QPSK通信系統(tǒng)性能分析與MATLAB仿真

課程設計報告書課程名稱：通信系統(tǒng)的計算機仿真設計 題目：QPSK通信系統(tǒng)性能分析 姓名：學號：QPSK通信系統(tǒng)性能分析與MATLAB仿真1緒論1.1研究背景與研究意義數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng),頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng),該系統(tǒng)對基帶信號進行調(diào)制,使其頻譜搬移到適合在信道(一般為帶號都為高頻正弦波。數(shù)字調(diào)制信號又稱為鍵控信號,數(shù)字調(diào)制過程中處理的是數(shù)邏輯量即1和0,所以調(diào)制的過程可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進行調(diào)制,最基本的方法有3種:正交幅度調(diào)制(QAM)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)。根據(jù)所處理的基帶信號的進制不同分為二進制和們選用恒定包絡數(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1.2課程設計的目的和任務目的在于使學生在課程設計過程中能夠理論聯(lián)系實際，在實踐中充分利用所學理論知識分析和研究設計過程中出現(xiàn)的各類技術(shù)問題，鞏固和擴大所學知識面，為以后走向工作崗位進行設計打下一定的基礎。課程設計的任務是：法。的能力。1.3可行性分析制。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QPSK分為絕對相移和相對相移兩種。由于絕對相移方式存在相位模糊問題，所以在實際中主要采用相對移相方式QDPSK。它具有一系列獨特的優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛應用于無線通信中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。其也是目前最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號調(diào)制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現(xiàn)也較為簡單。2QPSK通信系統(tǒng)應用于無線通信中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。要求利用比的增加而減小)。信信道碼性能分析噪聲信道解碼信號源編碼器抽樣量化解調(diào)通道制QPSK的性能指標B碼元傳輸速率通常又稱為碼元速率，傳碼率，碼率，信號速率或波形速率，直單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位為波特，常表示信息傳輸速率簡稱信息速率，又稱比特率，表示單位時間內(nèi)傳送的比特數(shù)，單位為bit/s(3)頻帶利用率n2.2.2可靠性指標(1)碼元差錯率Pe稱誤碼率，指接受錯誤的碼元數(shù)在傳送碼元數(shù)中所占的比例。信息差錯率稱誤信率或誤比特率，指接收錯誤的信息量在傳送信息總量所Pb=單位時間內(nèi)接受的錯誤比特數(shù)(錯誤信息量)/單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)目偙忍財?shù)(總信息量)結(jié)論：一定范圍內(nèi)，隨著信噪比逐漸變大，其誤碼率逐漸減小。3.1信源/信宿及其編譯碼主要過程是將話音、圖像等模擬信號每隔一定時間進行取樣，使其離散化，同時將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化，同時將抽樣值按一組二進制SK我們將信息直接轉(zhuǎn)換得到的較低頻率的原始信號稱為基帶信號。通?；鶐盘柌灰酥苯釉谛诺乐袀鬏?。因此在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需將基帶信號的頻譜搬移(調(diào)制)到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)，而在接收端，再將它們搬移(解調(diào))到原來的頻率范圍，這就是調(diào)制和解調(diào)。3.3信道ls兩類。有線信道包括明線、對稱電纜、同軸電纜及光纜等。無線信道有地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼以及各種散射信道等。如果我們把信道的范圍擴大，它還可以包括有關(guān)的變換裝置，比如：發(fā)送設備、接收設備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等，我們稱這種擴大的信道3.4信道編碼及譯碼為了與信道的統(tǒng)計特性相匹配，并區(qū)分通路和提高通信的可靠性，而在信源編碼的基礎上，按一定規(guī)律加入一些新的監(jiān)督碼元，以實現(xiàn)糾錯的編碼。實質(zhì)是在信息碼中增加一定數(shù)量的多余碼元(稱為監(jiān)督碼元)，使它們滿足一定的約束關(guān)系，這樣，由信息碼元和監(jiān)督碼元共同組成一個由信道傳輸?shù)拇a字。一旦傳輸過程中發(fā)生錯誤，則信息碼元和監(jiān)督碼元間的約束關(guān)系被破壞。在接收端按照既定的規(guī)則校驗這種約束關(guān)系，從而達到發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤的目的。S表3-1卷積碼編碼器參數(shù)設置表82道編碼，對由校正過采樣數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的多項式有效。