并轉(zhuǎn)換器圖6 串并轉(zhuǎn)換器此模塊組是實(shí)現(xiàn)將一路串信號(hào)按照奇數(shù)位輸出，按照偶數(shù)位輸出另一路信號(hào)，即所謂的串/并轉(zhuǎn)換器。圖7 Buffer模塊參數(shù)設(shè)置圖8 Unipolar to Bipolar Converter 模塊參數(shù)設(shè)置圖9 Multiport Selector 模塊參數(shù)設(shè)置3、 正弦相干載波發(fā)生器圖10 正弦相干載波發(fā)生器圖11 Sine Wave模塊參數(shù)設(shè)置4、 QPSK調(diào)制部分圖12 SimulinkQPSK調(diào)制部分5、 AWG

7、N信道部分圖13 SimulinkAWGN信道部分圖14 AWGN 模塊參數(shù)設(shè)置6、 QPSK解調(diào)部分圖15 QPSK解調(diào)部分解調(diào)部分參數(shù)設(shè)置如下：圖16 Digital Filter Design 模塊參數(shù)設(shè)置圖 17 Pulse Generator 參數(shù)設(shè)置圖18 Sample and Hold 模塊參數(shù)設(shè)置圖19 Switch參數(shù)設(shè)置7、 QPSK傳輸系統(tǒng)總圖圖20 Simulink 總連線圖五 Simulink仿真結(jié)果圖1、Bernoulli Binary Generator 信源發(fā)送的波形圖圖20 輸入A(t)數(shù)字信號(hào)序列2、對(duì)于基帶數(shù)字信號(hào)有串并電路分別為AI(t),AQ(t)兩個(gè)

8、并行序列圖 22 A(t)經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換、雙極性變換的序列AI(t),AQ(t)3、相干載波的波形圖23 0 相位的正弦載波信號(hào)sin(wct) ，相位正弦載波信號(hào)-cos(wct)4、經(jīng)過雙極性轉(zhuǎn)換的一路信號(hào)與相位為 0 的正弦載波相乘，另一路與相位為的正弦載波相乘，相乘后的波形如圖。圖24 AI(t)經(jīng)載波相干后的信號(hào),AQ(t)經(jīng)載波相干后的信號(hào)5、調(diào)制后的波形圖25 A(t)經(jīng)調(diào)制后的QPSK信號(hào)AQPSK(t)6、QPSK 信號(hào)加兩路正弦載波進(jìn)行相干解調(diào)，解調(diào)后的信號(hào)AI(t)，AQ(t)的波形圖26 0 相位載波相干后信號(hào)AI(t)，相位載波相干后信號(hào)AQ(t)7、兩路雙極性信號(hào)AI

9、(t)、AQ(t)通過低通濾波器濾除噪聲圖27 雙極性AI(t)、AQ(t)濾除噪聲后波形8、 整形后AI(t)、AQ(t)的兩路波形圖28雙極性AI(t)、AQ(t)整形后波形9、 利用 sign 函數(shù)進(jìn)行歸一化調(diào)整幅值圖29雙極性AI(t)、AQ(t)歸一化幅值后波形10、 通過 switch 元件將兩路信號(hào)判斷出是否為信號(hào)源發(fā)出的波形圖30 AI(t)、AQ(t)中選取的波形圖11、通過 sum 將信號(hào)的兩路信號(hào)，轉(zhuǎn)換成一路二進(jìn)制雙極性信號(hào)，即此時(shí)的信號(hào)為 QPSK 信號(hào)解調(diào)后的信號(hào)。圖31 雙極性信號(hào)的解調(diào)信號(hào)12、轉(zhuǎn)換成一路二進(jìn)制單極性信號(hào)，即為QPSK信號(hào)解調(diào)后 AQPSK(t)圖

10、32 解調(diào)信號(hào)AQPSK(t)13、QPSK發(fā)送信號(hào)與接收解調(diào)信號(hào)比較圖33發(fā)送信號(hào)A(t)與解調(diào)后信號(hào)AQPSK(t)14、調(diào)制后的信號(hào)A(t)的功率譜圖34 A(t)信號(hào)功率譜15、解調(diào)后的信號(hào)功率譜圖35 解調(diào)后的信號(hào)AQPSK(t)功率譜16、濾波器頻譜圖36 低通濾波器頻譜+17、系統(tǒng)差錯(cuò)率計(jì)算模塊圖37 系統(tǒng)差錯(cuò)率顯示器18、QPSK信號(hào)星座圖+圖38 QPSK信號(hào)星座圖六 總結(jié)此課程設(shè)計(jì)讓我深刻的理解到數(shù)字信號(hào)QPSK 的調(diào)制以及解調(diào)過程，熟悉了 Matlab 編程以及 Simulink 仿真的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)于之前一直模糊的 Matlab 軟件的使用有改善。利用 Matlab 中 Simulink 中的 Library Browser 提供的元器件來構(gòu)造圖形實(shí)現(xiàn)QPSK的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并輸出誤碼率，信道中的噪聲為高斯白噪聲。系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的內(nèi)容是QPSK傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)QPSK的調(diào)制部分以及解調(diào)部分的原理圖有了很深刻的印象，弄清楚了QPSK的工作原理，和二進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的頻譜利用率更高。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，