QPSK調制解調課設完整版.doc

. 2012專業(yè)綜合課程設計 通信專業(yè) 姓名：* 班級：0902402 學號：090240212 題目：利用matlab設計并仿真數字通信系統(tǒng)一、題目要求利用matlab軟件設計并仿真下面的無線通信系統(tǒng)fedcba數字信源QPSK調制調制帶通濾波QPSK解調信宿載波本地載波要求：1、輸入信號為比特流形式，比特速率通常為100kbps數量級。2、載波頻率自定。通常為MHz數量級。3、信道為多徑信道（仿真中2徑即可），信道中噪聲為加性高斯白噪聲。4、信噪比自行設定。5、畫出圖中各點波形。6、畫出系統(tǒng)誤碼率與接收端信噪比SNR的關系（蒙特卡洛仿真）。7、在給定信噪比情況下，分析多徑延時大小對系統(tǒng)性能有沒有影響？ 畫出系統(tǒng)誤碼率與多徑延時大小之間的關系。2、 設計過程 1）概念理解： QPSK即四進制移向鍵控（Quaternary Phase Shift Keying），它利用載波的四種不同相位來表示數字信息，由于每一種載波相位代表兩個比特信息，因此每個四進制碼元可以用兩個二進制碼元的組合來表示。兩個二進制碼元中的前一個碼元用a表示，后一個碼元用b表示。 2）調制： QPSK信號可以看作兩個載波正交2PSK信號的合成，下圖表示 QPSK正交調制器。二進制數據序列極性NRZ電平編碼器分離器原理分析：由randint函數產生一個1x20的二進制隨機矩陣，作為基帶信號data；然后轉換成極性碼（極性NRZ電平編碼器）；然后按奇偶次序抽出隨機數后組成1x10的矩陣（分離器）；將這兩個矩陣中碼元寬度增大為原來的2倍（采用增加點數）；如圖在a路Idata與余弦載波相乘，b路同理；最后代數相加，此時便產生QPSK調制信號作為輸出。 3）解調：解調原理圖如下所示。 1（t） 同相信道 門限0接受信號sr（t）LPF filterLPF filter 2（t） 正交信道 門限0 原理分析：同相支路和正交支路分別采用相干解調方式解調，得到和，經過低通濾波器（LPF）抽樣判決和并/串交換器，將上下支路得到的并行數據恢復成串行數據demodata（1x20），此過程在復接器實現，此時便得到QPSK解調信號(應該和基帶信號一樣)。4） 高斯信道：應題目要求，通過無線信道傳輸的調制信號會加入高斯噪聲，使用awgn（si，SNR）函數來實現；實現多徑信道，將延時后的信號s1加到未延時信號s0合并作為輸出信號即可。5） 帶通濾波器（BPF）： 使用butter（N ,wp1,wp2,）和filter函數實現，其中的參數通過計算公式可知 Wp1=2*delta_t*(fc-f); Wp2=2*delta_t*(fc+f);三、仿真結果及分析 圖一 隨機產生一個1x20的二進制隨機矩陣data,圖中基帶每個碼元由抽樣間隔delta_t間隔的離散點構成，總共2000個點（即每個碼元由100個點構成），I/Q路信號的碼元應該為原來的2倍，所以每個碼元由200個點構成，這樣長度才能和原序列等長。 實現的部分代碼如下：data=randint(1,nb); % 調用一個隨機函數（0 or 1），輸出到一個1*100的矩陣datanrz=data.*2-1; % 變成極性碼data1=zeros(1,2000); % 創(chuàng)建一個1*nb/delta_T的零矩陣%將基帶信號變換成對應波形信號data0=zeros(1,2000); % 創(chuàng)建一個1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb data0(q-1)*100+1:q*100)=data(q); % 將非極性碼變成對應的波形信號end % 串并轉換，將奇偶位數據分開idata=datanrz(1:ml:(nb-1); % 將奇偶位分開，因此間隔m1為2idata0=zeros(1,2000); % 創(chuàng)建一個1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb/2 idata0(2*(q-1)*100+1:2*q*100)=idata(q); % 將其碼元寬度擴展成為原來碼元的2倍end qdata=datanrz(2:ml:nb);qdata0=zeros(1,2000); for q=1:nb/2 qdata0(2*(q-1)*100+1:2*q*100)=qdata(q);end 圖二：部分代碼如下：% QPSK信號的調制%for ii=1:N a(ii)=cos(2*pi*fc*t(ii); endidata1=idata0.*a; % 奇數位數據與余弦函數相乘，得到一路的調制信號for jj=1:N b(jj)=-sin(2*pi*fc*t(jj);endqdata1=qdata0.*b; % 偶數位數據與余弦函數相乘，得到另一路的調制信號s0=idata1+qdata1; % 將奇偶位數據合并，s即為QPSK調制信號%延遲信號%delay=0.0019;for ii0=1:N a_dl(ii0)=cos(2*pi*fc*t(ii0)+delay); endidata1_dl=idata0.*a_dl; % 奇數位數據與余弦函數相乘，得到一路的調制信號for jj0=1:N b_dl(jj0)=-sin(2*pi*fc*t(jj0)+delay);endqdata1_dl=qdata0.