1、通信系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì) 題目 QPSK抗噪聲性能仿真 摘 要基于MATLAB的調(diào)制解調(diào)方案，包括串并轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、載波調(diào)制、信號(hào)合成、相干解調(diào)、抽樣判決，和并串轉(zhuǎn)換一系列系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)QPSK的星座圖和調(diào)制解調(diào)進(jìn)行了仿真，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析，進(jìn)而證明QPSK調(diào)制技術(shù)的優(yōu)越性。仿真QPSK系統(tǒng)通過AWGN信道的誤符號(hào)率(SER)和誤比特率(BER)，發(fā)送端采用GRAY編碼映射，基帶脈沖采用矩形脈沖，每個(gè)脈沖抽樣點(diǎn)數(shù)為8。四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，是四進(jìn)制移相鍵控。QPSK是在M=4時(shí)的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，分別為45°，135°，2

2、25°，315°，調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)字序列，為了能和四進(jìn)制的載波相位配合起來，則需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，這就是說需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每兩個(gè)比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱為雙比特碼元。每一個(gè)雙比特碼元是由兩位二進(jìn)制信息比特組成，它們分別代表四進(jìn)制四個(gè)符號(hào)中的一個(gè)符號(hào)。QPSK中每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號(hào)的相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特，進(jìn)而分析QPSK誤符號(hào)率和誤比特率。 關(guān)鍵詞：QPSK 調(diào)制解調(diào) 相干解調(diào) 格雷碼 MATLAB仿真 誤比特率

3、Abstract the article will introduce the QPSK modulation and demodulation principle, then proposed one kind based on the MATLAB modulation and demodulation of the program, including the string and the conversion, conversion, carrier modulation, signal synthesis, coherent demodulation, sample sentence

4、s and string conversion, and a series of system design, the QPSK constellation diagram and the modulation and demodulation of the simulation, and the SER&BER of the system are analyzed, and then proved the superiority of QPSK modulation technology. Keyword: QPSK Modulation and Demodulation Coher

5、ent Demodulation Gray Code Matlab modulation Symbol Error Rate目 錄一、設(shè)計(jì)的目的和意義11.1 課題背景11.2 課題研究現(xiàn)狀11.3 研究目的和意義11.4 各章節(jié)分布2二、設(shè)計(jì)原理32.1 4PSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)原理介紹3 2.1.1 相移鍵控系統(tǒng)概述3 2.1.2 QPSK信號(hào)的產(chǎn)生42.2 QPSK調(diào)制與解調(diào)的軟件實(shí)現(xiàn)82.2.1 SIMULINK功能介紹8三、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟93.1 M文件實(shí)現(xiàn)93.1.1 QPSK抗噪聲性能仿真的詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟103.2 SIMULINK實(shí)現(xiàn)QPSK抗噪聲性能仿真12四、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析14

6、4.1 M文件仿真分析144.1.1 QPSK抗噪聲性能仿真源程序截圖：144.2 SIMULINK仿真分析154.2.1 調(diào)用Simulink中的ex2的腳本源程序15五、 心得體會(huì)16參考文獻(xiàn)16一、設(shè)計(jì)的目的和意義1.1 課題背景 在現(xiàn)代通信領(lǐng)域里，隨著人民生活水平的提高，對(duì)于通信的質(zhì)量及效率有著明顯的要求，尤其是近幾年，我國迅速步入了全民”3G”時(shí)代，通信業(yè)務(wù)需求的快速增長，高效的調(diào)制解調(diào)技術(shù)已經(jīng)成為研究和發(fā)展的方向。而相移鍵控（PSK）是在太空計(jì)劃中早期發(fā)展起來的，現(xiàn)廣泛用于軍事和商用通信系統(tǒng)中。QPSK是英文QuadraturePhaseShiftKeying的縮略語簡稱，意為正交

