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1、键入文字 通 信 工 程 专 业 通 信 原 理 课 程 设 计 题目 QPSK的误码率仿真分析 学生姓名谭夕林学号 1113024060 所在院(系)陕 西 理 工 学 院 物理与电信工程学院 专业班级通信工程专业 1102 班 指导教师魏瑞 完成地点陕 西 理 工 学 院物理与电信工程学院实验室 2014 年 3 月 12 日 通信原理课程设计 2 通 信 工 程 专 业 课 程 设 计 任 务 书 院( 系 ) 物理与电信工程学院专业班级通 信 工 程 专 业 1102 班学生姓名谭夕林 一、课程设计题目 QPSK的误码率仿真分析 二、课程设计工作自 2014 年 2 月 24 日 起至
2、 2014 年 3 月 16 日止 三、课程设计进行地点: 物理与电信工程学院实验室 四、课程设计的内容要求: 利用仿真软件等工具,结合所学知识和各渠道资料,对QPSK在高斯通道下的误码率进行研 究分析 指导教师魏 瑞系(教 研 室)通 信 工 程 系 通信原理课程设计 3 接受任务开始执行日期2014 年 2 月 24 日学生签名谭 夕 林 QPSK 的误码率仿真分析 谭夕林 陕西理工学院物理与电信工程学院通信1102班,陕西汉中723003) 指导教师:魏瑞 【摘 要】为实现 QPSK 应用到无线通信中,该文对QPSK 系统性能进行了理论 研究。介绍了 QPSK 调制解调原理 ,对高斯白噪
3、声信道的系统性能进行了研究,分析对 比了在高斯白噪声信道下的系统误码性能。为基于副载波QPSK 无线激光通信系统的 研究奠定了理论基础。 使用 MATLAB 中 M语言完成 QPSK 的蒙特卡罗仿真,得出在加性 高斯白噪声的信道下,传输比特错误率以及符号错误率。并将比特错误率与理论值相 比较,并得出关系曲线。使用 simulink搭建在加性高斯白噪声信道下的QPSK 调制 解调系统,其中解调器使用相关器接收机。并计算传输序列的比特错误率。通过多次 运行仿真得到比特错误率与信噪比之间的关系。 【关键词】: QPSK ,误码率,仿真,星座图 【中图分类号 】 TN702 文献标志码 A 通信原理课
4、程设计 4 QPSK BER simulation analysis Tan Xilin (Grade11,Class2,Major of Communication Engineering , School of Physics and telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,China) Tutor:Wei Rui AbstractFor the application of the QPSK (Phase-Shift-Keying) to the wireless
5、 laser communication, this paper emphasizes the system of QPSKs performance, theoretically. In the paper, the principle of the QPSKs modulation and demodulation were introduced in brief and the performance of the system at white Gaussian noise (AWGN) channel was also analyzed carefully. The above re
6、sults provide the theoretical foundation for the wireless laser communication system based on the QPSK with sub-carrier.Use the MATLAB language to complete Monte Carlo simulation of QPSK, and to obtain the transmission sequence bit error rate and symbol error rate in the additive white Gaussian nois
7、e channel, comparing it with the theoretical value, then get curve. The second aspect is to learn how to use Simulink and the functions and principles of various modules. Then we use Simulink to create the model of QPSK through additive white Gaussian noise channel. And take the advantage of the Cor
8、relator receiver to complete the operation of demodulation. Then calculate the transmission sequence bit error rate. By running the simulation repeatedly, we can get the relationship between the bit error rate and SNR. Keywords: QPSK, BER, simulation, constellation 通信原理课程设计 5 目录 摘 要 3 Abstract . 4 一
