基于MATLAB的QPSK调制系统的误码性能研究

专业课程设计报告题目：专业课程设计南昌航空大学信息工程学院2015年7月3日姓名：专业：基于MATLAB的QPSK调制系统的误码性能研究班级学号：12042243同组人：指导教师：宋高俊专业课程设计任务书2014－2015学年第2学期第16周－18周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目基于MATLAB的QPSK调制系统的误码性能研究内容及要求〖基本要求〗理解和掌握BPSK、QPSK的调制与解调原理，掌握MATLAB的编程方法，用仿真的方法（基于MATLAB）研究BPSK和QPSK系统的符号错误率并作图，研究仿真实验次数与结果精确度的关系，完成课程设计报告。进度安排2015.6.15-2015.6.21：查阅资料，方案分析与设计；2015.6.22-2015.6.28：在MATLAB平台下完成仿真实验；2015.6.29-2015.7.3：完成课程设计报告。学生姓名：指导时间：第16-18周指导地点：E610任务下达2015年6月15日任务完成2015年7月3日考核方式1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√4.其它□指导教师宋高俊系（部）主任摘要QPSK正交相移键控，是一种数字调制方式，四相相移键控信号。在现代通信系统中，调制与解调是必不可少的重要手段。调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。解调则是调制的相反过程，而从已调制信号中恢复出原信号。QPSK技术具有抗干扰能力好、误码率低、频谱利用效率高等一系列优点。本设计主要介绍了BPSK、QPSK的调制与解调原理，以及比较BPSK和QPSK系统的符号错误率，利用Matlab对QPSK、BPSK系统进行调制解调仿真，在Matlab中的AWGN信道中研究它们误码性能。【关键词】正交相移键控；调制解调；Matlab；误码性能4目录第一章课程设计内容介绍................................................11.1实验目的和意义....................................................................................................11.2实验内容.................................................................................................................11.3MATLAB以及MATLAB下的Simulink简介.....................................................11.4通信系统模型........................................................................................................1第二章MPSK调制解调原理...............................................32.1QPSK、BPSK基本原理介绍................................................................................32.2QPSK调制原理......................................................................................................32.3QPSK解调原理......................................................................................................42.4BPSK调制原理......................................................................................................52.5BPSK调制原理......................................................................................................6第三章MPSK系统调制解调仿真结果与分析..................................83.1QPSK仿真原理框图..............................................................................................83.2QPSK调制解调仿真结果与分析..........................................................................93.3BPSK仿真原理框图............................................................................................103.4BPSK调制解调仿真结果与分析........................................................................10第三章MPSK误码性能研究..............................................124.1QPSK和BPSK误码性能比较并分析................................................................124.1.1在AWGN信道中BPSK的误码性能..........................................................124.1.2在AWGN信道中QPSK的误码性能.........................................................124.1.3在AWGN信道中QPSK和BPSK的误码性能比较.................................124.2研究QPSK仿真实验次数与结果精确度的关系...............................................13第四章实验总结.......................................................16参考文献...............................................................171第一章课程设计内容介绍1.1实验目的和意义1、理解和掌握BPSK、QPSK的调制解调原理，并完成BPSK、QPSK调制仿真实验。2、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。3、完成BPSK、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。4、计算高斯白噪声的系统下信噪比、传输误码率，并画出系统信噪比，传输误码率的曲线。5、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。1.2实验内容1、理解和掌握BPSK、QPSK的调制与解调原理。2、掌握MATLAB的编程方法。3、用仿真的方法（基于MATLAB）研究BPSK和QPSK系统的符号错误率并作图。4、研究仿真实验次数与结果精确度的关系。5、完成课程设计报告。1.3MATLAB以及MATLAB下的Simulink简介MATLAB是MATrixLABoratory的缩写，是一款由美国MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言(包括C，C++和FORTRAN)编写的程序。尽管MATLAB主要用于数值计算,但是因为大量额的工具箱使它也适合于不同领域的应用,如控制系统设计与分析、图像处理和信号处理和通信、金融建模和分析等。除了一个完整的Simulink包,提供了一个可视化的开发环境,通常用于系统仿真、动态/嵌入式系统开发等。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中只要通过简单的鼠标操作，就可以构造出复杂的系统。Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、效率高、贴近实际、等优点，基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件应用于Simulink。1.4通信系统模型通信系统是利用信号源的信号来传递消息，其模型如图1.4所示。2图1.4通信系统模型3第二章MPSK调制解调原理2.1QPSK、BPSK基本原理介绍MPSK是多进制数字相位调制，又称多相制，是二相制的推广。如果将载波的相位进一步细分，分成m个不同的相位，一般m=2N，N是正整数。常见的有m=2，4，8，16，32，分别称,2PSK、4PSK、8PSK等。这样，每个具有特定相位的载波就代表N比特的信息量。QPSK是在MPSK技术上使用载波的四个各不相同的相位差来表示输入的信息，是具有四进制的相移键控。QPSK是在M=4时的数字的调相技术，它通过约定的四种载波相位，分别为45°，135°，225°，275°，输入数据为二进制的数字序列，因为载波相位是四进制的，所以我们需要把二进制的数据变为四进制的，即把二进制序列中每两个比特分成一组，四种排列组合，即00，01，10，11，双比特码元即为一组。每两位二进制信息比特构成每一组，它们分别表示着着四个符号中的某一个符号。QPSK中每次调制可传输2个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。BPSK是在M=2时的数字的调相技术，它通过约定的两种载波相位，分别为0°和180°，它是将模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。2.2QPSK调制原理首先将输入的串行二进制信息序列经串－并变换，变成m=log2M个并行数据流，每一路的数据率是R/m，R是串行输入码的数据率。I/Q信号发生器将每一个m比特的字节转换成一对（pn，qn）数字，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t)，然后对coswct和sinwct进行调制，相加后即得到QPSK信号。图2.2.1QPSK调制原理框图4图2.2.2QPSK调制信号的矢量图2.3QPSK解调原理由于QPSK信号可以看作两个正交2PSK信号的叠加，解调框图如图2.3，用相干解调方法，即用两路正交的相干载波，可以很容易的分离出这两路正交的2PSK信号。解调后的两路基带信号码元a和b，经过并串变换后，成为串行输出。5图2.3QPSK相干解调原理框图2.4BPSK调制原理BPSK是两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于同相状态；如果其中一个开始得迟