7、相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式。在數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式中QPSK四相移鍵控是最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性、在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡單。 1.2 課題研究現(xiàn)狀 QPSK是一種頻譜利用率高、抗干擾性強(qiáng)的數(shù)調(diào)制方式，它被廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中,適合衛(wèi)星廣播。例如，數(shù)字衛(wèi)星電視DVB-S2 標(biāo)準(zhǔn)中，信道噪聲門限低至4.5dB，碼元傳輸率達(dá)到45MB，采用QPSK 調(diào)制方式，同時(shí)保證了信號(hào)傳輸?shù)男屎驼`碼性能。 但在2PSK信號(hào)相干解調(diào)過程中會(huì)產(chǎn)生180°相位模糊。同樣，對(duì)4PSK信號(hào)相干解調(diào)也會(huì)產(chǎn)生載波相位模糊問題，并且是0°、90°

8、、180°和270°四個(gè)相位模糊。當(dāng)碼組0011或0110時(shí)，產(chǎn)生180°的載波相位跳變 ，這種相位跳變引起包絡(luò)起伏，當(dāng)通過非線性部件后，使已經(jīng)濾除的帶外分量又被恢復(fù)出來，導(dǎo)致頻譜擴(kuò)展，增加對(duì)相鄰波道的干擾。為了消除180°的相位跳變，在QPSK基礎(chǔ)上提出了OQPSK。 OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控（offset-QPSK），是QPSK的改進(jìn)型。它與QPSK有同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。不同點(diǎn)在于它將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開了半個(gè)碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩支路

9、碼元極性同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSK信號(hào)相位只能跳變0°、±90°，不會(huì)出現(xiàn)180°的相位跳變。 1.3 研究目的和意義 在通信和信息傳輸系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化或電子工程技術(shù)中，調(diào)制和解調(diào)應(yīng)用最為廣泛。本設(shè)計(jì)研究了QPSK的調(diào)制和解調(diào)原理，以及利用Matlab對(duì)其調(diào)制和解調(diào)進(jìn)行了編譯仿真，得到的結(jié)論和理論上是一致的。簡單而且快捷。同時(shí)利用MATLAB中的SIMYULINK對(duì)QPSK的通信系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，研究了其傳輸?shù)奶匦裕皞鬏斨性肼晫?duì)系統(tǒng)的影響。OQPSK也稱為偏移四相相移鍵控（offset-QPSK），是QPSK的改進(jìn)型。它與QPSK有同樣的相位關(guān)系，

10、也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。不同點(diǎn)在于它將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開了半個(gè)碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩支路碼元極性同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSK信號(hào)相位只能跳變0°、±90°，不會(huì)出現(xiàn)180°的相位跳變。 1.4 各章節(jié)分布第一章簡單闡述QPSK課題的研究背景以及課題內(nèi)容和整個(gè)論文的結(jié)構(gòu)安排；第二章簡單介紹了了QPSK調(diào)制解調(diào)的原理和方法，系統(tǒng)闡述了最常見的2PSK的原理和方法，最后再對(duì)他們做一個(gè)系統(tǒng)的比較，以便明白QPSK的優(yōu)點(diǎn)和性能；第三章是對(duì)所用工具M(jìn)ATLAB做一個(gè)大概的闡

11、述，講解了MATLAB的發(fā)展、性能、所用于語言，以及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。為后邊編寫程序做下準(zhǔn)備、第四章針對(duì)此次課題QPSK的調(diào)制解調(diào)提出具體的方案，按調(diào)制和解調(diào)的步驟，一步步編寫出程序，然后，利用MATLAB工具對(duì)程序做出相應(yīng)的仿真，在仿真過程中加入噪聲分析，最后在對(duì)它的誤符號(hào)率(SER)和誤比特率(BER)做一個(gè)研究；第五章是對(duì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)的總結(jié)，感悟自己在這一時(shí)間內(nèi)的所學(xué)所感，對(duì)自己的努力做一個(gè)回顧，以便在今后的生活和學(xué)習(xí)中，有更進(jìn)一步的提高。首先介紹了QPSK的調(diào)制解調(diào)原理，接著提出了一種基于MATLAB的調(diào)制解調(diào)方案，包括串并轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、載波調(diào)制、信號(hào)合成、相干解調(diào)、抽樣判決，和并串

