1、精選優質文檔-傾情為你奉上通信原理實驗課程課程實驗報告一、 實驗要求QPSK調制仿真與分析使用matlab仿真實現QPSK相干調制與解調，要求:1)調制載波中心頻率為5MHz，二進制數據比特率為2Mbps，基帶信號波形采用滾降系數為0.4的平方根升余弦濾波器，畫出4個載波周期I、Q調制分量的時域波形和對應的二進制碼。2)畫出基帶|、Q信號和已調信號的頻譜。3)通過AWGN信道，Eb/N0在0到20dB之間變化，畫出誤比特率曲線，并和理論誤比特率進行對比;4)畫出Eb/N0分 別為5dB和10dB時的星座圖;二、 實驗環境軟件: MATLAB R2018a三、 實驗原理1、四進制相移鍵

2、控（QPSK）的載波信號有四種可能的離散相位狀態i，每個載波相位攜帶兩個二進制碼元。雙bite碼元與載波相位的常見對應關系有AB兩種方式。雙比特碼元載波相位A方式B方式00-3/410-/2-/4110/401/23/4B方式的另一種表示：B方式的QPSK信號的正交調制原理如下圖。公式有：sit=Accos2fct+i=Itcos2fct-Q(t)sin2fct式中，同相分量It=g(t)cosi，Qt=g(t)sini2、誤比特率與信噪比信噪比SNR= 10lg(Ps/Pn)，其中Ps和Pn分別代表信號和噪聲的有效功率Eb/N0為比特信噪比。顯然，信噪比越大，信號的誤碼率越小。3、星座圖數字

3、通信系統中，每個符號間隔輸出一個符號，對應一個信號波形。M進制數字通信系統在發送端需要設計出M種不同的信號。如前所述，信號s;()可以通過矢量空間分析器得到矢量,這樣M個能量信號波形就可映射為N維空間中的M個點。將所對應的N維空間中的M個點的集合稱為M進制信號的星座圖，或稱為信號空間圖，或稱為信號矢量圖。相對于前面介紹的一般信號波形，數字信號波形一般限定在一個符號間隔內，二進制數字信號限定在01T，多進制數字信號限定時間在01T。四、 實驗設計與運行結果首先聲明：因為題目要求的頻率過高，電腦配置不足，每次調制用時過長，先將所有的數據等比例縮小，如調制載波中心頻率5MHz5Hz，二進制數據比特率

4、2Mbps2bps。1、 調制使用調相法產生B方式的QPSK信號。 基帶信號生成：隨機數判決+比特率為節奏的for函數。 穿并行轉換與極性變換：條件判決即可。如：生成a2n+1if stt(2*n-1)=1 st1(n)=1; else st1(n)=-1; end運行結果如下圖， 與載波信號調制合成：使雙極性碼與相互正交的載波相乘，同相支路和正交之路分別完成2PSK，最后疊加，得到B方式的QPSK信號。實驗即用代碼復述上述過程，得到結果如下圖：2、 加噪聲使用matlab函數awgn(x, SNR) 。其意義為：在信號x中加入高斯白噪聲。信噪比SNR以dB為單位。x的強度假定為0dBW。如果

5、x是復數，就加入復噪聲。結果在上一張圖已經呈現，再次給出：3、 求頻譜Matlab中求函數頻譜的過程是：對函數做傅里葉變換后，進行快速傅里葉變換計算。程序中使用的函數是：function f,sf= T2F(t,st)得到如下的結果圖：4、 誤碼率曲線的得到與對比5、 星座圖五、 程序源代碼i=10; %基帶信號碼元數*106j=5000;j1=2000;t=linspace(0,5,j);%0-5之間產生5000個點行矢量，即將0,5分成5000份t1=linspace(0,2,j1)f=5; %載波頻率*106fm=i/5; %基帶信號頻率，碼元數是10*106，而時域長度是5，也就是一個

6、單位2*106個碼元a=round(rand(1,i); %產生隨機序列 %產生基帶信號stt=t;for n=1:10 if a(n)<1 for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n stt(m)=0; end else for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n stt(m)=1; end endend figure(1);subplot(311);plot(t,stt);title('基帶信號stt');axis(0,5,-1,2); %并行信號st1=t;for n=1:j/2 if stt(2*n-1)=1 st1(n)=1; else st1(n)=-

7、1; endendsubplot(312);s1 = st1(1:2000);plot(t1,s1);title('基帶信號碼st1');axis(0,2,-1,2);st2=t;for n=1:j/2 if stt(2*n)=1 st2(n)=1; else st2(n)=-1; endendsubplot(313);s2 = st2(1:2000);plot(t1,s2);title('基帶信號碼st2');axis(0,2,-1,2);%載波信號s1=cos(2*pi*f*t);s2=-sin(2*pi*f*t);%調制F1=st1.*s1;%加入載波1

