QPSK調(diào)制解調(diào)的simulink仿真

摘要QPSK是英文QuadraturePhaseShiftKeying的縮略語簡稱，意為正交相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式。四相相移鍵控信號簡稱“QPSK〞。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，調(diào)制與解調(diào)是必不可少的重要手段。所謂調(diào)制，就是把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。解調(diào)那么是調(diào)制的相反過程，而從已調(diào)制信號中恢復(fù)出原信號。本課程設(shè)計主要介紹通過進行QPSK調(diào)制解調(diào)的基帶仿真，對實現(xiàn)中影響該系統(tǒng)性能的幾個重要問題進行了研究。針對QPSK的特點，調(diào)制前后發(fā)生的變化，加上噪聲后波形出現(xiàn)的各種變化，通過星座圖、眼圖、波形圖等來觀察。程序設(shè)計與仿真均采用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺，最后仿真詳單與理論分析一致。

關(guān)鍵詞：QPSK調(diào)制解調(diào)；

Simulink仿真平臺；MATLAB7.0

；噪聲

。目錄TOC\o"1-3"\h\u一、實驗?zāi)康?二、實驗內(nèi)容1三、設(shè)計原理11.Simulink簡介12.QPSK星座圖23.QPSK的調(diào)制24.QPSK的解調(diào)4四、設(shè)計步驟4五、設(shè)計結(jié)果及分析71.信號調(diào)制解調(diào)后的時域波形圖72.數(shù)據(jù)源的頻譜圖73.QPSK調(diào)制后的頻譜84.QPSK解調(diào)后的頻譜85.誤碼曲線圖9六、體會10七、參考文獻10實驗?zāi)康睦斫怆娮有盘柾ㄐ旁?。熟悉系統(tǒng)建模方法。配置電子信號，設(shè)計相關(guān)應(yīng)用方法。實驗內(nèi)容利用Matlab-Simulink建立系統(tǒng)模型。信號參數(shù)：信息速率80Hz，載波中心頻率15MHz，采樣頻率120MHz。依據(jù)相關(guān)參數(shù)，產(chǎn)生QPSK調(diào)制信號。設(shè)計一種方法完成QPSK信號的數(shù)據(jù)解調(diào)。設(shè)計原理Simulink簡介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同局部具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)立動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個創(chuàng)立過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。.構(gòu)架在Simulink根底之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)立、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。QPSK星座圖QPSK是QuadraturePhaseShiftKeying的簡稱，意為正交移相鍵控，是數(shù)字調(diào)制的一種方式。它規(guī)定了四種載波相位，分別為0,,,(或者，，，)，星座圖如圖1〔a〕、〔b〕所示?！瞐〕〔b〔a〕〔b〕圖SEQFigure\*ARABIC1QPSK星座圖QPSK的調(diào)制因為輸入信息是二進制序列，所以需要將二進制數(shù)據(jù)變換成四進制數(shù)據(jù)，才能和四進制的載波相位配合起來。采取的方法是將二進制數(shù)字序列中每兩個序列分成一組，共四種組合〔00,01,10,11〕，每一組稱為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSK每次調(diào)制可傳輸兩個信息比特。圖2的〔a〕、(b)、(c)原理框圖即為QPSK的三種調(diào)制方式，本次課程設(shè)計主要采用的是正交調(diào)制方式.。〔〔a〕正交調(diào)制法〔〔b〕相位選擇法〔〔c〕脈沖插入法圖2QPSK的主要調(diào)制方式圖2QPSK的主要調(diào)制方式4.QPSK的解調(diào)QPSK信號可以用兩個正交的載波信號實現(xiàn)相干解調(diào)，它的相干解調(diào)器如圖3所示，正交路分別設(shè)置兩個匹配濾波器，得到I〔t〕和Q〔t〕，經(jīng)電平判決和并轉(zhuǎn)串即可恢復(fù)出原始信息。圖3QPSK相干解調(diào)器圖3QPSK相干解調(diào)器設(shè)計步驟1.QPSK調(diào)制電路圖4QPSK調(diào)制仿真圖2.AWGN信道模型AWGN信道模塊可以將加性高斯白噪聲加到一個實數(shù)的或復(fù)數(shù)的輸入信號。當(dāng)輸入信號是實數(shù)時，這個塊增加了實的高斯噪聲，產(chǎn)生一個實數(shù)的輸出信號。當(dāng)輸入信號是復(fù)數(shù)的，這個模塊增加了復(fù)數(shù)的高斯噪聲，產(chǎn)生復(fù)數(shù)的輸出信號。