12、轉(zhuǎn)換一系列系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)QPSK的發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的星座圖和其誤符號(hào)率(SER)和誤比特率(BER)進(jìn)行了仿真，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析，進(jìn)而證明QPSK調(diào)制技術(shù)的優(yōu)越性。二、設(shè)計(jì)原理2.1 4PSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)原理介紹2.1.1 相移鍵控系統(tǒng)概述 相移鍵控是目前擴(kuò)頻系統(tǒng)中大量使用的調(diào)制方式，也是和擴(kuò)頻技術(shù)結(jié)合最成熟的調(diào)制技術(shù)，原則上看是一種線性調(diào)制。從基帶變換到中頻以及射頻，中間的頻譜搬移和信號(hào)放大需要一個(gè)要求較高的線性信道，因而，設(shè)計(jì)要求較高。 相移鍵控系統(tǒng)中，有待傳輸?shù)幕鶐?shù)字脈沖控制著載波相位的變化，從而形成振幅與頻率不變，而相位取離散值變化的己調(diào)波。二進(jìn)制相移鍵控對(duì)于二迸制相移鍵

13、控BPSK(Binary Phase Shift Keying) 來說，就是二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)0和1分別用載波的0和來表示。其表達(dá)式由公式(1-1)給出： (1-1)式中，為二進(jìn)制數(shù)字， (1-2)概率為1-P概率為P四相相移鍵控QPSK是MPSK的一種特殊情況。它是利用載波四個(gè)不同的相位來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。QPSK信號(hào)可以表示為： (1-3)式中，是載波的角頻率，是第k個(gè)碼元的載波相位取值，是一個(gè)發(fā)送碼元的持續(xù)時(shí)間，它將取可能的四種相位之一，甙t)是發(fā)送碼元的波形函數(shù)。是可以取區(qū)問(0，2x)任何離散值的隨機(jī)變量，可取的個(gè)數(shù)由調(diào)制方式的進(jìn)制來決定。在QPSK調(diào)制系統(tǒng)中，發(fā)送端可取的相位值

14、為四個(gè)。將上式展開，得到： (1-4)令，則兩者的取值是隨機(jī)的離散值，和選定的相位有關(guān)，在星座圖的映射中對(duì)應(yīng)同相和正交分量，反映其在映射圖中的矢量位置。對(duì)于四種相位的選擇，存在/2體系和n=/4體系。/2體系對(duì)應(yīng)n=0，/2，3/2四個(gè)離散值。/4體系對(duì)應(yīng)n=/4，3/4，5/4，7/4四個(gè)離散值。2.1.2 QPSK信號(hào)的產(chǎn)生四進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)矢量圖如圖 1所示， 載波相位有0、/2、和3/2 ， 它們分別代表信息11、 01、 00和10。 圖1 QPSK信號(hào)矢量圖 四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控利用載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息。 由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，因此每個(gè)四進(jìn)制碼元可以用兩

15、個(gè)二進(jìn)制碼元的組合來表示。兩個(gè)二進(jìn)制碼元中的前一比特用a表示，后一比特用b表示，則雙比特ab與載波相位的關(guān)系如表所示。雙比特ab與載波相位的關(guān)系：雙比特碼元載波下相位（）abA方式B方式01100011 0°90°80°70°225°315° 45°135°圖2 雙比特ab與載波相位的關(guān)系 QPSK信號(hào)常用的方式產(chǎn)生方法有直接調(diào)相法和相位選擇法。相位選擇法在一個(gè)碼元時(shí)間間隔Ts，QPSK信號(hào)為載波四個(gè)相位中的某一個(gè)。因此，可以用相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)，其原理圖如圖 所示。圖中，四相載波產(chǎn)生器輸出QPSK信號(hào)所需

16、的四種不同相位的載波。輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并變換器輸出雙比特碼元，邏輯選相電路根據(jù)輸入的雙比特碼元，每個(gè)時(shí)間間隔Ts選擇其中一種相位的載波作為輸出，然后經(jīng)帶通濾波器濾除高頻分量。圖3 相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)（B方式）原理圖如要形成A方式的QPSK信號(hào)，只需調(diào)整四相載波發(fā)生器輸出的載波相位即可。直接調(diào)相法如圖4所示，它可以看成由兩個(gè)載波正交的2PSK調(diào)制器構(gòu)成。圖4 QPSK正交調(diào)制器原理圖 圖中， 串/并變換器將輸入的二進(jìn)制序列分為速率減半的兩個(gè)并行的雙極性序列a和b，然后分別對(duì)cosct和sinct進(jìn)行調(diào)制，相加后即可得到QPSK信號(hào)。若要產(chǎn)生QPSK的A方式波形，只需適當(dāng)改變振蕩載波

