SIMULINK的QPSK传输系统仿真.docx
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SIMULINK的QPSK传输系统仿真
一设计内容
用matlab的.m文件或simulink设计一个QPSK调制解调传输系统。
包括01码的产生,NRZ编码,串并变换,QPSK调制解调,高斯信道,低通滤波器,判决器,并串变换。
二QPSK系统描述
QPSK信号的产生与得到可以分为调制和解调两个部分。
QPSK信号的产生方法有两种:
第一种是用相乘电路,第二种是选择法。
这里我们采用第一种方法产生QPSK信号,输入的基带信号被“串/并变换”电路变成两路码元a和b,再分别和正交载波相乘。
a(0)、a
(1)和b(0)、b
(1)码元分别表示二进制“0”、“1”,这两路信号在相加电路中相加后得到输出矢量s(t)。
QPSK的解调原理,由于QPSK信号可以看作是两个正交2PSK信号的叠加,所以用两路正交的相干载波去解调,可以很容易地分离这两路正交的2PSK信号。
相干解调后的并行码元a和b,经过并/串变换后,成为串行数据输出。
QPSK的基本传输模型如下图所示:
图1QPSK信号传输模型
三系统分析与设计
1、QPSK调制原理
在QPSK调制中,QPSK信号可以看作两个载波正交的2PSK调制器构成。
串/并转变器将输入的二进制序列分为速率减半的两个双极性序列,然后分别对sin(ωct)和cos(ωct)调制,相加后得到QPSK调制信号。
QPSK同相支路和正交支路可分别采用相干解调方式解调,得到I(t)和Q(t)。
经抽样判决和并/串转换器,将上、下支路得到的并行数据恢复成串行数据。
QPSK调制框图如图2所示。
图2QPSK调制框图
2、QPSK解调原理
在QPSK解调中,正交支路和同相支路分别设置两个相关器(或匹配滤波器),得到I(t)和Q(t),经电平判决和并/串变换后即可恢复原始信息。
图3QPSK相干解调框图
从发射机发射的已调信号经过传输媒介传播到接收端,接收机接收到的已调信号为:
SQPSK(t)=I(t)cos(ωct)+Q(t)sin(ωct)
I(t)、Q(t)分别为同相和正交支路,ωc为载波频率,那么相干解调后,同相支路相乘可得:
Ii(t)=SQPSK(t)cos(ωct)
=[I(t)cos(ωct)+Q(t)sin(ωct)]cos(ωct)
=I(t)cos2(ωct)+
=
正交支路相乘可得:
Qq(t)=SQPSK(t)sin(ωct)
=[I(t)cos(ωct)+Q(t)sin(ωct)]sin(ωct)
=I(t)sin(ωct)*cos(ωct)+Q(t)sin2(ωct)
=
经低通滤波器可得:
Ii(t)=
Qq(t)=
四各功能模块主要界面
1、信源的产生
在搭建QPSK调制解调系统中直接使用贝努力信号发生器产生01比特序列,每
两比特代表一个符号。
伯努利随机生成二进制Generator模块使用伯努利分布的二进制数字。
产生参数为p的伯努利分布。
伯努利分布均值为1–p,方差为p(1–P)。
一个零概率参数指定p,可以是任何0和1之间的实数。
图4BernoulliBinaryGenerator
图5BernoulliBinaryGenerator模块参数设置
2、串/并转换器
图6串并转换器
此模块组是实现将一路串信号按照奇数位输出,按照偶数位输出另一路信号,即所谓的串/并转换器。
图7Buffer模块参数设置
图8UnipolartoBipolarConverter模块参数设置
图9MultiportSelector模块参数设置
3、正弦相干载波发生器
图10正弦相干载波发生器
图11SineWave模块参数设置
4、QPSK调制部分
图12Simulink——QPSK调制部分
5、
AWGN信道部分
图13Simulink——AWGN信道部分
图14AWGN模块参数设置
6、QPSK解调部分
图15QPSK解调部分
解调部分参数设置如下:
图16DigitalFilterDesign模块参数设置
图17PulseGenerator参数设置
图18SampleandHold模块参数设置
图19Switch参数设置
7、
QPSK传输系统总图
图20Simulink总连线图
五Simulink仿真结果图
1、BernoulliBinaryGenerator信源发送的波形图
图20输入A(t)数字信号序列
2、对于基带数字信号有串并电路分别为AI(t),AQ(t)两个并行序列
图22A(t)经过串并转换、双极性变换的序列AI(t),AQ(t)
3、相干载波的波形
图230相位的正弦载波信号sin(ωct),π相位正弦载波信号-cos(ωct)
4、经过双极性转换的一路信号与相位为0的正弦载波相乘,另一路与相位为π
的正弦载波相乘,相乘后的波形如图。
图24AI(t)经载波相干后的信号,AQ(t)经载波相干后的信号
5、调制后的波形
图25A(t)经调制后的QPSK信号AQPSK(t)
6、QPSK信号加两路正弦载波进行相干解调,解调后的信号AI(t),AQ(t)的波形
图260相位载波相干后信号AI(t),π相位载波相干后信号AQ(t)
7、两路双极性信号AI(t)、AQ(t)通过低通滤波器滤除噪声
图27双极性AI(t)、AQ(t)滤除噪声后波形
8、整形后AI(t)、AQ(t)的两路波形
图28双极性AI(t)、AQ(t)整形后波形
9、利用sign函数进行归一化调整幅值
图29双极性AI(t)、AQ(t)归一化幅值后波形
10、通过switch元件将两路信号判断出是否为信号源发出的波形
图30AI(t)、AQ(t)中选取的波形图
11、通过sum将信号的两路信号,转换成一路二进制双极性信号,即此时的信号为QPSK信号解调后的信号。
图31双极性信号的解调信号
12、转换成一路二进制单极性信号,即为QPSK信号解调后AQPSK(t)
图32解调信号AQPSK(t)
13、QPSK发送信号与接收解调信号比较
图33发送信号A(t)与解调后信号AQPSK(t)
14、调制后的信号A(t)的功率谱
图34A(t)信号功率谱
15、解调后的信号功率谱
图35解调后的信号AQPSK(t)功率谱
16、滤波器频谱
图36低通滤波器频谱
+
17、系统差错率计算模块
图37系统差错率显示器
18、QPSK信号星座图
图38QPSK信号星座图
六总结
此课程设计让我深刻的理解到数字信号——QPSK的调制以及解调过程,熟悉了Matlab编程以及Simulink仿真的实际应用,对于之前一直模糊的Matlab软件的使用有改善。
利用Matlab中Simulink中的LibraryBrowser提供的元器件来构造图形实现QPSK的系统设计,并输出误码率,信道中的噪声为高斯白噪声。
系统设计及仿真的内容是QPSK传输系统设计,对QPSK的调制部分以及解调部分的原理图有了很深刻的印象,弄清楚了QPSK的工作原理,和二进制的数字调制相比,多进制数字调制的频谱利用率更高。
本次系统设计,我收获颇丰,不仅能更加的理解通信系统的原理,更加的明白了利用软件进行系统设计仿真,增强了自己的动手能力、思维能力。
在实验过程中,一开始输出的波形都不正确,经过排查,最终找出了连线图错误之处,并予以改正。
在连线中体会到QPSK传输系统的原理,印象深刻,连图的原理还是要根据QPSK的基本调制解调来实现,这样出的波形较为准确。