*b_dl; % 偶數位數據與余弦函數相乘，得到另一路的調制信號 s1=idata1_dl+qdata1_dl; % 將奇偶位數據合并，s即為QPSK調制信號% 高斯信道 si=s0+s1;圖三： 通過帶通濾波器（PLF）后，上下的毛刺（即高斯噪聲）得到了很好的濾除，但是和圖二中的調制信號相比，有點兒失真。部分代碼如下：% 高斯信道 si=s0+s1;sk=awgn(si,SNR); % 通過高斯信道之后的信號%butter數字帶通濾波器B,A=butter(4,0.08,0.12,bandpass);sr=filter(B,A,sk);圖四： 在通過同相支路和正交支路分別采用相干解調方式解調后，得到和，其中包絡為低頻，在經過低通濾波器后（LPF）后，能很好的濾除高頻部分（載波），得到低頻部分，和圖一的I/Q路信號對比，基本不失真；然后進行抽樣判決和并/串交換器，將上下支路得到的并行數據恢復成串行數據demodata（1x20），此時便得到QPSK解調信號，基本保持不失真。 部分代碼如下： %解調部分 idata_lpf=sr.*a; % 這里面其實隱藏了一個串并轉換的過程qdata_lpf=sr.*b; % 對應的信號與正余弦信號相乘 %低通濾波器%W,M=butter(4,0.03365,low);idata2=filter(W,M,idata_lpf);qdata2=filter(W,M,qdata_lpf);idata3=zeros(1,nb/2);% 建立1*nb/2數組，以存放解調之后的信號qdata3=zeros(1,nb/2);% 抽樣判決的過程，與0作比較，data=0,則置1，否則置0for n=1:nb/2 if sum(idata2(n-1)*200+1:n*200)=0 idata3(n)=1; else idata3(n)=0; endif sum(qdata2(n-1)*200+1:n*200)=0 qdata3(n)=1; else qdata3(n)=0; end end % 將判決之后的數據存放進數組demodata=zeros(1,nb); %解調信號demodata(1:ml:(nb-1)=idata3; % 存放奇數位demodata(2:ml:nb)=qdata3; % 存放偶數位%為了顯示，將它變成波形信號（即傳輸一個1代表單位寬度的高電平）demodata1=zeros(1,2000); % 創(chuàng)建一個1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb demodata1(q-1)*100+1:q*100)=demodata(q); % 將極性碼變成對應的波形信號end%圖五： 系統(tǒng)誤碼率與接收端信噪比SNR的關系（蒙特卡洛仿真）。本實驗將SNR=0:6設為大循環(huán)，里面包含一個for循環(huán)（10000次）；每當循環(huán)10000次，統(tǒng)計誤碼數p(h)，計算出誤碼率perror；隨著信噪比的增大，誤碼率呈現下降趨勢，在SNR=5,6時，基本誤碼率為0。部分代碼如下：for SNR=0:6 % 信噪比for f=1:500 . . end10000次% 誤碼率計算for v=1:length(data); if data(v)=demodata(v); p(h)=p(h)+1; endend end perror(y)=p(h)/10000; y=y+1; h=h+1;End figure(8) SNR=0:6;plot(SNR,perror);title(誤碼率和信噪比的關系);axis(0 6 0 0.008);圖六：誤碼率和延時的關系：在一個周期內，可以看出00.2.1.21.4之間呈現上升趨勢，這是因為誤碼率隨著延時在一定范圍的增大而增大，而在整個02內，具有周期性變化，周期為1/fc。部分代碼如下：clc;y=1;h=1; dd=1;SNR=3.6; %此處涉信噪比為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 for. . End %在SNR=3.6,每取定一個delay,就得出一個誤碼率Endfigure(9)delay=MINtime:delay_t:MAXtime-delay_t;stem(delay,perror);title(PERROR&DELAY); axis(MINtime MAXtime 0 0.01);四、實驗小結1）設計缺點：用了for循環(huán)的方式一增加點數實現對I/Q路信號的碼元寬度進行拓寬，可以參考ceil函數；低通濾波器的截止頻率并沒有設置為2*delta_t*f，因為這樣誤碼率非常大，所以設置了一個比其稍大的參數；最后的誤碼率和延時的關系圖由于取點（n=20）較少，所以并沒有很好的反映出他們的關系。2）設計優(yōu)點：程序進一步優(yōu)化后，再取大量點時運行速度較為理想；誤碼率實現了10*(-4)級的理想化；判決時通過使用sum(.)與0的比較來更為準確的做出判決，減小了誤碼率，若采用中點取點（如：0200，在100處來判決），這樣偶然誤差較大，從而譯碼器準度不高。 3）學到了什么：在短短的2周內，基于matlab對QPSK的信號調制解調過程有了更為清晰的理解，怎么去實現產生隨機矩陣，怎么去按奇偶抽取點數，怎么增大碼元寬度，怎么模擬高斯信道，怎么產生多徑信道，以及對BPF,LPF的簡單使用，怎么更好的實現判決.