QPSK调制解调技术.doc

西南科技大学
课 程 设 计 报 告

课程名称： 数字通信课程设计
设计名称：基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真
姓 名：
学 号:
班 级：
指导教师：
起止日期： 2011.6.21-2011.7.3

西南科技大学信息工程学院制
14

课 程 设 计 任 务 书
学生班级： 学生姓名： 学号：
设计名称： 基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真
起止日期： 2011.6.28----2011.7.4 指导教师：

基本要求：
（1）分析QPSK调制、解调原理，画出系统框图，推导星座图（设载波相位为0°）；
产生随机二进制序列，作为待传输的数据，数据的速率是5Mbit/s；
（2）载波频率为50MHz，完成QPSK调制，分别画出两路信号经过乘法器后的时域波形，并给出分析、解释；
（3）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，画出接收端信号的时域图；
（4）完成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。
（5）计算系统信噪比、传输误码率
扩展要求：
（1）计算在不同系统信噪比下，传输误码率；
（2）画出系统信噪比，传输误码率的曲线。

课 程 设 计 学 生 日 志

时间
设计内容
6.28--6.29
查阅Matlab、通信原理的有关资料
6.30--7.2
用Matlab编写并调试程序,实现QPSK的调制与解调
7.3
写课程设计论文
7.4
课程设计答辩

课 程 设 计 考 勤 表

周
星期一
星期二
星期三
星期四
星期五

课 程 设 计 评 语 表

指导教师评语：

成绩： 指导教师：

年 月 日

基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真
一、设计目的和意义
l 分析QPSK调制、解调原理，画出系统框图，推导星座图（设载波相位为0°）；
l 产生随机二进制序列，作为待传输的数据，数据的速率是5Mbit/s；
l 载波频率为50MHz，完成QPSK调制，分别画出两路信号经过乘法器后的时域波形，并给出分析、解释；
l 产生加性高斯白噪声，画出时域波形及频谱，
l 将加性高斯白噪声作为传输信道的干扰，画出接收端信号的时域图；
l 完成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。
l 计算系统信噪比、传输误码率
扩展要求：
l 计算在不同系统信噪比下，传输误码率；
l 画出系统信噪比，传输误码率的曲线。
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。

二、 设计原理
1、2PSK信号
2PSK信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定0相位载波和π相位载波分别表示传“1”和传“0”。
2PSK码元序列的波形与载频和码元持续时间之间的关系有关。当一个码元中包含有整数个载波周期时，在相邻码元的边界处波形是不连续的，或者说相位是不连续的。当一个码元中包含的载波周期数比整数个周期多半个周期时，则相位连续。当载波的初始相位差90度时，即余弦波改为正弦波时，结果类似。
2PSK信号的产生方法主要有两种。第一种叫相乘法，是用二进制基带不归零矩形脉冲信号与载波相乘，得到相位反相的两种码元。第二种方法叫选择法，是用此基带信号控制一个开关电路，以选择输入信号，开关电路的输入信号是相位相差的同频载波。这两种方法的复杂程度差不多，并且都可以用数字信号处理器实现。
2、4PSK信号
四进制绝对相移键控(4PSK)直接利用载波的四种不同相位来表示数字信息。由于每一种相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一比特用a来表示，后一比特用b表示。四进制信号可等效为两个正交载波进行双边带调制所得信号之和。这样，就把数字调相和线性调制联系起来，为四相波形的产生提供依据。
3、 调制原理
QPSK即四进制移向键控，它利用载波的四种不同相位来表示数字信息，由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。两个二进制码元中的前一个码元用a表示，后一个码元用b表示。 QPSK信号可以看作两个载波正交2PSK信号的合成，下图表示QPSK正交调制器。

由QPSK信号的调制可知，对它的解调可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调。解调原理图如下所示，同相支路和正交支路分别采用相干解调方式解调，得到和，经过抽样判决和并/串交换器，将上下支路得到的并行数据恢复成串行数据。

三、设计步骤
1、步骤
（1）用matlab中randint()产生二进制随机序列，再通过算法把序列转换为相应的波形。
（2）将第（1）步中得到的二进制序列以奇偶分开，cos(wc*t)、sin(wc*t)调制，然后相加得到调制信号Sqpsk(t)。
（3）高斯白噪声，然后观察其信号和频谱。
（4）进行相干解调后，经过低通滤波器，然后抽样判决恢复信号I(t)和Q(t)，再经过串并转换恢复信号。
2、源代码
clear;
T=1; % 基带信号宽度，也就是频率 f=1/T=5Mhz
fc=10/T; % 载波频率 fc=10*1/T=50Mhz
space=2;
nb=20;
delta_T=T/50;
t=0:delta_T:nb*T-delta_T;
N=length(t);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 调制部分
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 基带信号的产生
data=randn(1,nb)>0.5; % 调用一个随机函数（0 or 1），
datanrz=data.*2-1; % 变成极性码
data1=zeros(1,nb/delta_T);
for q=1:nb
data1((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=datanrz(q); % 将极性码变成对应的波形信号
end
% 将基带信号变换成对应波形信号
data0=zeros(1,nb/delta_T); % 创建一个1*nb/delta_T的零矩阵
for q=1:nb
data0((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=data(q); % 将非极性码变成对应的波形信号
end
figure(1);
subplot(2,1,1)
plot(data0),title('波形信号(非极性)');
axis([0,1000,0,1.5]);
subplot(2,1,2)
plot(data1),title('波形信号（极性）');
axis([0,1000,-1.5,1.5]);

