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1、 题目 ：数字频带传输系统仿真及性能分析-QPSK及循环码 学院：大数据与信息工程学院 班级：通信112 姓名：秦天义 学号：1108060383 指导教师：杨平 2014年7月7日 一QPSK通信系统原理与仿真 QPSK系统框图介绍在图1的系统中，发送方，QPSK数据源采用随机生成，信源编码采用差分编码，编码后的信号经QPSK调制器，经由发送滤波器进入传输信道。接收方，信号首先经过相位旋转，再经匹配滤波器解调，经阈值比较得到未解码的接收信号，差分译码后得到接收信号，与信源发送信号相比较，由此得到系统误码率，同时计算系统误码率的理论值，将系统值与理论值进行比较。对于信道，这里选取的是加性高斯白
2、噪声以及多径Rayleigh衰落信道。QPSK数据源差分编码器QPSK调制器发送滤波器衰减相位旋转相位同步积分与清除符号同步器阈值比较差分译码器计算BER噪声图1 QPSK系统框图在实验中，选用的是差分码。差分码又称为相对码，在差分码中利用电平跳变来分别表示1或0，分为传号差分码和空号差分码。传号差分码：当输入数据为“1”时，编码波型相对于前一码电平产生跳变；输入为“0”时，波型不产生跳变。空号差分码：当输入数据为“0”时，编码波型相对于前一码电平产生跳变；输入为“1”时，波型不产生跳变。 概述QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键
3、控，是一种数字调制方式。它以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点，广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接人、移动通信及有线电视系统之中。 QPSK调制解调仿真过程及其波形图QPSK解调方法由于QPSK信号可以看作两个正交2PSK信号的叠加，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，成为串行数据输出。 一QPSK调制过程及其波形图本课题QPSK调制解调过程的信号源选定为伯努利二进制随机信号。其参数如图3所示,波形如图4所示:图3 伯努利二进制信号发生器参数图4输入数字信号序列对输入基
4、带数字信号有串并变换电路分为两个并行序列，分别如下图5所示。其中图6中是输入序列的奇数序列，图7是实序列的偶数序图5 经过串并转换的序列图6经过串并转换的序列随后两路信号分别经过单/双极性转换器将此前的单极性信号转换为双极性信号。其两路转换后相对应的波形如图3.5a和图3.5b所示：图7经过单/双极性转换后的序列图3.5b 经过单/双极性转换后的信号所加相干载波的波形分别为3.6a和3.6b所示:图3.6a 0相位正弦载波信号图3.6b 相位正弦载波信号-此时，经过双极性转换的信号一路与相位为0的正弦载波相干，另一路则与相位为的正弦载波相干。信号相干后的波形如图分别为图3.7a和图3.7b所示
5、：图3.7a 经载波相干后的信号图3.7b经载波相干后的信号其中与信号相干的0相位正弦载波和相位正弦载波的参数分别如图3.8a和图3.8b所示：图3.8a 0相位相干正弦载波参数图3.8b 相位相干正弦载波参数相干后的两路信号在经过一个相加模块，就得到了QPSK信号。经调制后的QPSK信号如图3.9所示：图3.9 经调制后的QPSK信号QPSK解调过程及其波形图QPSK信号通过加两路相位分别为0和的正弦载波进行相干解调。解调后信号的波形分别如图3.10a和3.10b所示：图3.10a 0相位载波相干后信号图3.10b 相位载波相干后信号其两路正弦载波的参数分别与图7和图8相一致。经过载波相干后
6、的信号通过低通滤波器进行低通滤波处理。其低通滤波后的信号的波形分别如图3.11a和3.11b所示图3.11a 低通滤波后的信号图3.11b低通滤波后的信号此时信号经过抽样判决后将模拟信号转换为数字信号序列经抽样判决后信号的波形分别如图3.12a和3.12b所示：图3.12a 经抽样判决后信号图3.12b 经抽样判决后信号然后将这两路双极性信号转换成单极性二进制信号，转换后的单极性二进制信号分别如图3.13a和3.13b所示：图3.13a 经极性转换后的信号图3.13b经极性转换后的信号最后通过并/串转换器将信号放置其奇数位，将另信号放置其偶数位，转换成一路二进制单极性信号，此时的信号即是QPS