8、同相IF2=st1.*s2;%加入載波2 正交Qfigure(2);subplot(411);plot(t,F1);title('I:F1=s1*st1');axis(0,2,-1,2);subplot(412);plot(t,F2);title('Q:F2=s2*st2');axis(0,2,-1,2);e_fsk=F1+F2;subplot(413);plot(t,e_fsk);title('QPSK信號'); axis(0,2,-1,2);%加噪fsk = awgn(e_fsk,20) %在信號x中加入高斯白噪聲。信噪比SNR以dB為單位。

9、x的強度假定為0dBW。如果x是復數，就加入復噪聲。subplot(414);plot(t,fsk);title('加噪聲后信號')axis(0,2,-1,2);f,sf1 = T2F(t,st1);f,sf2 = T2F(t,st2);f,sf3 = T2F(t,fsk);%傅里葉變換figure(3);subplot(311);plot(t,sf1);axis(2.3,2.7,-1,10);title('s1');subplot(312);plot(t,sf2);axis(2.3,2.7,-1,10);title('s2');subplot(

10、313);plot(t,sf3);axis(2.3,2.7,-1,10);title('加噪后的信號');% 誤碼率計算Maxbit = 1000;Eb = 1;for i=1:20 % 信噪比從1到20dB for cnt=1:10 %對于每個信噪比，進行10次實驗，最后求平均 SNR = 10 ( 0.1 * i); %信噪比 N0 = Eb/SNR; Sigma = sqrt(N0/2); b = rand(1,Maxbit); %隨機數據 b_bin = round(b); % 0 1 比特流 b2 = sign(b_bin - 0.5); %調制后的 -1 和+1 比

11、特流 Noise = Sigma*randn(1,Maxbit); % snt 調制信號與噪聲疊加后的信號 fsk1=fsk(1:1000); Snt =fsk1 + Noise; % 解調過程，抽樣判決，<0,判為-1，>0,判為+1 res(Snt<0) = -1; res(Snt>=0) = 1; % Snt .* b2，解調正確，相乘結果為+1，若發生誤碼，結果為-1 St = res .*fsk1; % err為誤碼的個數 err(cnt) = length(find(St<0); end % Pb計算信噪比為 i dB 時的誤比特率 Pb(i) = (

12、mean(err)/Maxbit)*100;endfigure(4);subplot(211);semilogy(Pb); xlabel('信噪比(dB)');ylabel('實際誤碼率Pe')%同上計算理論Maxbit = 1000;Eb = 1;for i=1:15 for cnt=1:10 b = rand(1,Maxbit); b_bin = round(b); b2 = sign(b_bin - 0.5); SNR = 10 ( 0.1 * i); N0 = Eb/SNR; Sigma = sqrt(N0/2); Noise = Sigma*randn

13、(1,Maxbit); Snt = b2 + Noise; res(Snt<0) = -1; res(Snt>=0) = 1 St = res .* b2; err(cnt) = length(find(St<0); end Pb(i) = (mean(err)/Maxbit)*100;endfigure(4);subplot(212);semilogy(Pb); xlabel('信噪比(dB)');ylabel('理論誤碼率Pe')axis(0,10,0.1,10);clear all;msg = randi(0,3,1,5000); % 4

14、進制，20個符號figure(1);stem(msg);msg1 = pskmod(msg,4,pi/4); % 4psk調制 初始相位為 pi/4msg2 = awgn(msg1,5)scatterplot(msg2);title('SNR=5dB');axis(-1.2,1.2,-1.2,1.2);% 畫星座圖xlabel('f1')ylabel('f2')hold on;rectangle('Position',-1, -1, 2, 2,'Curvature',1, 1);axis equal; % 畫圓cl

15、ear all;msg = randi(0,3,1,5000); % 4進制，20個符號figure(2);stem(msg);msg1 = pskmod(msg,4,pi/4); % 4psk調制 初始相位為 pi/4msg2 = awgn(msg1,10)scatterplot(msg2); title('SNR=10dB');axis(-1.2,1.2,-1.2,1.2);% 畫星座圖xlabel('f1')ylabel('f2')hold on;rectangle('Position',-1, -1, 2, 2,'

16、Curvature',1, 1);axis equal; % 畫圓%用于頻譜的函數function f,sf= T2F(t,st)%利用FFT計算信號的頻譜并與信號的真實頻譜的抽樣比較。%腳本文件T2F.m定義了函數T2F，計算信號的傅立葉變換。%Input is the time and the signal vectors,the length of time must greater%than 2%Output is the frequency and the signal spectrumdt = t(2)-t(1);T=t(end);df = 1/T;N = length(st);f=-N/2*df : df : N/2*df-df;sf = fft(st);sf = T/N*fftshift(sf);end六、 總結對于這次仿真實踐，我最大的感想就是“太難了！”。之前我接觸的matlab只是較為簡單的編程和simulink的應用，對QPSK調制這種長而復雜的編程不但心存恐懼，還完全沒有頭緒。一開始我希望求助于書本已經有的模型，但發現資料少有后，決定自己仔細研究。QPSK(4psk)等是數字信號常用的調制信號，它的原理模型并不復雜，但是由于matlab語言的兼容性強大，它的語言類型太復雜，很多函數使用時我對參數非常茫然