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1、第23卷 第1期广西师范大学学报(自然科学版)Vol.23No.12005年3月JOURNALOFGUANGXINORMALUNIVERSITYMarch2005基于Matlab编程的QPSK的仿真侯周国,钱盛友(湖南师范大学电子系,湖南长沙410081)摘 要:介绍了数字通信中的QPSK调制解调的原理和过程,通过用Matlab对这一过程的编程,分析信号在理想信道和加噪信道中模拟传输时的时域图,并用蒙特卡罗方法,讨论模拟过程中的误码率,所得结果与理论结果基本一致.关键词:QPSK;系统仿真;蒙特卡罗分析;Matlab中图分类号:TN91916文献标识码:A文章编号:1001266
2、00(2005)0120021204随着数字技术的飞速发展与数字器件的广泛使用,数字信号处理在通信系统中的应用已经越来越重要.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
3、种:[1]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).多进制数字调制与二进制相比,其频谱利用率更高.在数字通信、数字视频广播、数字卫星广播等领域中,广泛采用M进制的调制方式.理论分析指出,在恒参信道中利用PSK方式可[2]以获得最佳接收性能.在接收机噪声的作用下,PSK误码率最低.本文用Matlab软件对M=4的四相相位调制解调(QPSK)进行模拟,并对这种调制方法在加性高斯噪声信道的误码率性能进行蒙特卡罗分析.1QPSK原理数字相位调制(PSK)是角度调制、恒定幅度数字调制的一种方式,通过改变发
4、送波的相位来实现,除k了其输入信号是数字信号以及输出的相位受限制以外,PSK与传统的相位调制相似.对于经过M=2相2Pm相位调制的数字信号来说,载波信号的相位一般有Um=(m=0,1,⋯,M-1).因此调制信号可用如下M[1]的式子表示:Sm(t)=AgT(t)cos(Xct+Um),(0≤t≤Ts,m=0,1,⋯,M-1)=EsgT(t)cosUmcosXct-EsgT(t)sinUmsinXct.(1)其中:A是信号振幅;gT(t)为发射端的滤波脉冲(一般为矩形脉冲),决定发送信号的频谱特征;T为信号持续时间;Es为每一个发送符号的能量(A=Es);Xc为载波的角频率.本文以
5、相对简单但广泛采用的四相相位调制解调进行模拟仿真.四相相位键控(QPSK)也称之为正交PSK.其调制及解调原理如图1所示.从图1(a)中可以看出:如果输入的二进制信息码流(假设+1V为逻辑1,-1V为逻辑0)串行进入比特分离器,产生2个码流以并行方式输出,分别被送入I(正交支路)收稿日期:2004208201作者简介:侯周国(1977—),男,湖南隆回人,湖南师范大学硕士研究生;钱盛友(1965—),男,湖南祁阳人,湖南师范大学教授,博士.22广西师范大学学报(自然科学版)第23卷通道及Q(同相支路)通道,又各自经过一个平衡调制器,与一个和参考振荡器同频的正交的载波(sinXct
6、和cosXct)调制形成了四相相移键控信号即得到平衡调制器的输出信号后,经过一个带通滤波器,然后再进行信号叠加,可以得到已经调制的QPSK信号.QPSK的4种(I,Q组合为4种[00],[01],[10]和[11])输出相位有相等的幅度,而且2个相邻的相位相差值为90°,但是输出相位并不满足我们前面所讲的Um=2Pm(m=0,1,⋯,M-1),信号相位移可以偏移45°和-45°,接受端仍可以得到正确的解码.实际中数字输M入电压必须比峰值载波电压高出很多,以确保平衡调制器的正常工作.经过调制的信号通过信道传输到达a.调制原理 b.解调原理图1QPSK调制
7、解调原理Fig.1BlockdiagramofaQPSKtransmitterandreceiver用户端,需要进行解调,这样一过程是与调制相类似的逆过程.首先,QPSK信号经过功率分离器形成两路相同的信号,进入乘积检波器,用两个正交的载波信号(sinXct和cosXct)实现相干解调,然后各自通过一个低通滤波器滤波得到低频和直流的成分,再经过一个并行2串行变换器,得到解调信号.QPSK的解调原理如图1(b)所示.2 蒙特卡罗仿真原理传输信息的有效性和可靠性是通信系统最重要的质量