7、K信号解调后最终的信号。信号的解调信号如图3.14所示：图3.14 信号的解调信号二QPSK调制解调仿真过程误码曲线为了最后能够更好的验证此次课题的正确性，本人将QPSK调制与解调过程放置于一个系统中。所以从理论上来说，信号源发送的伯努利二进制随机信号经过调制之后，再经过解调，结果得到信号应该与信号源发送的伯努利二进制随机信号相一致。经验证，解调后的波形和调制前的波形是相一致，波形如图3.15所示：图3.15发送信号与调制解调后信号由图3.15可见，解调后的波形和调制前的波形是一致的（其调制解调过程中会有一定的延迟），因此可以证明此次QPSK调制解调的SIMULINK实现过程是正确的。 QPS
8、K系统误码率及仿真误码曲线（无信道编码） 在QPSK体制中，因噪声的影响使接收端解调时发生错误判决，是由于信号矢量的相位发生偏离造成的。设为接收矢量（包括信号和噪声）相位的概率密度，则发生错误的概率为： 省略计算和Pe的繁琐过程，直接给出计算结果：上式计算出的是QPSK信号的误码率。若考虑其误比特率，正交的两路相干解调方法和2PSK中采用的解调方法一样。所以其误比特率的计算公式也和2PSK的误码率公式一样。二实现信道编码和译码-循环码在循环码编码模块的程序中，主要是根据一个输入的消息矢量从而产生（15，7）循环码编码后的序列。（1）输入矢量为1 1 0 0 1 1 0时的编码输出序列如下图所示
9、： 图3-1 （15,7）循环码的编码程序仿真结果图（1）（2）输入矢量为1 1 1 0 0 0 0时的编码输出序列如下图所示： 图3-2 （15,7）循环码的编码程序仿真结果图（2）由上图可看出，本程序实现了对任意输入消息进行（15,7）循环码的编码。3.3 （15,7）循环码的译码在MATLAB环境下实现对任意码的编码（1）将3.2中编出的码字输入译码程序中可得图3-3 （15,7）循环码的译码程序仿真结果图由上图可以看出，用编出的码字译码，没有错误，正确译出原码。验证了译码程序的正确性。（2）将3.2中编出的码字改变一位作为译码程序的输入，译码程序仿真输出为中可得 图3-4 （15,7）
10、循环码的纠一位错程序仿真结果图由上图可以看出本程序可以正确纠正一位错码。 循环码的误码率及误码曲线为了得到循环码仿真系统信号误码率与信道差错概率之间的曲线图，可以编写如下M文件，对循环码的仿真模型进行仿真，此时二进制均衡信道的差错概率设置为errB，M源文件和曲线图如下。程序3.1：clear all;close all;er=0:0.01:0.05;for n=1:length(er) errB=er(n) sim(Cyclic_1) S(n)=mean(ss)endplot(er,S)xlabel(ErrorPorbability)ylabel(Probability of Error P
11、e)grid循环码的性能曲线图如下：图3.8 循环码的误码率曲线图同时编写M文件无循环码的仿真系统绘出信号误码率与差错概率之间的关系曲线图，此时二进制均衡信道的差错概率设置为errB。源文件和曲线图如下。程序3.2：clear all;close all;er=0:0.01:0.05;for n=1:length(er) errB=er(n) sim(Cyclic_3) S1(n)=mean(sss)endplot(er,S1)xlabel(ErrorPorbability)ylabel(Probability of Error Pe)Grid将调制时的基带信号改为给定信号PCM编码 将PCM
12、和QPSK进行组合时，首先对信号进行PCM编码与QPSK调制，然后将调制信号送入已加入高斯白噪声的信道中传输。再将信号进行QPSK调制和PCM译码。组合系统的仿真电路图如图有所不同的是在进行QPSK调制前信号必须进行帧转换这一阶段，即系统将经过PCM编码量化的n个比特序列以帧的形式输出，即每一帧含有n个比特。在QPSK解调后再对其进行码变换。扩展部分在本次综合训练运用了matlab软件建立工作模型，在仿真的过程中遇到了各种不同的问题，通过自己的探索和老师同学的帮助都一一解决，总结分析分析如下： 1、在解调时没有加噪声出现误码率。 解答办法：出现误码数据时，可以根据示波器的输出波形，合理修改误码
13、器中的receive delay的数据就可以使误码数据为零。 2、示波器中的波形只出现一部分。 解决办法：双击示波器，修改data history中的limit data points to last的数据，再重新运行Simulink观察示波器即可看到准确图形。4、 课程设计心得通过这三个星期的学习和实践，我对qspk调制解调及循环码的编、译码原理，性能有了初步的了解，并对MATLAB/simulink仿真软件有了更深的了解。而且能够利用Matlab和simulink的初步知识设计出一个简单的模拟仿真系统，使其能够体现出循环码差错控制编码系统的部分性能。在这次建模仿真设计中，起初我出现了很多次错误，模块参数的设置总是不对。通过老师的帮助和自己的理解，错误被一一解除，增加了我对Matlab学习的兴趣。这次的课程设计对即将毕业的我们来说，是一次短期的培训与锻炼，同时也是我们从学校走向社