9、 绪 论 6 1.1 课题背景及仿真 6 1.1.1QPSK 系统的应用背景简介 6 1.1.2 QPSK 实验仿真的意义 . 6 1.1.3 仿真平台和仿真内容. 6 二系统实现框图和分析 7 2.1QPSK 调制部分 7 2.2QPSK 解调部分 8 三 QPSK 特点及应用领域 . 9 3.1QPSK 特点 9 3.2 误码率 . 10 3.3QPSK 时域信号 10 3.4 扩充认知 QPSK-OQPSK 10 3.5QPSK的应用领域 . 11 四使用 simulink搭建 QPSK 调制解调系统 12 4.1 信源产生 . 12 4.2QPSK 系统理论搭建 13 五仿真模型参数设
10、置及结果 15 5.1 仿真附图及参数设置 . 15 5.2 仿真结果 . 16 5.3 误码率曲线程序及其仿真结果 . 17 六仿真结果分析 19 七总结与展望 20 致 谢 21 参考文献 21 通信原理课程设计 6 通信原理课程设计 7 一 绪 论 1.1 课题背景及仿真: 1.1.1QPSK系统的应用背景简介 QPSK 是英文 Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称,意为正交相移键控, 是一种数字调制方式。在19 世纪 80 年代初期 , 人们选用恒定包络数字调制。这类数字 调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求, 不足之 处
11、是其频谱利用率低于线性调制技术。19 世纪 80 年代中期以后 , 四相绝对移相键控 (QPSK) 技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点, 广泛应用于数字微 波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.1.2 QPSK 实验仿真的意义 通过完成设计内容,复习QPSK 调制解调的基本原理,同时也要复习通信系统的主 要组成部分,了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK 的实现方法及数学原理。 并对“通信”这个概念有个整体的理解,学习数字调制中误码率测试的标准及计算方 法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数,频域用功率谱密度来描述平稳随机 过程的
12、特性等基础知识,来理解高斯信道中噪声的表示方法,以便在编程中使用。 理解QPSK 调制解调的基本原理, 并使用 MATLAB 编程实现 QPSK 信号在高斯信道和瑞利 衰落信道下传输,以及该方式的误码率测试。复习MATLAB 编程的基础知识和编程的常 用算法以及使用 MATLAB 仿真系统的注意事项,并锻炼自己的编程能力,通过编程完成 QPSK 调制解调系统的仿真,以及误码率测试,并得出响应波形。在完成要求任务的条 件下,尝试优化程序。 通过本次课设, 除了和队友培养了默契学到了知识之外,还可以将次课设作为一种 推广,让更多的学生来深入一层的了解QPSK 以至其他调制方式的原理和实现方法。可
13、以方便学生进行测试和对比。足不出户便可以做实验。 1.1.3 仿真平台和仿真内容 (1) 仿真平台 本实验是基于 Matlab 的软件仿真,只需PC机上安装 MATLAB 6.0或者以上版本即 可。 (本实验附带基于Matlab Simulink (模块化)仿真,如需使用必须安装simulink 模块) (2) 仿真内容 构建一个在 AWGN(高斯白噪声)信道条件下的 QPSK 仿真系统,要求仿真结果有 QPSK 信号星座图 高斯白噪声信道条件下的误码性能以及高斯白噪声的理论曲线,要求所有误码性能 曲线在同一坐标比例下绘制 通信原理课程设计 8 二、系统实现框图和分析 2.1 、QPSK 调制
14、部分 ,原理框图如图 1 所示 1(t) 2 cos(2) c f t T 2(t) 2 sin(2) c f t T 图 1 原理分析: 基本原理及系统结构 QPSK 与二进制 PSK一样,传输信号包含的信息都存在于相位中。的别的载波相位取 四个等间隔值之一,如/4, 3 /4,5 /4, 和 7/4 。相应的,可将发射信号定义为 2/cos2(21)/ 4Etfti 0 t T Si(t ) 0。 ,其他 其中, i 1,2,2,4;E 为发射信号的每个符号的能量,T 为符号持续时间,载波频 率 f 等于 nc/T ,nc 为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。例如, 可用
15、前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组:10,00,01,11。 下面介绍 QPSK 信号的产生和检测。如果a 为典型的 QPSK 发射机框图。输入的二进制 数据序列首先被不归零( NRZ )电平编码转换器转换为极性形式,即负号1 和 0 分别用 bE 和bE 表示。接着,该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位 极性 NRZ 电平编码器 分离 器 二进制 数据序列 QPSK 信号 s(t) 通信原理课程设计 9 偶数位组成的彼此独立的二进制波形,这两个二进制波形分别用a1(t ) ,和 a2(t ) 表示。容易注意到,在任何一信号时间间隔内a1(t ) ,和 a2(t )的幅度恰
16、好分别等 于 Si1 和 Si2 ,即由发送的二位组决定。这两个二进制波形a1(t ) ,和 a2(t )被用 来调制一对正交载波或者说正交基本函数:1(t ) 2 cos(2)cf t T ,2(t ) 2 sin(2) c f t T 。这样就得到一对二进制PSK信号。1(t )和2(t )的正交性使这 两个信号可以被独立地检测。 最后, 将这两个二进制PSK信号相加,从而得期望的 QPSK 。 2.2 、QPSK 解调部分 ,原理框图如图2 所示: 1(t)同相信道门限 0 2(t)正交信道门限 0 图 2 原理分析: QPSK 接收机由一对共输入地相关器组成。这两个相关器分别提供本地产