17、相位即可。(2)加性高斯白噪聲 信號(hào)在信道傳輸過程中，會(huì)受到噪聲干擾。加性高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise, AWGN)是最常見的一種白噪聲。表現(xiàn)為信號(hào)圍繞平均值的一種波動(dòng)過程。AWGN的均值為0，方差是噪聲功率的大小。awgn(x,snr,state)其中可以是信號(hào)功率或自測量模式。State是高斯白噪聲發(fā)生器的種子數(shù)。（3）QPSK信號(hào)的解調(diào)工作原理由于4PSK信號(hào)可以看作兩個(gè)載波正交2PSK信號(hào)的合成。因此，對(duì)4PSK信號(hào)的解調(diào)可以采用與2PSK信號(hào)類似的解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)原理圖如圖7 44 所示。同相支路和正交支路分別采用相干解調(diào)方式解調(diào)，得到

18、I(t)和Q(t)，經(jīng)抽樣判決和并/串變換器，將上、下支路得到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)。圖5 QPSK信號(hào)的相干解調(diào)相干解調(diào)中，正交路和同相路分別設(shè)置兩個(gè)相關(guān)器(或匹配濾波器)，得到I(t) 和Q(t)，經(jīng)電平判決和并一串變換后即可恢復(fù)原始信息。當(dāng)然，如果調(diào)制端是差分編碼的，那么解調(diào)中并串變換后還需一個(gè)差分解碼。假如已調(diào)信號(hào)為，I(t) 和Q(t) 分別為和正交路，為載波頻率，那么相干解調(diào)后，同相路相乘可得 (1-5) 正交路為 （1-6） 經(jīng)過低通濾波器后，可得 (1-7)（5）格雷碼（英文：Gray Code,又稱作葛萊碼，二進(jìn)制循環(huán)碼） 格雷碼是1880年由法國工程師Jean-Mauri

19、ce-EmlleBaudot發(fā)明的一種編碼，因Frank Gray于1953年申請(qǐng)專利“Pulse CodeCommunication”得名。當(dāng)初是為了機(jī)械應(yīng)用，后來在電報(bào)上取得了巨大發(fā)展，現(xiàn)在則常用于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)角數(shù)字轉(zhuǎn)換中 。它屬于可靠性編碼，是一種錯(cuò)誤最小化的編碼，因?yàn)樗蟠蟮販p少了由一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)時(shí)電路中的混淆。由于這種編碼相鄰的兩個(gè)碼組之間只有一位不同，因而在用于模數(shù)轉(zhuǎn)換中，當(dāng)模擬量發(fā)生微小變化而可能引起數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，格雷碼僅改變一位，這樣與其它碼同時(shí)改變兩位或多位的情況相比更為可靠，即可減少出錯(cuò)的可能性這就允許代碼電路能以較少的錯(cuò)誤在較高的速度下工作。 格雷碼與二進(jìn)制

20、的轉(zhuǎn)換如下：N二進(jìn)制代碼格雷碼 以四位代碼為例，由格雷碼與二進(jìn)制碼的對(duì)照表導(dǎo)出兩種代碼相互轉(zhuǎn)化的邏輯表達(dá)式如下：二進(jìn)制代碼 格雷碼表達(dá)式 格雷碼 二進(jìn)制代碼表達(dá)式 000000000100010001200100011300110010401000110501010111601100101701110100810001100910011101A10101111B10111110C11001010D11011011E11101001F11111000 圖6 格雷碼與二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換表（4）誤比特率(BER) 為了使仿真結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)意義，每次仿真必須產(chǎn)生一定數(shù)量的錯(cuò)誤比特。如果仿真沒有產(chǎn)生錯(cuò)誤，這并不