% 串并转换，将奇偶位数据分开
idata=datanrz(1:space:(nb-1)); % 将奇偶位分开
qdata=datanrz(2:space:nb);
% QPSK信号的调制
ich=zeros(1,nb/delta_T/2); % 创建一个1*nb/delta_T/2的零矩阵，以便后面存放奇偶位数据
for i=1:nb/2
ich((i-1)/delta_T+1:i/delta_T)=idata(i);
end
for ii=1:N/2
a(ii)=sqrt(2/T)*cos(2*pi*fc*t(ii));
end
idata1=ich.*a; % 奇数位数据与余弦函数相乘，得到一路的调制信号
qch=zeros(1,nb/2/delta_T);
for j1=1:nb/2
qch((j1-1)/delta_T+1:j1/delta_T)=qdata(j1);
end
for jj=1:N/2
b(jj)=sqrt(2/T)*sin(2*pi*fc*t(jj));
end
qdata1=qch.*b; % 偶数位数据与正弦函数相乘，得到另一路的调制信号

figure(2);
subplot(2,1,1)
plot(idata1),title('I(t)cos(Wc*t)');
axis([0,700,-2,2]);
subplot(2,1,2)
plot(qdata1),title('Q(t)sin(Wc*t)');
axis([0,700,-2,2]);

s=idata1+qdata1; % 将奇偶位数据合并

figure(3);
plot(s),title('调制信号');
axis([0,500,-3,3]);

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 高斯信道
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 高斯信道
y=wgn(1,1000,1)
y1=abs(fft(y));
s1=awgn(s,0);
s11=abs(fft(s1));

figure(4)
subplot(1,2,1)
plot(y),title('高斯白噪声');
subplot(1,2,2)
plot(y1),title('高斯白噪声频谱');

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% QPSK 解调部分
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 解调部分
idata2=s1.*a;
qdata2=s1.*b;

figure(5);
subplot(2,1,1)
plot(idata2),title('I(t)');
axis([0,600,-4,4]);
subplot(2,1,2)
plot(qdata2),title('Q(t)');
axis([0,600,-4,4]);

idata3=zeros(1,nb/2);
qdata3=zeros(1,nb/2);
% 抽样判决的过程，与0作比较，data>=0,则置1，否则置0
for n=1:nb/2
% A1(n)=sum(idata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T));
if sum(idata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T))>=0
idata3(n)=1;
else idata3(n)=0;
end
% A2(n)=sum(qdata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T));
if sum(qdata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T))>=0
qdata3(n)=1;
else qdata3(n)=0;
end
end
% 将判决之后的数据存放进数组
demodata=zeros(1,nb);
demodata(1:space:(nb-1))=idata3; % 存放奇数位
demodata(2:space:nb)=qdata3; % 存放偶数位

demodata1=zeros(1,nb/delta_T);
for q=1:nb
demodata1((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=demodata(q);
end

figure(6);
plot(demodata1),title('基带信号');
axis([0,1000,-2,2]);
四、 实验结果及分析
（1）产生的非极性基带信号和极性信号。
（2）与cos(wc*t)和sin(wc*t)相乘后的波形如下：
（3）得到调制信号Sqpsk(t)：

（3）用wgn()产生高斯白噪声，时域图和频域图

（4）相干解调后的I(t)和Q(t)信号

（5）基带信号

五、 实验体会
通过本次计算机通信课程设计，让我在除了课本的知识之外的知识有了更好的理解，对QPSK调制解调的工作原理有了更好的理解，在设计之前，收集了很多的材料，但当真正深入设计时，却也遇到了诸多的问题，让我体会到了设计的要求在于系统性，可行性，准确性，诸多问题的出现给我们的设计带来了难度，也同时是更大的一次挑战。最后，在查阅了大量的资料咨询了许多同学后，终于得出了正确的结果，顺利完成了本次课程设计。
这次课程设计让我明白，有时候，光有基础知识是不够的，实践是检验真理的唯一标准，我们在把知识付出实践的过程中，常常会遇到或多或少的困难。只要我们想办法，用心去思考，用行动去创造，困难都会迎刃而解。
只有做到理论知识和实践相结合，才能真正做一个服务社会的人。
最后再次真切的感谢龙老师。

六、 参考文献
[1] 曹志刚.现代通讯原理.清华大学出版社,2007.8
[2] 张威.MATLAB基础与编程入门.西安电子科技大学出版社,2004.2