基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真数字通信课程设计.docx
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基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真数字通信课程设计
基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真—数字通信课程设计
西南科技大学
课程设计报告
课程名称:
数字通信课程设计设计名称:
基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真姓名:
学号:
班级:
指导教师:
起止日期:
2011.6.21-2011.7.3
西南科技大学信息工程学院制
1
课程设计任务书学生班级:
学生姓名:
学号:
设计名称:
基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真起止日期:
2011.6.28----2011.7.4指导教师:
基本要求:
（1）分析QPSK调制、解调原理，画出系统框图，推导星座图（设载波相位
为0?
）;
产生随机二进制序列，作为待传输的数据，数据的速率是5Mbit/s;
（2）载波频率为50MHz，完成QPSK调制，分别画出两路信号经过乘法器后
的时域波形，并给出分析、解释;
（3）产生加性高斯白噪声，画出时域波形及频谱，
将加性高斯白噪声作为传输信道的干扰，画出接收端信号的时域图;
（4）完成QPSK解调，输出解码序列，画出信号经过乘法器，低通滤波器后
的波形。
（5）计算系统信噪比、传输误码率
扩展要求:
（1）计算在不同系统信噪比下，传输误码率;
（2）画出系统信噪比，传输误码率的曲线。
2
课程设计学生日志
时间设计内容
6.28--6.29查阅Matlab、通信原理的有关资料
6.30--7.2用Matlab编写并调试程序,实现QPSK的调制与解调7.3写课程设计论文
7.4课程设计答辩
课程设计考勤表
周星期一星期二星期三星期四星期五
3
课程设计评语表
指导教师评语:
成绩:
指导教师:
年月日
4
基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真一、设计目的和意义
分析QPSK调制、解调原理，画出系统框图，推导星座图（设载波相位为0?
）;
Mbit/s;,产生随机二进制序列，作为待传输的数据，数据的速率是5
载波频率为50MHz，完成QPSK调制，分别画出两路信号经过乘法器后的时域波
形，并给出分析、解释;
产生加性高斯白噪声，画出时域波形及频谱，
将加性高斯白噪声作为传输信道的干扰，画出接收端信号的时域图;
完成QPSK解调，输出解码序列，画出信号经过乘法器，低通滤波器后的波形。
计算系统信噪比、传输误码率
扩展要求:
计算在不同系统信噪比下，传输误码率;
画出系统信噪比，传输误码率的曲线。
意义:
在通信和信息传输系统、工业自动化或电子工程技术中，调制和解调应用最为广泛。
二、设计原理
1、2PSK信号
2PSK信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定0相位载波和π相位载波分别表示传“1”和传“0”。
2PSK码元序列的波形与载频和码元持续时间之间的关系有关。
当一个码元中包含有整数个载波周期时，在相邻码元的边界处波形是不连续的，或者说相位是不连续的。
当一个码元中包含的载波周期数比整数个周期多半个周期时，则相位连续。
当载波的初始相位差90度时，即余弦波改为正弦波时，结果类似。
2PSK信号的产生方法主要有两种。
第一种叫相乘法，是用二进制基带不归零矩形脉冲信号与载波相乘，得到相位反相的两种码元。
第二种方法叫选择法，是用此基带信号控制一个开关电路，以选择输入信号，开关电路的输入信号是相位相差,的同频载波。
这两种方法的复杂程度差不多，并且都可以用数字信号处理器实现。
2、4PSK信号
四进制绝对相移键控（4PSK）直接利用载波的四种不同相位来表示数字信息。
由于每一种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比特用a来表示，后一比特用b表示。
四进制信号可等效为两个正交载波进行双边带调制所得信号之和。
这样，就把数字调相和线性调制联系起来，为四相波形的产生提供依据。
5
3、调制原理
K即四进制移向键控，它利用载波的四种不同相位来表示数字信息，由QPS
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表示。
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。
由QPSK信号的调制可知，对它的解调可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调。
解调原理图如下所示，同相支路和正交支路分别采用相干解调方式解调，得到和，经过抽样判决和并/串交换器，将上下支路得到的并行数It（）Qt（）
据恢复成串行数据。
6
三、设计步骤
1、步骤
（1）用matlab中randint（）产生二进制随机序列，再通过算法把序列转换为相应的波形。
（2）将第
（1）步中得到的二进制序列以奇偶分开，cos（wc*t）、sin（wc*t）调制，然后相加得到调制信号Sqpsk（t）。
（3）高斯白噪声，然后观察其信号和频谱。
（4）进行相干解调后，经过低通滤波器，然后抽样判决恢复信号I（t）和Q（t），再经过串并转换恢复信号。
2、源代码
clear;
T=1;%基带信号宽度，也就是频率f=1/T=5Mhzfc=10/T;%载波频率fc=10*1/T=50Mhz
space=2;
nb=20;
delta_T=T/50;
7
t=0:
delta_T:
nb*T-delta_T;N=length（t）;%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%调制部分
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%基带信号的产生
data=randn（1,nb）>0.5;%调用一个随机函数（0or1），
datanrz=data.*2-1;%变成极性码
data1=zeros（1,nb/delta_T）;forq=1:
nb
data1（（q-1）/delta_T+1:
q/delta_T）=datanrz（q）;%将极性码变成对应的波形信号end
%将基带信号变换成对应波形信号
data0=zeros（1,nb/delta_T）;%创建一个1*nb/delta_T的零矩阵