都有了初步的入門，加深了對通信原理的某一部分的理解吧！ 附總代碼：clc;y=1;h=1; p=zeros(1,7);perror=zeros(1,7);for SNR=0:6 % 信噪比 for f=1:500% 初始化參數T=1e-5; % 基帶信號寬度，也就是頻率fc=5/T; % 載波頻率ml=2; % 調制信號類型的一個標志位nb=20; % 傳輸的比特數delta_T=T/100; % 采樣間隔fs=1/delta_T; % 采樣頻率t=0:delta_T:nb*T-delta_T; % 限定t的取值范圍N=length(t); % 采樣數 % 調制部分% 基帶信號的產生data=randint(1,nb); % 調用一個隨機函數（0 or 1），輸出到一個1*100的矩陣datanrz=data.*2-1; % 變成極性碼data1=zeros(1,2000); % 創(chuàng)建一個1*nb/delta_T的零矩陣%將基帶信號變換成對應波形信號data0=zeros(1,2000); % 創(chuàng)建一個1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb data0(q-1)*100+1:q*100)=data(q); % 將非極性碼變成對應的波形信號end % 串并轉換，將奇偶位數據分開idata=datanrz(1:ml:(nb-1); % 將奇偶位分開，因此間隔m1為2idata0=zeros(1,2000); % 創(chuàng)建一個1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb/2 idata0(2*(q-1)*100+1:2*q*100)=idata(q); % 將其碼元寬度擴展成為原來碼元的2倍end qdata=datanrz(2:ml:nb);qdata0=zeros(1,2000); for q=1:nb/2 qdata0(2*(q-1)*100+1:2*q*100)=qdata(q);end % QPSK信號的調制%for ii=1:N a(ii)=cos(2*pi*fc*t(ii); endidata1=idata0.*a; % 奇數位數據與余弦函數相乘，得到一路的調制信號for jj=1:N b(jj)=-sin(2*pi*fc*t(jj);endqdata1=qdata0.*b; % 偶數位數據與余弦函數相乘，得到另一路的調制信號s0=idata1+qdata1; % 將奇偶位數據合并，s即為QPSK調制信號%延遲信號%delay=0.0019;for ii0=1:N a_dl(ii0)=cos(2*pi*fc*t(ii0)+delay); endidata1_dl=idata0.*a_dl; % 奇數位數據與余弦函數相乘，得到一路的調制信號for jj0=1:N b_dl(jj0)=-sin(2*pi*fc*t(jj0)+delay);endqdata1_dl=qdata0.*b_dl; % 偶數位數據與余弦函數相乘，得到另一路的調制信號s1=idata1_dl+qdata1_dl; % 將奇偶位數據合并，s即為QPSK調制信號% 高斯信道 si=s0+s1;sk=awgn(si,SNR); % 通過高斯信道之后的信號%butter數字帶通濾波器B,A=butter(4,0.08,0.12,bandpass);sr=filter(B,A,sk); %解調部分 idata_lpf=sr.*a; % 這里面其實隱藏了一個串并轉換的過程qdata_lpf=sr.*b; % 對應的信號與正余弦信號相乘 %低通濾波器%W,M=butter(4,0.03365,low);idata2=filter(W,M,idata_lpf);qdata2=filter(W,M,qdata_lpf);idata3=zeros(1,nb/2);% 建立1*nb/2數組，以存放解調之后的信號qdata3=zeros(1,nb/2);% 抽樣判決的過程，與0作比較，data=0,則置1，否則置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)=0 idata3(n)=1; else idata3(n)=0; endif sum(qdata2(n-1)*200+1:n*200)=0 qdata3(n)=1; else qdata3(n)=0; end end % 將判決之后的數據存放進數組demodata=zeros(1,nb); %解調信號demodata(1:ml:(nb-1)=idata3; % 存放奇數位demodata(2:ml:nb)=qdata3; % 存放偶數位%為了顯示，將它變成波形信號（即傳輸一個1代表單位寬度的高電平）demodata1=zeros(1,2000); % 創(chuàng)建一個1*nb/delta_T的零矩陣for q=1:nb demodata1(q-1)*100+1:q*100)=demodata(q); % 將極性碼變成對應的波形信號end% 誤碼率計算for v=1:length(data); if data(v)=demodata(v); p(h)=p(h)+1; endend end perror(y)=p(h)/10000; y=y+1; h=h+1;end