QPSK通信系统性能仿真

淮海工学院

课程设计报告书

课程名称：通信系统的计算机仿真设计

题目：QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真系（院）：

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QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真

1绪论

在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为现代社会的“命脉”。信息作为一种资源，只有通过广泛地传播与交流，才能促进社会成员之间的合作，推动生产力的发展，创造出巨大的经济效益。在新技术革命的高速推动和信息高速公路的建设，全球网络化发展浪潮的推动下，通信技术得到迅猛的发展，载波通信、卫星通信和移动通信技术正在向数字化、智能化、宽带化发展。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。本次课程设计通过对QPSK模型进行仿真，以分析QPSK在不同信道噪声中的性能，更好地了解QPSK系统的工作原理，传输比特错误率和符号错误率的计算。

1.1研究背景与研究意义

要规划和设计一个性能完善的通信系统，光靠理论计算或凭个人的组网经验是无法完成的。如果在真实的网络环境中进行通信性能研究、网络、设计和开发，不仅耗资大，而且在统计数据的手机和分析上也有一定困难。通信仿真技术是通过在计算机中构造虚拟的环境来反映现实的通信网络环境，模拟现实中的网络行为，从而可以有效提高通信网络规划和设计的可靠性和准确性，明显降低通信系统的投资风险，减少不必要的投资浪费。

通过仿真软件来模拟和估算通信系统的性能，通过模拟和仿真来调整一些通信系统的参数以期达到最佳使用效果具有非常重大的意义。在本课题中用国际控制界公认的标准仿真软件MATLAB来仿真移动通信系统各种数字调制解调技术中，具有数字通信的诸多优点，广泛使用它来传送各种控制信息的数字调相信号，比较不同调相技术之间的性能差异。

1.2 课程设计的目的和任务

本次课程设计是根据“通信工程专业培养计划”要求而制定的。通信系统的计算机仿真设计课程设计是通信工程专业的学生在学完通信工程专业基础课、通信工程专业主干课及科学计算与仿真专业课后进行的综合性课程设计。其目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。

课程设计的任务是：（1）掌握一般通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法；掌握用计算机仿真通信系统的方法。（2）训练学生网络设计能力。（3）训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。

1.3 可行性分析

QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。目前已经广泛的应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中，是一种成熟的调制技术，具有完善的理论基础。

本次课程设计的软件基础为Matlab数学仿真软件，在Matlab中的simulink 子系统被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中，它拥有丰富的图形用户接口(GUI)和信号生成模块，用户既可以直接调用已有模块也可自行封装特殊模块。同时simulink还可和通过matlab的M文件实现联动完成误码率的图形化分析。

2 QPSK通信系统

偏移四相相移键控信号简称“O-QPSK”。全称为offset QPSK，也就是相对移相方式OQPSK。它具有一系列独特的优点，已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。

随着通信技术的发展，通信系统方面的设计也会越来越复杂，利用计算机软件的仿真，可以大大地降低通信过程中的实验成本。本文设计出一个QPSK仿真模型，以分析QPSK在高斯信道中的性能，通过此次实验，可以更好地了解QPSK系统的工作原理。正交相移键控，是一种数字调制方式。数字通信现已广泛应用于各个频段和各种通信方式中, 成为当今通信发展的一种必然趋势。所谓数字通信即用数字信号传送信息进行通信, 也可以说通信的数字化。

2.1 QPSK通信系统的性能指标

2.1.1可靠性指标

数字通信系统的可靠性指标用差错率来衡量。差错率越小，可靠性越高。差错率也有两种表达方式误码率与误信率。

误码率：指接收到的错误码元数和总的传输码元个数之比，即在传输中出现

接收的错误码元数

错误码元的概率，记为Pe=传输总码元数

误信率：又叫误比特率，是指接收到的错误比特数和总的传输比特数之比，

接收的错误比特数

即在传输中出现的错误信息量的概率，记为Pb=传输的总比特数

2.1.2 性能分析

信号经过调制、信道、解调过程。在接收端，将得到的数与原始信号源数据比较，得到在特定信噪比下的误码率。改变系统信噪比，从而得到系统的误码率曲线图，并给出各关健点信号图及星座图。

2.2 QPSK通信系统基本模型及各个模块

2.2.1 QPSK通信系统的基本模型

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2.1所示。

图2.1 通信系统一般模型

2.2.2 QPSK通信系统的各个模块功能

(1)信号源：模拟的正弦波语音信号4KHz。

(2)SAMPLE：抽样器，对模拟信号进行抽样，抽样频率8KHz。

(3)A-LAW：量化器，A-LAW十三折线法。

(4)PCM：编码器，将量化后的信号进行PCM编码，变成1个传输速率为

4Kbit/s的数字信号。

(5)信道编码：BCH码、汉明码、RS码等。

(6)调制：QPSK。

(7)信道：信号经过调制以后，通过信道。信道可以选择高斯加性白噪声信

道、二进制对称信道、多径瑞利（Rayleigh）衰落信道、莱斯（Rician）衰落信道等。设置不同的信道信噪比，对系统进行仿真，分析不同信噪比情况下的系统性能。(8)解调：根据调制方式，选择对应的解调方式。

(9)译码：根据信道编码方式，选择对应的信道解码方式。

3 QPSK通信系统主要模块及其主要参数

3.1 信源/信宿及其编译码

3.1.1信号源和采样：

本次设计用的信源是模拟的正弦波信号4KHz，通过8khz的抽样脉冲抽样在信宿端用示波器以观察接收信号。信源和采样模型如图3.1所示。原信号和抽样信号如图3.1.1所示。