forq=1:
nb
data0（（q-1）/delta_T+1:
q/delta_T）=data（q）;%将非极性码变成对应的波形信号end
figure
（1）;
subplot（2,1,1）
plot（data0）,title（'波形信号（非极性）'）;
axis（[0,1000,0,1.5]）;
subplot（2,1,2）
plot（data1）,title（'波形信号（极性）'）;
axis（[0,1000,-1.5,1.5]）;
%串并转换，将奇偶位数据分开
idata=datanrz（1:
space:
（nb-1））;%将奇偶位分开
qdata=datanrz（2:
space:
nb）;
%QPSK信号的调制
ich=zeros（1,nb/delta_T/2）;%创建一个1*nb/delta_T/2的零矩阵，以便后面存放奇偶位数据
fori=1:
nb/2
ich（（i-1）/delta_T+1:
i/delta_T）=idata（i）;end
forii=1:
N/2
a（ii）=sqrt（2/T）*cos（2*pi*fc*t（ii））;end
idata1=ich.*a;%奇数位数据与余弦函数相乘，得到一路的调制信号qch=zeros（1,nb/2/delta_T）;
forj1=1:
nb/2
8
qch（（j1-1）/delta_T+1:
j1/delta_T）=qdata（j1）;
end
forjj=1:
N/2
b（jj）=sqrt（2/T）*sin（2*pi*fc*t（jj））;end
qdata1=qch.*b;%偶数位数据与正弦函数相乘，得到另一路的调制信号
figure
（2）;
subplot（2,1,1）
plot（idata1）,title（'I（t）cos（Wc*t）'）;axis（[0,700,-2,2]）;
subplot（2,1,2）
plot（qdata1）,title（'Q（t）sin（Wc*t）'）;axis（[0,700,-2,2]）;
s=idata1+qdata1;%将奇偶位数据合并
figure（3）;
plot（s）,title（'调制信号'）;
axis（[0,500,-3,3]）;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%高斯信道
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%高斯信道
y=wgn（1,1000,1）
y1=abs（fft（y））;
s1=awgn（s,0）;
s11=abs（fft（s1））;
figure（4）
subplot（1,2,1）
plot（y）,title（'高斯白噪声'）;
subplot（1,2,2）
plot（y1）,title（'高斯白噪声频谱'）;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
9
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%QPSK解调部分%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%解调部分
idata2=s1.*a;
qdata2=s1.*b;
figure（5）;
subplot（2,1,1）
plot（idata2）,title（'I（t）'）;
axis（[0,600,-4,4]）;
subplot（2,1,2）
plot（qdata2）,title（'Q（t）'）;
axis（[0,600,-4,4]）;
idata3=zeros（1,nb/2）;
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0
forn=1:
nb/2
%A1（n）=sum（idata2（（n-1）/delta_T+1:
n/delta_T））;
ifsum（idata2（（n-1）/delta_T+1:
n/delta_T））>=0
idata3（n）=1;
elseidata3（n）=0;
end
%A2（n）=sum（qdata2（（n-1）/delta_T+1:
n/delta_T））;
ifsum（qdata2（（n-1）/delta_T+1:
n/delta_T））>=0
qdata3（n）=1;
elseqdata3（n）=0;
end
end
%将判决之后的数据存放进数组
demodata=zeros（1,nb）;
demodata（1:
space:
（nb-1））=idata3;%存放奇数位
demodata（2:
space:
nb）=qdata3;%存放偶数位
demodata1=zeros（1,nb/delta_T）;forq=1:
nb
demodata1（（q-1）/delta_T+1:
q/delta_T）=demodata（q）;
end
figure（6）;
10
plot（demodata1）,title（'基带信号'）;
axis（[0,1000,-2,2]）;
四、实验结果及分析
（1）产生的非极性基带信号和极性信号。
（2）与cos（wc*t）和sin（wc*t）相乘后的波形如下:
（3）得到调制信号Sqpsk（t）:
11
（3）用wgn（）产生高斯白噪声，时域图和频域图
（4）相干解调后的I（t）和Q（t）信号
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（5）基带信号
五、实验体会
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通过本次计算机通信课程设计，让我在除了课本的知识之外的知识有了更好的理解，对QPSK调制解调的工作原理有了更好的理解，在设计之前，收集了很多的材料，但当真正深入设计时，却也遇到了诸多的问题，让我体会到了设计的要求在于系统性，可行性，准确性，诸多问题的出现给我们的设计带来了难度，也同时是更大的一次挑战。
最后，在查阅了大量的资料咨询了许多同学后，终于得出了正确的结果，顺利完成了本次课程设计。
这次课程设计让我明白，有时候，光有基础知识是不够的，实践是检验真理的唯一标准，我们在把知识付出实践的过程中，常常会遇到或多或少的困难。
只要我们想办法，用心去思考，用行动去创造，困难都会迎刃而解。
只有做到理论知识和实践相结合，才能真正做一个服务社会的人。
最后再次真切的感谢龙老师。
六、参考文献
[1]曹志刚.现代通讯原理.清华大学出版社,2007.8
[2]张威.MATLAB基础与编程入门.西安电子科技大学出版社,2004.2
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