此模塊繼承它的輸入信號的采樣時間。由于輸入信號為連續(xù)的信號，所以控制信道信噪比的方式選擇控制高斯噪聲標準差的方式器變量之間關(guān)系為：其中Es/No為信號能量比噪聲功率譜密度。3.QPSK解調(diào)電路根據(jù)圖3的方框圖搭建QPSK解調(diào)電路〔圖5〕：載波采用調(diào)制時的載波信號，解調(diào)后的信號經(jīng)位定時后判決得到并行二進制序列，再經(jīng)并轉(zhuǎn)串輸出二進制序列。圖5QPSK解調(diào)仿真電路4.比特錯誤率統(tǒng)計比特錯誤率統(tǒng)計使用ErrorRateCalculation模塊，該模塊可自動比擬發(fā)送序列與接收序列并作出比擬，進行錯誤統(tǒng)計，使用display模塊顯示將比特錯誤率輸出。由于采用buffer會產(chǎn)生時延，誤碼率較高，所以在設(shè)計時采用simulink里已有的QPSK調(diào)制模塊QPSKModulatorbaseband和解調(diào)模塊QPSKDemodulatorBaseband對信號進行調(diào)制和解調(diào)，信號源采用隨機信號源RandomIntegerGenerator,搭建出QPSK的調(diào)制解調(diào)仿真圖，如圖6所示。圖6QPSK系統(tǒng)框圖5.主要參數(shù)設(shè)計Randomintegergenerator參數(shù)：M-arynumber—4;Sampletime0.000005;QPSKModulatorBaseband參數(shù):InputtypeInteger;Phaseoffsetpi/4；AWGN參數(shù):ModeVariancefrommask;Variance1；QPSKDemodulatorBaseband參數(shù)：OutputtypeInteger;Phaseoffsetpi/4；ErrorRateCalculation參數(shù)：Receivedelay0;Outputdataport；載波〔SineWave〕參數(shù):Frequency2*pi*30000000;Phase正弦0〔余弦pi/2〕；設(shè)計結(jié)果及分析1.信號調(diào)制解調(diào)后的時域波形圖由于仿真時示波器采樣時間過少時會造成波形失真，而信號頻率很高時仿真時間過長，所以采用數(shù)據(jù)低傳輸速率，載波也采用低頻信號進行模擬仿真。如圖7。圖7QPSK調(diào)制時域波形圖從模擬仿真圖中可以看出QPSK調(diào)制過程產(chǎn)生了四種相位，與理論相符合。2.數(shù)據(jù)源的頻譜圖圖8數(shù)據(jù)源的頻譜圖3.QPSK調(diào)制后的頻譜圖9QPSK調(diào)制后的頻譜4.QPSK解調(diào)后的頻譜圖10QPSK解調(diào)后的頻譜上面調(diào)制解調(diào)結(jié)果顯示，完成QPSK信號在高斯通道上的調(diào)制，傳輸，解調(diào)過程，調(diào)制過程中采用上變頻進行調(diào)制后再在高斯通道上傳輸，再通過下變頻解調(diào)出QPSK調(diào)制信號，最后解調(diào)?！沧兞吭O(shè)置：信息速率80Hz，載波中心頻率15MHz，采樣頻率120MHz〕5.誤碼曲線圖本次課程設(shè)計主要采用matlab的bertool工具下的BitErrorRateAnalysisTool模塊進行誤碼統(tǒng)計的，設(shè)置如圖11所示，該工具能夠直接繪制出Simulink仿真的誤碼曲線圖。得到的誤碼曲線圖如圖12所示。圖11bertool設(shè)置圖圖12高斯通道下的QPSK誤碼曲線圖QPSK的誤碼主要來源于高斯信道的噪聲干擾，以及信號的碼間串?dāng)_。其次由于位定時不準確也會造成抽樣判決錯誤，導(dǎo)致信號與原始信號不同，產(chǎn)生誤碼。體會這次課程設(shè)計讓我深刻體會到數(shù)字信號的QPSK調(diào)制及解調(diào)過程，利用Simulink專業(yè)庫CommunicationsBlockset中的Modulation模塊庫所提供的“QPSKModulatorBasebandQPSKDemodulatorBaseband等模塊實現(xiàn)QPSK的系統(tǒng)設(shè)計，并輸出誤碼率，信道中的噪聲為高斯白噪聲。這幾周的課，不僅檢驗了我所學(xué)的通信原理的根本知識，同時讓我熟悉了Matlab的simulink仿真的一些根本操作。剛開始時連正弦信號在scope中顯示都很難做到，正弦信號的參數(shù)設(shè)計也是一大難題，但是經(jīng)過查閱資料，終于弄清楚最根本的模塊的用法。這次設(shè)計中遇到的最大的問題是數(shù)據(jù)源的串轉(zhuǎn)并和并轉(zhuǎn)串模塊，此模塊花費很多時間去設(shè)計，最終設(shè)計出的串轉(zhuǎn)并和并轉(zhuǎn)串模塊雖不理想〔存在延時〕但是實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的串轉(zhuǎn)并和并轉(zhuǎn)串。各個模塊參數(shù)的設(shè)計是設(shè)計中最難的一局部，因為一個參數(shù)設(shè)計不對會導(dǎo)致結(jié)果錯誤。最終經(jīng)過不斷的查找資料請教老師，終于按要求完成了Q