QPSK调制解调课设完整版

1、2012专业综合课程设计通信专业姓名：*班级：0902402学号：090240212.题目：利用matlab设计并仿真数字通信系统一、题目要求利用matlab软件设计并仿真下面的无线通信系统要求：1、输入信号为比特流形式，比特速率通常为 100kbps数量级。2、载波频率自定。通常为 MHz数量级。3、信道为多径信道（仿真中2径即可），信道中噪声为加性高斯白噪 声。4、信噪比自行设定。5、画出图中各点波形。6、画出系统误码率与接收端信噪比 SNR的关系（蒙特卡洛仿真）c7、在给定信噪比情况下，分析多径延时大小对系统性能有没有影响？ 画出系统误码率与多径延时大小之间的关系。二、设计过程1）概念理

2、解：QPSK 即四进制移向键控（Quaternary Phase Shift Keying ,它利用载波的四种不同相位来表示数字信息，由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一个码元用 a表示，后一个码元用b 表不。2）调制：QPSK信号可以看作两个载波正交 2PSK信号的合成，下图表示QPSK正交调制器。原理分析：由randint函数产生一个1x20的二进制随机矩阵，作为基带信 号data;然后转换成极性码（极性 NRZ电平编码器）；然后按奇偶 次序抽出随机数后组成1x10的矩阵（分离器）；将这两个矩阵中码元 宽度增大为原来

3、的2倍（采用增加点数）；如图在a路Idata与余弦 载波相乘，b路同理；最后代数相加，此时便产生QPSK调制信号作 为输出。3）解调:解调原理图如下所示*1 (t)同相信道 门限=02 (t) 正交信道 门限=0.原理分析：同相支路和正交支路分别采用相干解调方式解调，得到 I(t)和Q(t),经过低通滤波器(LPF)抽样判决和并/串交换器，将上下支路 得到的并行数据恢复成串行数据 demodata(1x20),此过程在复接器 实现，此时便得到QPSK解调信号(应该和基带信号一样)。4)高斯信道：应题目要求，通过无线信道传输的调制信号会加入高斯噪声，使用awgn (si, SNR)函数来实现；实

4、现多径信道，将延时后的信号 si加到未延时信号s0合并作为输出信号即可。5)带通滤波器(BPF):'')和filter函数实现,其中的使用 butter (N ,wp1,wp2,参数通过计算公式可知Wp1=2*delta_t*(fc-f);Wp2=2*delta_t*(fc+f);三、仿真结果及分析图一随机产生一个1x20的二进制随机矩阵data,图中基带每个码 元由抽样间隔delta_t间隔的离散点构成，总共2000个点(即每个码 元由100个点构成)，I/Q路信号的码元应该为原来的2倍，所以每 个码元由200个点构成，这样长度才能和原序列等长。实现的部分代码如下：data=

5、randint(1,nb);%调用一个随机函数(0 or 1),输出到一个1*100的矩阵datanrz=data.*2-1;% 变成极性码data1=zeros(1,2000);% 创建一个 1*nb/delta_T的零矩阵%各基带信号变换成对应波形信号data0=zeros(1,2000);% 创建一个 1*nb/delta_T的零矩阵for q=1:nbdata0(q-1)*100+1:q*100)=data(q);% 将非极性码变成对应的波形信号end%将奇偶位分开，因此间隔 ml为2%串并转换，将奇偶位数据分开idata=datanrz(1:ml:(nb-1);%创建一个1*nb/d

6、elta_T的零矩阵idata0=zeros(1,2000);for q=1:nb/2idata0(2*(q-1)*100+1:2*q*100)=idata(q);来码元的2倍endqdata=datanrz(2:ml:nb);qdata0=zeros(1,2000);for q=1:nb/2qdata0(2*(q-1)*100+1:2*q*100)=qdata(q);end%将其码元宽度扩展成为原部分代码如下:% QPSK的调制 %for ii=1:Na(ii尸cos(2*pi*fc*t(ii);endidata1=idata0.*a;号for jj=1:Nb(jj尸-sin(2*pi*fc

7、*t(jj);endqdata1=qdata0.*b;号s0=idata1+qdata1;%信号 %delay=0.0019;for ii0=1:Na_dl(ii0)=cos(2*pi*fc*t(ii0)+delay);endidata1_dl=idata0.*a_dl;号for jj0=1:Nb_dl(jj0)=-sin(2*pi*fc*t(jj0)+delay);%奇数位数据与余弦函数相乘，得到一路的调制信%偶数位数据与余弦函数相乘，得到另一路的调制信%将奇偶位数据合并，s即为QPSK调制信号%奇数位数据与余弦函数相乘，得到一路的调制信图二：endqdata1_dl=qdata0.*b_d