21、意味著誤比特率為0；它只能表明發(fā)送信號(hào)中的比特?cái)?shù)量不是足夠多。作為一條經(jīng)驗(yàn)法則，在每次仿真中，我們需要100個(gè)以上的錯(cuò)誤比特，這樣才能說明仿真得到的誤比特率在統(tǒng)計(jì)上是有效的。在較高的SNR處，可能需要測試的信號(hào)含有幾百萬甚至幾十億個(gè)比特。 當(dāng)我們?cè)谒懈信d趣的SNR上執(zhí)行了足夠多的仿真并獲得了有效的結(jié)果，就可以將結(jié)果畫出來。坐標(biāo)軸X軸將包含SNR的值，Y軸包含了誤比特率的值，Y軸必須以對(duì)數(shù)為刻度，X軸應(yīng)該是線性刻度。 每運(yùn)行一次誤比特率仿真，就需要傳輸和接收固定數(shù)量的比特，然后確定有接收到的比特中有多少是錯(cuò)誤的，接下來就用錯(cuò)誤比特?cái)?shù)除以總傳輸比特?cái)?shù)得到誤比特率。使用MATLAB，計(jì)算bit-e

22、rror-rate(ber)如下：ber=te/length(tx),這里'te'是總的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)量，'tx是發(fā)送的比特向量。2.2 QPSK調(diào)制與解調(diào)的軟件實(shí)現(xiàn)2.2.1 SIMULINK功能介紹Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Sim

23、ulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。通過該軟件實(shí)現(xiàn)方式，可以大大提高設(shè)計(jì)的靈活性，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率，從而縮小硬件電路設(shè)計(jì)的工作量，縮短開發(fā)周期。 QPSK抗噪聲性能仿真系統(tǒng)框圖 圖7 QPSK抗噪聲性能仿真系統(tǒng)框圖 將QPSK信號(hào)輸入到帶通濾波器中，然后利用和原

24、來載波調(diào)制相同頻率、相同信號(hào)的調(diào)制信號(hào)對(duì)QPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，相干解調(diào)就是說，在解調(diào)時(shí)，首先要通過鎖相環(huán)提取出載波信息（恢復(fù)出相干載波），利用這個(gè)相干載波和已調(diào)制信號(hào)作用，得到最初的數(shù)字基帶信號(hào)，而這個(gè)相干載波是和原來在發(fā)送端調(diào)制該基帶信號(hào)的載波信號(hào)是同頻率同相位的。在AWGN信道中，相干解調(diào)的性能優(yōu)于非相干解調(diào)3dB。三、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟3.1 M文件實(shí)現(xiàn)M文件編程與調(diào)試之MATLAB程序的基本設(shè)計(jì)原則： 后面的內(nèi)容是程序的注解，注解使程序更具可讀性。 在主程序開頭用clear指令清除變量，以消除工作空間中其他變量對(duì)程序 運(yùn)行的影響。但注意在子程序中不要用clear。 參數(shù)值要集中放在程序的開始

25、部分，以便維護(hù)。應(yīng)充分利用MATLAB工具箱提供的指令來執(zhí)行所要進(jìn)行的運(yùn)算，在語句行之后輸入分號(hào)使其及中間結(jié)果不在屏幕上顯示，以提高執(zhí)行速度。 程序盡量模塊化，也就是采用主程序調(diào)用子程序的方法，將所有子程序合并在一起來執(zhí)行全部的操作。 充分利用Debugger來進(jìn)行程序的調(diào)試（設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行、連續(xù)執(zhí)行）。 設(shè)置好MATLAB的工作路徑，以便程序運(yùn)行。M文件源程序：clear allnSamp = 8; %矩形脈沖的取樣點(diǎn)數(shù)numSymb = 1000000; %每種SNR下的傳輸?shù)姆?hào)數(shù)M=4; %QPSK的符號(hào)類型數(shù)SNR=-3:3; %SNR的范圍grayencod=0 1 3 2;

26、%Gray編碼格式for ii=1:length(SNR) msg=randsrc(1,numSymb,0:3); %產(chǎn)生發(fā)送符號(hào) msg_gr=grayencod(msg+1); %進(jìn)行Gray編碼影射 msg_tx=pskmod(msg_gr,M); %QPSK調(diào)制 msg_tx=rectpulse(msg_tx,nSamp); %矩形脈沖成形 msg_rx=awgn(msg_tx,SNR(ii),'measured'); %通過AWGN信道 msg_rx_down = intdump(msg_rx,nSamp); %匹配濾波相干解調(diào) msg_gr_demod = pskd

