SIMULINK的QPSK传输系统仿真

1一设计内容用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(ct)和cos(ct)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。{an}y(t)s(t){an}d(t){dn}码型变换相乘器发送滤波器信道C(w)接收滤波器抽样判决反码变换n(t)2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(ct)+Q(t)sin(ct)I(t)、Q(t)分别为同相和正交支路，c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(ct)=[I(t)cos(ct)+Q(t)sin(ct)]cos(ct)=I(t)cos2(ct)+Q(t)sin(ct)2=I(t)2−I(t)cos(2ct)2+Q(t)sin(2ct)2S(t)cos(ct)-sin(ct)Q(t)I(t)A(t)串/并变换相乘电路π/2相移相干载波产生相加电路相乘电路I(t)-sin(ct)cos(ct)s(t)相乘低通抽判π/2载波提取定时提取相乘低通判决并/串Q(t)A(t)3正交支路相乘可得：Qq(t)=SQPSK(t)sin(ct)=[I(t)cos(ct)+Q(t)sin(ct)]sin(ct)=I(t)sin(ct)*cos(ct)+Q(t)sin2(ct)=I(t)sin(2ct)2−𝑄(t)cos(2ct)2+Q(t)2经低通滤波器可得：Ii(t)=I(t)2Qq(t)=Q(t)2四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4BernoulliBinaryGenerator4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5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64、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76、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8图17PulseGenerator参数设置9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10五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)113、相干载波的波形图230相位的正弦载波信号sin(ct)，π相位正弦载波信号-cos(ct)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。12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)137、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149、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1511、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)16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1715、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+1818、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++19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。