QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真讲解

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

学院：电子工程学院

学期：2013-2014-2

专业班级：

姓名：

学号：

评语：

成绩：

签名：

日期：

QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真

1 绪论

1.1 研究背景与研究意义

数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统,频带传输系统也叫数字调制系统,该系统对基带信号进行调制,使其频谱搬移到适合在信道(一般为带通信道)上传输的频带上。数字调制和模拟调制一样都是正弦波调制,即被调制信号都为高频正弦波。数字调制信号又称为键控信号,数字调制过程中处理的是数字信号,而载波有振幅、频率和相位3个变量,且二进制的信号只有高低电平两个逻辑量即1和0,所以调制的过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最基本的方法有3种:正交幅度调制(QAM) 、频移键控( FSK) 、相移键控( PSK) 。根据所处理的基带信号的进制不同分为二进制和多进制调制(M进制) 。

本实验采用QPSK。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。在19世纪80年代初期人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、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、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。

1.2 课程设计的目的和任务

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。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,

四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、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、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。

QPSK 分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK 。它具有一系列独特的优点，目前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。其也是目前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。

2 QPSK 通信系统

正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying ：QPSK ）通信系统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。要求利用Matlab 语言对QPSK 通信系统进行仿真，验证QPSK 的特性（如误码率随信噪比的增加而减小）。

2.1 基于MATLAB 的QPSK 通信系统的基本模型

QPSK 通信系统的基本模型图如图1所示。

图1 QPSK 通信系统的基本模型图

2.2 QPSK 通信系统的性能指标

2.2.1 有效性指标

(1)码元传输速率R B

码元传输速率通常又称为码元速率，传码率，码率，信号速率或波形速率，直单位时间内传输码元的数目，单位为波特，常用B 表示

(2)信息传输速率R b

信息传输速率简称信息速率，又称比特率，表示单位时间内传送的比特数，单位为bit/s

(3)频带利用率 信号源 抽样量化性能分析 信 道 解 码 解 调 通 道 调制 信 道 编 码 编码器 噪 声

频带利用率指的是传输效率问题，定义为：单位频带内码元传输速率的大小即η= Rb/B（B/Hz）

用信息速率形式表示为η=Rb/B (b/(s.Hz))

2.2.2 可靠性指标

(1)码元差错率Pe

码元差错率简称误码率，指接受错误的码元数在传送码元数中所占的比例。准确的说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率，表示为：

Pe=单位时间内接收的错误码元数/单位时间内系统传输的总码元数

(2)信息差错率Pb

信息差错率称误信率或误比特率，指接收错误的信息量在传送信息总量所占比例。表示为：

Pb=单位时间内接受的错误比特数（错误信息量）/单位时间内系统传输的总比特数（总信息量）

结论：一定范围内，随着信噪比逐渐变大，其误码率逐渐减小。

3 QPSK通信系统的主要模块

3.1 信源/信宿及其编译码

13折线近似的PCM编码器测试模型图如图2所示。

图2 PCM编码

主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。PCM的解码主要是将数字信号转换成模拟信号。13 折线近似的PCM解码器测试模型图如图3所示。