课程设计作业

QPSK调制解调

clear all;
close all;
%%
%系统参数设计
T_start=0;%开始时间
T_stop=20;%截止时间
T=T_stop-T_start;%仿真持续时间rs=10;%传输速率
NumBits=rs*T;%传输bit数fc=20;%载波频率L=100;%码元长度
N_sample=NumBits*L;% 采样点数
T_sample=T/N_sample;%采样间隔
f_sample=1/T_sample;%采样频率f_res=f_sample/N_sample;%频率分辨率%载波
n=1:N_sample/2;
c1=cos(2*pi*fc*n*T_sample);
c2=sin(2*pi*fc*n*T_sample);%%
%QPSK信号的调制%随机产生原始01信息比特
a=rand(1,NumBits)>0.5;%串并变换
A=reshape(a,2,NumBits/2);
a_I=A(1,:);
a_Q=A(2,:);%将信息比特扩展成双极性不归零方波，得到两路基带信号
e_I=[];
for i=1:NumBits/2if a_I(i)==0B=-ones(1,L);else B=ones(1,L);ende_I=[e_I,B];
ende_Q=[];
for i=1:NumBits/2if a_Q(i)==0B=-ones(1,L);else B=ones(1,L);ende_Q=[e_Q,B];
end%基带信号与载波相乘
sI=e_I.*c1;%I支路调制信号
sQ=e_Q.*c2;%Q支路调制信号
s=sI-sQ;%QPSK调制信号%%
%瑞利和高斯信道
SNR=15;%输入信噪比
snr=10^(SNR/10);
N0=1/2/snr;%计算噪声功率
N0_dB=10*log10(N0);%将噪声功率转换为dBW
h=raylrnd(1/sqrt(2),1,N_sample/2);%产生瑞利信号
n_i=wgn(1,N_sample/2,N0_dB);%产生高斯噪声
y_n=s.*h+n_i;%QPSK调制信号通过瑞利信道
y_n0=s+n_i;%QPSK调制信号通过瑞利信道%%
%BPSK信号的解调%通过带通滤波器，去除噪声
[b1,a1]=butter(4,[0.02,0.06]);%计算带通滤波器的H(z)系数
y=filtfilt(b1,a1,y_n);%对信号y_i进行滤波，得到信号y%与恢复载波相乘
x1_I=y.*c1;
x1_Q=-y.*c2;%通过低通滤波器,分离出两路信号
[b2,a2]=butter(4,0.02,'low');%计算低通滤波器H(z)系数
x_I=filtfilt(b2,a2,x1_I);%对信号x1_I进行滤波，得到信号x2_I
x_Q=filtfilt(b2,a2,x1_Q);%对信号x1_Q进行滤波，得到信号x2_Q%进行判决，提取出信息比特
d_I=fun_tiqu(x_I,L);
d_Q=fun_tiqu(x_Q,L);%并串变换
d(1:2:NumBits)=d_I;
d(2:2:NumBits)=d_Q;%%
%误码率计算
err=length(find(d~=a));%计算解调信号中错误码元个数
BER_test=err/NumBits;%计算误码率%
%%
%图像
figure(1);
subplot(4,2,1:2);stem(a);title('原始信息序列a');axis([1,20,0,1]);
subplot(4,2,3);stem(a_I);title('I支路原始信息序列a_I');axis([1,10,0,1]);
subplot(4,2,4);stem(a_Q);title('Q支路原始信息序列a_Q');axis([1,10,0,1]);
subplot(4,2,5);plot(c1);title('QPSK载波信号c1');axis([1,1000,-1,1]);
subplot(4,2,6);plot(c2);title('QPSK载波信号c2');axis([1,1000,-1,1]);
subplot(4,2,7);plot(e_I);hold on;plot(sI);
legend('I支路基带信号e_I','I支路调制信号sI');axis([0,1000,-1.5,1.5]);
subplot(4,2,8);plot(e_Q);hold on;plot(sQ);
legend('Q支路基带信号e_Q','Q支路调制信号sQ');axis([0,1000,-1.5,1.5]);figure(2);
subplot(3,1,1);plot(s);title('QPSK调制信号s');axis([0,2000,-2.5,2.5]);
subplot(3,1,2);plot(y_n);title('QPSK调制信号s通过瑞利信道后的信号y_n');axis([0,2000,-2.5,2.5]);
subplot(3,1,3);plot(y_n0);title('QPSK调制信号通过高斯信道后的信号y_n0');axis([0,2000,-2.5,2.5]);figure(3);
subplot(3,2,1:2);plot(y);title('y_i通过带通滤波器后的信号y');axis([0,4000,-2,2]);
subplot(3,2,3);plot(x1_I);title('y与恢复载波c1相乘后的信号x1_I');axis([0,2000,-2,2]);
subplot(3,2,4);plot(x1_Q);title('y与恢复载波c2相乘后的信号x1_Q');axis([0,2000,-2,2]);
subplot(3,2,5);plot(x_I);hold on;plot(e_I);
grid on;legend('x1_I通过低通滤波器后的信号x2_I','原始I支路基带信号e_I');
axis([0,2000,-1.5,1.5]);
subplot(3,2,6);plot(x_Q);hold on;plot(e_Q);
grid on;legend('x1_Q通过低通滤波器后的信号x2_Q','原始Q支路基带信号e_Q');
axis([0,2000,-1.5,1.5]);figure(4);
subplot(2,2,1);stem(d_I);grid on;
title('x_I经过判决后得到的信息序列d_I');axis([1,10,0,1]);
subplot(2,2,2);stem(d_Q);grid on;
title('x_Q经过判决后得到的信息序列d_Q');axis([1,10,0,1]);
subplot(2,2,3:4);stem(d);hold on;stem(a,'*');
legend('d_I和d_Q并串变换后得到解调01信息序列','原始01信息序列');axis([1,20,0,1.5]);