27、emod(msg_rx_down,M); %QPSK解調(diào) dummy graydecod = sort(grayencod); graydecod = graydecod - 1; msg_demod = graydecod(msg_gr_demod+1); %Gray編碼逆映射 errorBit BER(ii) = biterr(msg, msg_demod, log2(M); %計(jì)算BER errorSym SER(ii) = symerr(msg, msg_demod); %計(jì)算SERendscatterplot(msg_tx(1:100) %畫出發(fā)射信號(hào)的星座圖title('發(fā)

28、射信號(hào)星座圖')xlabel('同相分量')ylabel('正交分量')scatterplot(msg_rx(1:100) %畫出接收信號(hào)的星座圖title('接收信號(hào)星座圖')xlabel('同相分量')ylabel('正交分量')figuresemilogy(SNR,BER,'-ro',SNR,SER,'-r*') %畫出BER和SNR隨SNR變化的曲線legend('BER','SER')title('QPSK在AWGN信道下的性

29、能')xlabel('信噪比（dB）')ylabel('誤符號(hào)率和誤比特率')3.1.1 QPSK抗噪聲性能仿真的詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟 圖8 QPSK抗噪聲性能仿真的詳細(xì)步棸圖步棸是：發(fā)送符號(hào) 進(jìn)行Gray編碼影射 2個(gè)比特組成QPSK QPSK調(diào)制 矩形脈沖成形 通過AWGN信道 匹配濾波相干解調(diào) QPSK解調(diào) QPSK分成2個(gè)比特 Gray編碼逆映射 最后統(tǒng)計(jì)BER和SER。QPSK信號(hào)有00、01、10、11四種狀態(tài)，所以對(duì)輸入的二進(jìn)制序列,首先必須分組,每兩位碼元一組。然后根據(jù)組合情況,用載波的四種相位表征它們（即四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控利用載波的四種不同相位

30、來表示數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，因此每個(gè)四進(jìn)制碼元可以用兩個(gè)二進(jìn)制碼元的組合來表示）。然后一個(gè)個(gè)QPSK信號(hào)理想的矩形脈沖濾波器形成矩形脈沖，脈沖通過有AWGN加性高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise, AWGN)信道中，形成有噪聲干擾的脈沖之后通過相干解調(diào)。將QPSK信號(hào)輸入到帶通濾波器中，然后利用和原來載波調(diào)制相同頻率、相同信號(hào)的調(diào)制信號(hào)對(duì)QPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，即相干解調(diào)，在解調(diào)時(shí)，首先要通過鎖相環(huán)提取出載波信息（恢復(fù)出相干載波），利用這個(gè)相干載波和已調(diào)制信號(hào)作用，得到最初的數(shù)字基帶信號(hào)（該相干載波是和原來在發(fā)送端調(diào)制該基帶信號(hào)的載波信

31、號(hào)是同頻率同相位的）。解調(diào)后的QPSK信號(hào)分成兩個(gè)比特，進(jìn)而進(jìn)行格雷逆映射，最后統(tǒng)計(jì)輸出BER和SER。在每次仿真中，我們需要100個(gè)以上的錯(cuò)誤比特，這樣才能說明仿真得到的誤比特率在統(tǒng)計(jì)上是有效的。在較高的SNR處，可能需要測試的信號(hào)含有幾百萬甚至幾十億個(gè)比特。為了使仿真結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)意義，每次仿真必須產(chǎn)生一定數(shù)量的錯(cuò)誤比特。如果仿真沒有產(chǎn)生錯(cuò)誤，這并不意味著誤比特率為0；它只能表明發(fā)送信號(hào)中的比特?cái)?shù)量不是足夠多。坐標(biāo)軸X軸將包含SNR的值，Y軸包含了誤比特率的值，Y軸必須以對(duì)數(shù)為刻度，X軸應(yīng)該是線性刻度。每運(yùn)行一次誤比特率仿真，就需要傳輸和接收固定數(shù)量的比特，然后確定有接收到的比特中有多少是錯(cuò)