17、生地相干参 考信号1(t )和2(t ) 。相关器接收信号x(t ) ,相关器输出地x1 和 x2 被用来与 门限值 0 进行比较。如果 x10, 则判决同相信道地输出为符号1;如果 x10); remessage(1,m1)=1+j; redata(m1,1)=1; redata(m1,2)=1; m2= find( angle(receive)pi/2 remessage(1,m4)=1-j; redata(m4,1)=1; redata(m4,2)=0; resum,ratio1=symerr(data,redata); pbit(Eb_NO_id)=resum/(sum*2); tot
18、al,ratio2=symerr(message,remessage); pe(Eb_NO_id)=total/sum; end scatterplot(receive) title(C ?D?o?D? ? ) Pe=1-(1-1/2*erfc(sqrt(10.(SNR_DB/10)/2).2; Pbit=1/2*erfc(sqrt(10.(SNR_DB/10)/2); figure(3) semilogy(SNR_DB,pe,:s,SNR_DB,Pe,-*,SNR_DB,pbit,-o,SNR_DB,Pbit,:+) legend(QPSK? , QPSK ?, QPSK? ?, QPSK
19、? ?,1) xlabel(D? /dB) ylabel(? P ) gird on 通信原理课程设计 19 误码率曲线图 六、仿真结果分析 本次仿真研究了数字调制方式QPSK ,对其误码率进行了考察。通过理论误码率和 仿真误码的比较,了解了误码率的性能。本次课程设计通过运用星座图来对实验结果 进行仿真。本次实验得出结论如下:误码率是误比特率的两倍。由于仿真中各种条件 都是理想化的,包括数据在传输过程中,除了噪声影响以外不会发生任何错误所以相 对实际情况来说,在相同的信噪比之下,比特错误率要小的多,但是仿真所得结果与 事实规律并不违背。 M语言的蒙塔卡罗仿真使用的是星座图对应调制解调方式,且信
20、道 噪声为功率谱密度为0N/2 的一组样本,且不存在时延问题。而simulink仿真中,采 用乘积方式调制,最佳接收机检波,信道的功率谱密度没有办法确定算出,只能使用 理想算法估算,其中会产生比较大的误差,由于simulink模块功能限制,传输信号比 特数限制在一定范围内,无法做出比较精确的估算,且会出现传输误差。 通过对 QPSK 调制系统的仿真,分析对比了加性高斯白噪声信道下信号、星座图和 误码率的性能,推导了QPSK 系统误码率表达式,仿真结果表明信道在高斯白噪声时, 使得通信质量严重降低。通过对QPSK 系统性能研究,为今后的学习,基于QPSK 通信 系统的研究奠定了基础。 通信原理课
21、程设计 20 七、总结与展望 本次课程设计我收获很多,应用MATLAB 的仿真技术处理问题,加深了对通信原理 中部分公式和概念的理解。 过程中也遇到了不少问题, 在星座图映射上, 一开始将 00, 01,10,11 看成一个整体,这样对整体编程存在很大困难,因此后来尝试将其分开看, 并成功映射;在分析噪声的过程中,由于通信原理的知识未能牢固掌握,在分析和计 算的过程中花了很多时间;仿真过程中,学会了使用函数来代替循环的功能,从而使 程序运行更加快,大大工作量。通过本次课程设计实践,应该加强MATLAB 在各个学科 的应用,学会用 MATLAB 来处理实际问题。 本次课程设计的题目是QPSK 系
22、统软件实现及误码率测试。 QPSK 调剂解调技术已经 比较成熟,在实际应用中也发挥着极为重要的作用。而在通信技术高速发展的今天, 单一的数字调制技术已经无法满足通信的要求,根据不同通信方式而采取不同的调制 方法,有时也会出现混合调制的方式,因此对基本的QPSK 的研究与学习将为其他复杂 的调制方法提供扎实的基础。对于我本人来讲, QPSK 调制解调基本原理早已经学过, 也在通信原理实验课中观察过仿真结果。在此次过程中,使用M语言完成其仿真,而 且使用 simulink搭建 QPSK 系统,在进一步理解基本原理的同时也可以了解许多新的 东西。当然,所搭建的QPSK 调制解调系统中还有很多问题需要
23、解决,更需要进一步完 善,使其成为有更好性能的仿真系统。 通信原理课程设计 21 致谢:陕西理工学院 501 实验楼,陕西理工学院电子阅览室,陕西理工学院图 书馆指导教师魏老师给予我帮助过的同学。 参考文献: 书籍 约翰.G. 普洛克斯,马苏德 . 萨勒赫,刘树棠(译) 现代通信系统 -使 用 MATLAB 西安交通大学出版社 P.1-77 书籍 邓华 MATLAB 通信仿真及应用实例讲解人民邮电出版社,P.1-60 , 2003.9 书籍 钟麟,王峰MATLAB仿真技术与应用教程国防工业出版社, P.1-35,2004.1 书籍 龙光利 王战备通信原理清华大学出版社 P.239-308 学位论文 路布新 QPSK 的通信系统研究南京理工大学硕士学位论文 2006.6 网络资源 王林 QPSK 系统仿真及误码率性能分析 http:/www.d 网络资源 QPSK的星座图和眼图 http:/ 网络资源 毕业设计基于 MATLAB 的 QPSK仿真设计与实现 http:/ 期刊段德平 QPSK系统仿真研究电脑知识与技术2011 年第 9 期 期刊齐刚基于 DSP的 QPSK 调制的设计与实现刊期论文2009 年第 7 期
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