8、l;%偶数位数据与余弦函数相乘，得到另一路的调制信s1=idata1_dl+qdata1_dl;%将奇偶位数据合并，s即为QPSK调制信号%高斯信道si=s0+s1;图三:通过带通滤波器(PLF)后，上下的毛刺(即高斯噪声)得到了很好的滤除，但是和图二中的调制信号相比，有点儿失真。部分代码如下：%高斯信道si=s0+s1;sk=awgn(si,SNR);%通过高斯信道之后的信号%butter数字带通滤波器B,A=butter(4,0.08,0.12,'bandpass' );sr=filter(B,A,sk);图四：在通过同相支路和正交支路分别采用相干解调方式解调后，得到I(t

9、)和Q(t),其中包络为低频，在经过低通滤波器后(LPF)后， 能很好的滤除高频部分(载波)，得到低频部分，和图一的I/Q路信 号对比，基本不失真；然后进行抽样判决和并/串交换器，将上下支路得到的并行数据恢复成串行数据 demodata (1x20),此时便得到 QPSK解调信号，基本保持不失真。部分代码如下：%B 分idata_lpf=sr.*a;%这里面其实隐藏了一个串并转换的过程qdata_lpf=sr.*b;%对应的信号与正余弦信号相乘%!滤波器 %W,M=butter(4,0.03365,'low');idata2=filter(W,M,idata_lpf); qda

10、ta2=filter(W,M,qdata_lpf); idata3=zeros(1,nb/2);%建立1*nb/2 数组，以存放解调之后的信号qdata3=zeros(1,nb/2);%抽样判决的过程，与0作比较，data>=0,则置1,否则置0for n=1:nb/2if sum(idata2(n-1)*200+1:n*200)>=0idata3(n)=1;else idata3(n)=0; endif sum(qdata2(n-1)*200+1:n*200)>=0qdata3(n)=1;else qdata3(n)=0;endend%将判决之后的数据存放进数组demoda

11、ta=zeros(1,nb);%解调信号demodata(1:ml:(nb-1)=idata3;% 存放奇数位demodata(2:ml:nb尸qdata3;% 存放偶数位%为了显示，将它变成波形信号(即传输一个1代表单位宽度的高电平)demodata1=zeros(1,2000);% 创建一个 1*nb/delta_T 的零矩阵for q=1:nbdemodata1(q-1)*100+1:q*100)=demodata(q);% 将极性码变成对应的波形信end%图五：系统误码率与接收端信噪比SNR的关系（蒙特卡洛仿真）。本 实验将SNR=0:6设为大循环，里面包含一个 for循环（10000

12、次）； 每当循环10000次，统计误码数p（h）,计算出误码率perror;随着 信噪比的增大，误码率呈现下降趋势，在 SNR=5,6时，基本误码率 为0。部分代码如下:.for SNR=0:6% 信噪比for f=1:500end%误码率计算.for v=1：length(data)； (fi0000 次if data(v)=demodata(v);p(h)=p(h)+1;endendendperror(y)=p(h)/10000;y=y+i;h=h+1;Endfigure(8)SNR=0:6;plot(SNR,perror);title('误码率和信噪比的关系');axis

13、(0 6 0 0.008);图六：误码率和延时的关系：在一个周期内，可以看出00.2.1.21.4之间呈现上升趋势，这是因为误码率随着延时在一定范围的增大而增大，而在整个02内，具有周期性变化，周期为1/fc.部分代码如下:clc;y=1;h=1;dd=1;SNR=3.6;%匕处涉信噪比为3.6MINtime=0;MAXtime=50*1e-7;delay_t=1e-7;p=zeros(1,50);perror=zeros(1,50);for delay=MINtime:delay_t:MAXtime-delay_t forEnd%SSNR=3.6,每取定一个delay,就得出一个误码率End

14、figure(9)delay=MINtime:delay_t:MAXtime-delay_t;stem(delay,perror);title('PERROR&&DELAY');axis(MINtime MAXtime 0 0.01);四、实验小结1)设计缺点：用了 for循环的方式一增加点数实现对I/Q路信 号的码元宽度进行拓宽，可以参考 ceil函数；低通滤波器的截止频 率并没有设置为2*delta_t*f ,因为这样误码率非常大，所以设置 了一个比其稍大的参数；最后的误码率和延时的关系图由于取点(n=20)较少，所以并没有很好的反映出他们的关系。2)设计优