編碼過程首先在多個點上對這些多項式求冗余，然后將其傳輸或者存儲。對多項式的這種超出必要值的采樣使得多項式超定(過限定)。當接收器正確的收到足夠的點后，它就可以恢復原來的多項式，即使接收到的多項式上有很多點被噪聲干擾失真。S因為本系統(tǒng)中采用(2，1，9)卷積碼，即每輸入一個比特，將輸出2個比特，約束長度為9，因此本系統(tǒng)中，信源設置成基于采樣的二進制序列。卷積碼編碼器格型結(jié)構(gòu)Trellisstructure設置成poly2trellis(9,[753561])，為[1111011]，代表了卷積碼編碼器反饋連線的有無。操作模式Operationmode設置成Continuous，即卷積碼編碼器在整個仿真過程中都不對寄存器復位。另外三種操作模式分別為：每幀數(shù)據(jù)開始之前自動對寄存器復位；每幀輸入信號的末尾增加填充比特；通過輸入端口復位.接收端用維特比譯碼器進行譯碼，譯碼器的參數(shù)設置與編碼器相對應，判決方式采用硬判決，反饋深度可設3.4.3卷積碼介紹因為本系統(tǒng)中采用(2，1，9)卷積碼，即每輸入一個比特，將輸出2個比特，約束長度為9，因此本系統(tǒng)中，信源設置成基于采樣的二進制序列。卷積碼編碼器格型結(jié)構(gòu)Trellisstructure設置成poly2trellis(9,[753561])，為[1111011]，代表了卷積碼編碼器反饋連線的有無。操作模式Operationmode設置成Continuous，即卷積碼編碼器在整個仿真過程中都不對寄存器復位。另外三種操作模式分別為：每幀數(shù)據(jù)開始之前自動對寄存器復位；每幀輸入信號的末尾增加填充比特；通過輸入端口復位.接收端用維特比譯碼器進行譯碼，譯碼器的參數(shù)設置與編碼器相對應，判決方式采用硬判決，反饋深度可設r信道編碼之漢明碼參數(shù)設置為：CodewordlengthN：7，MessagelengthK：Gfprimfd，‘min’)。3.6性能分析眼圖是在數(shù)字通信的工程實踐中測試數(shù)字傳輸信道質(zhì)量的一種應用廣泛、簡單易行的方法。實際上它是一個掃描周期是數(shù)字碼元寬度的一至二倍并且與之同步的示波器。對于二進制碼元，顯然1和0的區(qū)別越大，接受判決時錯判的可能性就越小。由于傳輸過程中的頻帶限制，噪聲的疊加使得1和0的差別變小。在接收機的判決點，將1和0的差別用眼圖上“眼睛”張開的大小表從而估計系統(tǒng)優(yōu)劣程度。另外也可以用此圖形對接收濾波器的特性加以調(diào)整，以減小碼間串擾和改善系統(tǒng)的傳輸性能。.2星座圖星座圖可以在信號空間展示信號所處的位置，為系統(tǒng)的傳輸特性分析提供3.6.3誤碼率統(tǒng)計在通信系統(tǒng)試驗中，誤碼率是一個反應系統(tǒng)特性的指標，如調(diào)制方法、差錯控制方式、功率利用率、頻帶利用率與傳輸環(huán)境特征等總體關(guān)系的重要指標。因此誤碼率的測試，他的結(jié)果正確與否以及可信度有多高是評價仿真系統(tǒng)的重要指標。4SIMULINK對QPSK通信系統(tǒng)的仿真與結(jié)果分析4.1總圖4.2M文件title誤碼率關(guān)系');title誤碼率關(guān)系');title比與誤碼率關(guān)系對比');信道編碼的眼圖對比圖如圖.3.2星座圖由以上所有圖可知，信號經(jīng)過信道傳輸后，因噪聲的影響系統(tǒng)性能下降，產(chǎn)生誤碼率，星座圖和眼圖都產(chǎn)生一些變化，但總體在均值附近變化，比較集中。而且經(jīng)過RS碼和卷積碼兩種信道編碼的仿真結(jié)果差別不大，星座圖和眼圖基本一致。由此可見，不同的信道編碼方式對系統(tǒng)性能影響不大，但是總的3.3頻譜圖由上圖可知前后頻譜圖基本一致，信號的能量都是集中在低頻段符合實際4.3.1有無信道編碼的信噪比與誤碼率的關(guān)系信道編碼信噪比與誤碼率關(guān)系圖信道編碼信噪比與誤碼率關(guān)系圖信噪比(dB)有信道編碼(RS碼)誤碼率無信道編碼的誤碼率0表4-1有無信道編碼情況下的信噪比與誤碼率表信道編碼提高了系統(tǒng)的可靠性。而且隨著信噪比的不斷提高系統(tǒng)的誤碼率都會4.3.1加入不同噪聲時信噪比與誤碼率的關(guān)系用M文件對無噪聲、加入萊斯噪聲、高斯噪聲、瑞利噪聲仿真，產(chǎn)生信噪種噪聲情況下的信噪比與誤碼率信噪比無噪聲高斯噪聲萊斯噪聲瑞利噪聲三種噪聲0相同信噪比的情況下，不同噪聲對誤碼率的影響不同。其中同時加入多種噪聲時誤碼率最大，對信號傳輸?shù)挠绊懽畲螅患痈咚乖肼暤恼`碼率較??；加瑞利噪聲的誤碼率也比較?。患尤R斯噪聲的誤碼率相對較大，對信號的傳輸相應的通過仿真軟件來模擬和估算通信系統(tǒng)的性能，通過模擬和仿真來調(diào)整一些通信系統(tǒng)的參數(shù)以期達到最佳使用效果。本課題中使用國際控制界公認的標準仿真軟件MATLAB來仿真移動通信系統(tǒng)各種數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)，具有數(shù)字通信的諸多優(yōu)點，廣泛使用它來傳送各種控制信息的數(shù)字調(diào)相信號，比較不同調(diào)相技通過這次課程設計，我學到了很多東西：從剛開始的研究QPSK的調(diào)制解調(diào)原理到熟悉MATLAB函數(shù)編寫程序和Simulink建模，再編寫程序并驗證QPSK的算法是否正確以及模塊能不能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)制解調(diào)的功能，最后對全局有了大體的把握，改善了一些波形的顯示，調(diào)整了程序和模塊的各種參數(shù)，使調(diào)制解調(diào)各步驟得到的波形越來越符合理論值，并對QPSK性能做了仿真和研究，對其有了大體的掌握。在信道編碼的設計與調(diào)制中，在不停的查找