QPSK系统仿真.docx

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QPSK系统仿真

QPSK的系统仿真

一、设计要求

设计一个设载频为1.2KHz,要求传送600b/s数字信号，采用QPSK调制，信道为理想加性高斯白噪声信道。

设计该仿真系统，并作出比特误码率/信噪比曲线。

二．QPSK的工作原理

QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。

的别的载波相位取四个等间隔值之一，如л/4,3л/4,5л/4,和7л/4。

相应的，可将发射信号定义为

0≤t≤T

Si（t）＝

0。

，其他

其中，i＝1，2，2，4；E为发射信号的每个符号的能量，T为符号持续时间，载波频率f等于nc/T，nc为固定整数。

每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。

例如，可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组：

10，00，01，11。

下面介绍QPSK信号的产生和检测。

如果a为典型的QPSK发射机框图。

输入的二进制数据序列首先被不归零（NRZ）电平编码转换器转换为极性形式，即负号1和0分别用

和－

表示。

接着，该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形，这两个二进制波形分别用a1（t），和a2（t）表示。

容易注意到，在任何一信号时间间隔内a1（t），和

a2（t）的幅度恰好分别等于Si1和Si2，即由发送的二位组决定。

这两个二进制波形a1（t），和a2（t）被用来调制一对正交载波或者说正交基本函数：

1（t）＝

，

2（t）＝

。

这样就得到一对二进制PSK信号。

1（t）和

2（t）的正交性使这两个信号可以被独立地检测。

最后，将这两个二进制PSK信号相加，从而得期望的QPSK。

1（t）＝

2（t）＝

（a）

如图b所示，QPSK接收机由一对共输入地相关器组成。

这两个相关器分别提供本地产生地相干参考信号

1（t）和

2（t）。

相关器接收信号x（t），相关器输出地x1和x2被用来与门限值0进行比较。

如果x1>0,则判决同相信道地输出为符号1；如果x1<0,则判决同相信道的输出为符号0。

；类似地。

如果正交通道也是如此判决输出。

最后同相信道和正交信道输出这两个二进制数据序列被复加器合并，重新得到原始的二进制序列。

在AWGN信道中，判决结果具有最小的负号差错概率。

1（t）同相信道门限＝0

2（t）正交信道门限＝0

三．系统设计与仿真

1．顶层系统结构

整个QPSK系统的仿真包括了三个部分，首先，将二进制序列进行QPSK编码，产生传送的信号。

其次，信号在加性高斯白噪声信道下的传送。

最后，就是对QPSK信号的解码，恢复出原始的二进制序列。

由如下图表示：

2．底层系统结构

（1）QPSK信号的产生

数字信号由频率为600/s的PN序列表示。

经过串并转换之后分别经过采样和保持产生奇序列和偶数列。

接下来分别通过两个正交载波调制，形成一对PSK信号，最后相加得到QPSK信号。

元器件的选择和参数的设定

信号源

根据实验任务的要求，使用数字信号作为输入信号。

因此，选取SourceLibrary中的PNFreq图符。

参数设定如下：

幅度为1v，频率为600Hz，来模拟数字信号的频率。

串并转换

使用两个延时器，然后用采样器和保持器，将信号的奇序列和偶序列分离出来。

一路延时器的延时时间为3.33e-3秒，这样保证采到偶序列。

另外一路的延时时间是1.67e-3秒，保证采到的奇序列。

采样，保持的作用是将采到的奇，偶序列分别扩充成连续的信号。

因此采样器的频率为300Hz。

正交调制

使用一个SourceLibrary中的Sinusiod，频率为1200Hz。

一路直接用于调制，一路90度相移之后用于另外一路信号的调制

（2）AWGN信道下的信号的传送

AWGN信号由一个SourceLibrary中的GaussianNoise产生，信号功率普密度为1.667e-3W/Hz。

然后通过一个增益为-10dB的增益器，加入到信号中，模拟信号在AGWN信道下传送。

（3）QPSK信号的相干接收

通AWGN信道传送的信号分别通过两个相干解调。

然后解调之后的信号一路为同相信号，一路为正交信号。

经过判决之后，分别为原始的信号的奇序列和偶序列，再将他们相加就得到接受到的数据序列了。

元器件的选择和参数的设定

相干解调

使用一个与QPSK信号正交调制相同的频率的调制信号。

SourceLibrary中的Sinusiod，频率为1200Hz。

一路直接用于解调，一路90度相移之后用于另外一路信号的解调。

同时用滤波器把相干解调的2倍载波的信号滤除，只保留基带信号。

因此采用FIR低通滤波器，截止频率为360Hz，阻带宽度为60Hz。

阻带衰减为50dB。

采样，保持和判决

分别对解调滤波之后的同相信号和正交信号进行采样和保持。

采样频率为300Hz，与他们生成QPSK信号时的采样频率相同。

接着分别通过判决器，判决门限为0，如果大于0，则输出为1，否则输出为-1。

并串转换

这里为了达到并串转换采用一个SourceLibrary中的Logic中的Switch。

这个器件可通过对其输入脉冲串，频率为300Hz，脉宽为1.667e-3秒。

这样用他的高低电平1和0来对输入的正交和同相信号作为奇偶序列进行选择和相加形成一个完整的序列数据。

最后再通过采样（600Hz）和保持，最终形成一个能被检测到的二进制序列。

（4）误比特率的检测

误比特率的检测采用CommunicationLibrary中的BER元器件，来对原是信号和接收到的信号进行检测。

整个检测元器件如下图说是：

元器件的选择和参数的设定

延迟器

这个元器件的作用是消除信号因为在整个传输过程中造成的延时。

因此延时起的延迟时间为整个信号的传输时间为23.33e-3秒。

同时用一个监视器显示原始二进制序列。

误比特的计算：

误比特率计数器的参数设置如下

同时它的输出一个为BER的CumulativeAverage。

它连接到终值接收计数器，当进行循环仿真时，每一个循环结束时会显示本次循环的BER均值。

该值也是用于计算BER/SNR曲线的基础。

另外一个输出连接到停止接收计算器图符。

它的功能是输入值超过设定的门限值时停止本次（或本循环）的仿真。

如果系统的定时被设置为多循环，则进入下一个循环仿真中，它的参数设置如下：

（5）全局变量的关联和误BER曲线的生成

在GlobalParameterLink的选择终参数如下设置

这样保证每次循环后信噪比递增1dB，级噪声减小1dB。

因此在F[Gi,Vi]的值设置为-cl。

对于系统分析窗口，此时接收计算器图符显示的是系统累计误码率均值相对时间的关系曲线。

为了得到BER/SNR关系曲线。

必须进行转换。

按计算器按钮之后进行如下设置：

此设置使选择的w9：

sink45窗口的内容转化为我们需要比特误码率/信噪比曲线。

（5）仿真时间和循环次数的设定

为了保证测试的准备和完备，设置循环次数为15，具体设置如下

（6）最后运行的仿真结果

进行两个循环时输入与输出波形的对比。

只有采样点数的变为1204。

其他如上图数据：

按上图设置后的仿真：

下图为每次循环的累计平均误码率均值

下图为误比特率相对时间的关系曲线

上图为误码率/信噪比曲线。