基于Matlab-的QPSK调制解调仿真设计与研究

天津理工大学计算机与通信工程学院通信工程专业设计说明书基于Matlab/Simulink的QPSK调制解调仿真设计与研究姓名韩双年学号20092226班级09通信3班指导老师白媛日期2012-12-161目录摘要.....................................................................2第一章前言..............................................................21.1专业设计任务及要求..........................................................................................................21.2Matlab简介............................................................21.3Matlab下的simulink简介................................................31.4通信系统模型..........................................................3第二章QPSK调制...........................................................42.1QPSK介绍............................................................42.2QPSK调制原理........................................................42.2.1相乘法.......................................................................................................................42.2.2选择法.......................................................................................................................52.3QPSK调制原理框图........................................................................................................62.4QPSK调制方式的Matlab仿真...........................................62.5QPSK调制方式Matlab-simulink仿真............................................................................72.5.1simulink调制建模...................................................72.5.2simulink调制仿真结果...............................................................................................8第三章QPSK解调..........................................................133.1QPSK解调原理......................................................133.2QPSK解调原理框图....................................................................................................133.3QPSK解调方式Matlab仿真...........................................133.4QPSK解调方式的Matlab-simulink仿真..................................143.4.1QPSK解调建模..................................................143.4.2传输信道.................................................................................................................163.4.3仿真结果.................................................................................................................163.5仿真结果分析....................................................................................................................18第四章QPSK通信系统性能分析..............................................19第五章结论...............................................................19参考文献...................................................................20附录.....................................................................202摘要正交相移键控（QPSK），是一种数字调制方式。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。论文主要介绍了正交相移键控(QPSK)的概况，以及正交相移键控QPSK的调制解调概念和原理，利用Matlab中M文件和Simulink模块对QPSK的调制解调系统进行了仿真，对QPSK在高斯白噪声信道中的性能进行了，分析了解Simulink中涉及到QPSK的各种模块的功能。【关键词】MatlabQPSKSimulnk仿真第一章前言1.1专业设计任务及要求1了解并掌握QPSK调制与解调的基本原理；2在通信原理课程的基础上设计与分析简单的通信系统；3学会利用MATLAB7.0编写程序进行仿真，根据实验结果能分析所设计系统的性能。4学习MATLAB的基本知识，熟悉MATLAB集成环境下的Simulink的仿真平台。5利用通信原理相关知识在仿真平台中设计QPSK调制与解调仿真系统并用示波器观察解调后的波形6在指导老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，能正确的阐述和分析设计和实验结果。1.2Matlab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,但是因为大量的额外3的工具箱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。1.3Matlab下的simulink简介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就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者)，它的一般模型如图1.4.1所示。信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源图1.4.1通信系统一般模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1.4.2所示。信息源调制器信道解调器受信者噪声源图1.4.2模拟通信系统模型4第二章QPSK调制2.1QPSK介绍QuadraturePhaseShiftKeying通过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，所有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。2.2QPSK调制原理QPSK的调制有两种产生方法相乘电路法和选择法。2.2.1相乘法输入信号是二进制不归零的双极性码元，它通过“串并变换”电路变成了两路码元。变成并行码元后，每个码元的持续时间是输入码元的两倍。用两路正交载波去调制并行码元。5图2.2.1选择法QPSK的调制中，QPSK信号可以看成是两个载波正交的2PSK信号调制器构成。原理分析如下：基本原理和系统结构QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。个别的载波相位取四个等间隔值之一，如л/4、3л/4、5л/4、7л/4。相应的，可将发射信号定义为：其他,00],4)12(2cos[/2)(btTtifttEtS其中，i＝1，2，3，4；E是发射信号的每个符号的能量，T为符号的持续时间，载波频率f等于nc/T，nc为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。下面介绍QPSK信号的产生和检测。如图为典型的QPSK发射机框图。输入的二进制数据序列首先被不归零(NRZ)电平编码转换器转换为极性形式，即负号1和0分别用bE和-bE表示。该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形，这两个二进制波形分别用a1(t)和a2(t)表示。此时，在任何一信号时间间隔内a1(t)，和a2(t)的幅度恰好分别等于Si1和Si2，即由发送的二位组决定。这两个二进制波形a1(t)和a2(t)被用来调制一对正交载波：tfTtc2cos/21,tfTtc2sin/22。这样就得到一对二进制PSK信号。t1和t2的正交性使这两个信号可以被独立地检测。最后，将这两个二进制PSK信号相加，从而得期望的QPSK。2.2.2选择法输入基带信号经过串并变换后用于控制一个相位选择电路，按照当时的输6入双比特ab，决定选择哪个相位的载波输出。图2.2.2选择法2.3QPSK调制原理框图图2.3调制原理框图2.4QPSK调制方式的Matlab仿真I路信号是用余弦载波，由2进制