32、誤的，接下來就用錯(cuò)誤比特?cái)?shù)除以總傳輸比特?cái)?shù)得到誤比特率。3.2 SIMULINK實(shí)現(xiàn)QPSK抗噪聲性能仿真 圖 9 QPSK調(diào)制與解調(diào)simulink實(shí)現(xiàn)過程圖中，上半部分是QPSK調(diào)制的過程，是將二進(jìn)制伯努利隨即信號(hào)調(diào)制成為QPSK信號(hào)，而下半部分是其解調(diào)過程，是將上半部分的QPSK已調(diào)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。QPSK信號(hào)有00、01、10、11四種狀態(tài)。所以對(duì)輸入的二進(jìn)制序列,首先必須分組,每兩位碼元一組。然后根據(jù)組合情況,用載波的四種相位表征它們。即四進(jìn)制絕對(duì)移相鍵控利用載波的四種不同相位來表示數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，因此每個(gè)四進(jìn)制碼元可以用兩個(gè)二進(jìn)制碼元的組合來表示。然后一

33、個(gè)個(gè)QPSK信號(hào)理想的矩形脈沖濾波器形成矩形脈沖，脈沖通過有AWGN加性高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise, AWGN)信道中，形成有噪聲干擾的脈沖之后通過相干解調(diào)。將QPSK信號(hào)輸入到帶通濾波器中，然后利用和原來載波調(diào)制相同頻率、相同信號(hào)的調(diào)制信號(hào)對(duì)QPSK信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，即相干解調(diào)，在解調(diào)時(shí)，首先要通過鎖相環(huán)提取出載波信息（恢復(fù)出相干載波），利用這個(gè)相干載波和已調(diào)制信號(hào)作用，得到最初的數(shù)字基帶信號(hào)（該相干載波是和原來在發(fā)送端調(diào)制該基帶信號(hào)的載波信號(hào)是同頻率同相位的）。解調(diào)后的QPSK信號(hào)分成兩個(gè)比特，進(jìn)而進(jìn)行格雷逆映射，最后統(tǒng)計(jì)輸出BER和SER。下圖為S

34、IMULINK實(shí)現(xiàn)QPSK抗噪聲性能仿真的分解圖，分別為總圖ex2、發(fā)送模塊ex2/TX和接收模塊ex2/TX。圖10（1）QPSK調(diào)制與解調(diào)simulink實(shí)現(xiàn)過程的簡略截圖圖10（2）QPSK調(diào)制與解調(diào)simulink實(shí)現(xiàn)過程的簡略圖中的RX模塊截圖圖10（3）QPSK調(diào)制與解調(diào)simulink實(shí)現(xiàn)過程的簡略圖中的TX模塊截圖四、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析4.1 M文件仿真分析4.1.1 QPSK抗噪聲性能仿真源程序截圖如下： 圖11 QPSK抗噪聲性能仿真源程序截圖 圖一：發(fā)射信號(hào)星座圖 圖二：接收信號(hào)星座圖圖三：信號(hào)誤符號(hào)率(SER)和誤比特(BER)圖分析結(jié)果：坐標(biāo)軸X軸將包含SNR的值，Y軸包

35、含了誤比特率的值，Y軸必須以對(duì)數(shù)為刻度，X軸應(yīng)該是線性刻度。每運(yùn)行一次誤比特率仿真，就需要傳輸和接收固定數(shù)量的比特，然后確定有接收到的比特中有多少是錯(cuò)誤的，接下來就用錯(cuò)誤比特?cái)?shù)除以總傳輸比特?cái)?shù)得到誤比特率。在每次仿真中，我們需要100個(gè)以上的錯(cuò)誤比特，這樣才能說明仿真得到的誤比特率在統(tǒng)計(jì)上是有效的。在較高的SNR處，可能需要測試的信號(hào)含有幾百萬甚至幾十億個(gè)比特。為了使仿真結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)意義，每次仿真必須產(chǎn)生一定數(shù)量的錯(cuò)誤比特。如果仿真沒有產(chǎn)生錯(cuò)誤，這并不意味著誤比特率為0；它只能表明發(fā)送信號(hào)中的比特?cái)?shù)量不是足夠多。4.2 SIMULINK仿真分析4.2.1 調(diào)用Simulink中的ex2的腳本源程序調(diào)用Simulink中的ex2的腳本源程序：clear allsnr=-3:3;Simulationtime=10;for i