15、点：程序进一步优化后，再取大量点时运行速度较为 理想；误码率实现了 10*(-4)级的理想化；判决时通过使用sum(.)与0的比较来更为准确的做出判决，减小了误码率，若采用中点取点 (如：0200 ,在100处来判决)，这样偶然误差较大，从而译码器 准度不高.3 ）学到了什么：在短短的2周内，基于matlab对QPSK勺信号调制解调过程有了更为清晰的理解， 怎么去实现产生随机矩阵，怎么去按奇偶抽取点数，怎么增大码元宽度，怎么模拟高斯信道，怎么产生多径信道，以及对 BPF,LPF的简单使用，怎么更好的实现判都有了初步的入门，加深了对通信原理的某一部分的理解吧!附总代码:clc;y=1;h=1;p

16、=zeros(1,7);perror=zeros(1,7);for SNR=0:6% 信噪比for f=1:500%初始化参数T=1e-5;fc=5/T;ml=2;nb=20;delta_T=T/100;fs=1/delta_T;t=0:delta_T:nb*T-delta_T;N=length(t);%基带信号宽度，也就是频率%载波频率%调制信号类型的一个标志位%传输的比特数%采样间隔%采样频率%限定t的取值范围%采样数%B 分%基带信号的产生data=randint(1,nb);的矩阵%调用一个随机函数（0 or 1),输出到一个1*100datanrz=data.*2-1;data1=z

17、eros(1,2000);%各基带信号变换成对应波形信号data0=zeros(1,2000);for q=1:nb%变成极性码创建一个 1*nb/delta T创建一个 1*nb/delta T的零矩阵的零矩阵data0(q-1)*100+1:q*100)=data(q);end%将非极性码变成对应的波形信号.%串并转换，将奇偶位数据分开idata=datanrz(1:ml:(nb-1);%将奇偶位分开，因此间隔 ml为2idata0=zeros(1,2000);% 创建一个 1*nb/delta_T 的零矩阵for q=1:nb/2idata0(2*(q-1)*100+1:2*q*100)

18、=idata(q);% 将其码元宽度扩展成为原来码元的2倍endqdata=datanrz(2:ml:nb);qdata0=zeros(1,2000);for q=1:nb/2qdata0(2*(q-1)*100+1:2*q*100)=qdata(q);end% QPSK的调制 % for ii=1:Na(ii尸cos(2*pi*fc*t(ii); end%奇数位数据与余弦函数相乘，得到一路的调制%偶数位数据与余弦函数相乘，得到另一路的调制%将奇偶位数据合并，s即为QPSK调制信号%奇数位数据与余弦函数相乘，得到一路idata1=idata0.*a;信号for jj=1:Nb(jj尸-sin(

19、2*pi*fc*t(jj);endqdata1=qdata0.*b;信号s0=idata1+qdata1;%信号 %delay=0.0019;for ii0=1:Na_dl(ii0)=cos(2*pi*fc*t(ii0)+delay); end idata1_dl=idata0.*a_dl;的调制信号for jj0=1:Nb_dl(jj0)=-sin(2*pi*fc*t(jj0)+delay);endqdata1_dl=qdata0.*b_dl;%偶数位数据与余弦函数相乘，得到另一路的调制信号s1=idata1_dl+qdata1_dl;%将奇偶位数据合并，s即为QPSK调制信号%高斯信道si

20、=s0+s1;sk=awgn(si,SNR);%通过高斯信道之后的信号% %butter数字带通滤波器B,A=butter(4,0.08,0.12,'bandpass' );sr=filter(B,A,sk);% % %B 分idata_lpf=sr.*a;%这里面其实隐藏了一个串并转换的过程qdata_lpf=sr.*b;%对应的信号与正余弦信号相乘%!滤波器 %W,M=butter(4,0.03365,'low');idata2=filter(W,M,idata_lpf);qdata2=filter(W,M,qdata_lpf);idata3=zeros(1

21、,nb/2);%建立1*nb/2 数组，以存放解调之后的信号qdata3=zeros(1,nb/2);%抽样判决的过程，与0作比较，data>=0,则置1 ,否则置0for n=1:nb/2% A1(n)=sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T);if sum(idata2(n-1)*200+1:n*200)>=0idata3(n)=1;else idata3(n)=0; endif sum(qdata2(n-1)*200+1:n*200)>=0qdata3(n)=1;else qdata3(n)=0;endend%将判决之后的数据存放进数组d

22、emodata=zeros(1,nb);%军调信号demodata(1:ml:(nb-1)=idata3;% 存放奇数位demodata(2:ml:nb尸qdata3;% 存放偶数位%为了显示，将它变成波形信号(即传输一个1代表单位宽度的高电平)demodata1=zeros(1,2000);% 创建一个 1*nb/delta_T的零矩阵for q=1:nbdemodata1(q-1)*100+1:q*100)=demodata(q);% 将极性码变成对应的波形信号end%误码率计算for v=1:length(data); if data(v)=demodata(v);p(h)=p(h)+1;endendendperror(y尸p(h)/10000;y=y+1;h=h+1;endfigure subplot(311);plot(data0),title( axis(0 2000