子程序

function h=fun_tiqu(x,L)
%提取出信息比特
%x为输入信号，L为信号的码元长度
for i=1:length(x)/L;C=x((i-1)*L+1:i*L);t=sum(C);if t>=0h(i)=1;elseh(i)=0;end
end

QPSK误码率

clear all;
close all;
%误码率曲线的绘制
SNR=1:1:20;%信噪比变化范围
snr=10.^(SNR/10);%将信噪比转化成直角坐标
N=2000000;%仿真点数
M=4;%进制数
x=randi([0,1],1,N);%产生随机信号
y=pskmod(x,M);%调用matlab自带的psk调制函数
y1=real(y);
y2=imag(y);
for i=1:length(SNR);N0=1/2/snr(i);%计算噪声功率N0_dB=10*log10(N0);%将噪声功率转换为dBWni=wgn(1,N,N0_dB);%产生高斯噪声h=raylrnd(1/sqrt(2),1,N);%产生瑞利信号yAn=y+ni;%通过高斯信道yA=pskdemod(yAn,M);%调用matlab自带的psk解调函数bit_A=length(find(x~=yA));%统计错误比特数 QPSK_s_AWGN(i)=bit_A/N;%计算误码率yRn=y.*h+ni;%通过瑞利信道yR=pskdemod(yRn,M);%调用matlab自带的psk解调函数bit_R=length(find(x~=yR));%统计错误比特数QPSK_s_Ray(i)=bit_R/N;%计算误码率
end
QPSK_t_AWGN=1/2*erfc(sqrt(snr));%AWGN信道下QPSK理论误码率
QPSK_t_Ray=1/2*(1-sqrt((snr)./(1+snr)));%Rayleigh信道下QPSK理论误码率%绘制图形
figure;
semilogy(SNR,QPSK_s_AWGN,'-k*');hold on;
semilogy(SNR,QPSK_t_AWGN,'-go');hold on;
semilogy(SNR,QPSK_s_Ray,'-b*');hold on
semilogy(SNR,QPSK_t_Ray,'-ro');grid on;
axis([-1,20,10^-4,1]);
legend('AWGN仿真','AWGN理论','瑞利仿真','瑞利理论');
title('QPSK误码性能分析');
xlabel('信噪比（dB）');ylabel('BER');

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