QPSK調制解調通信系統仿真實現

陳秋良 何海浪

[摘 要]本文用Matlab仿真通信系統的四相相移鍵控(QPSK)調制及相關解調,分析數字信號在AWGN信道和Rayleigh衰落信道中的傳輸。仿真實現在AWGN信道與Rayleigh信道下的傳輸差錯特性,包括仿真的結果與理論計算的結果。

[關鍵詞]四相相移鍵控 調制解調

[中圖分類號]TN949[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)11-0013-02

QPSK modulation and demodulation Communication System Simulation

Chen Liangqiu He Hailang

Dep. of Information Engineer, Shaoyang University, Hunan,422900, Shaoyang China

[Abstract]In this paper, Matlab simulation of communication systems related to demodulation of QPSK modulation and analysis of digital signal in the AWGN channel and Rayleigh fading channel transmission. Simulation of the AWGN channel and Rayleigh channel of transmission error characteristics, including the simulation results with the theoretical results.

[Key Words]Quaternary Phase Shift Keying modulation and demodulation

無線通信技術,以在無線信道環境中可靠有效地傳輸數據為目標。由于日新月異的通信業務對數據傳輸速率和應用環境的要求迅速提升,無線通信系統數據傳輸速率的提高,導致每個碼元的傳輸周期縮短,從而使多徑延時引起的碼間串擾更加嚴重,檢測性能隨之下降。因此尋求具有較好的傳輸信道具有重要意義,本文主要研究最常用的兩種傳輸信道的性能。

1 QPSK調制解調基本原理

圖1為 QPSK調制解調系統仿真框圖[1-2],產生的基帶波形是一個在-1,1兩數上取值的隨機數據序列,然后加載到滾降因子為0.5的奈奎斯特濾波器上。信號經QPSK調制后由兩條路徑傳播,分別稱之為同相分量和正交分量,記為Ich、Qch。經過一個過抽樣后加載數據到波形上。高斯白噪聲由于其功率譜可近似認為是恒定的,在仿真過程中只要在原QPSK信號的兩條支路分別加上高斯白噪聲即可實現。

2 仿真實現

在仿真過程中,取信源符號速率sr=256000.0B,對于QPSK來說,每個符號需要用2bit來表示,則信息速率br=2*sr=512000.0bps。二進制信源通過rand()函數產生。仿真結果采用基于半波分析法得到在AWGN信道與Rayleigh信道下的誤碼率特性曲線,半波分析法可以很容易分析出加入噪聲后誤碼率的變化,而且高效準確,一個碼元周期內只需要抽樣一次,不需要經過什么復雜的循環運算,一次運算就能出結果。但是缺點是其實際是沒有經過調制的,同時對于加入諸如:Rayleigh衰落等的噪聲也沒有什么好的方法。因此,一般作為計算誤碼率,而不用做其他計算。理論誤碼率的計算,可以由下面兩式完成[2-3]:

BERqpsk-awgn=1/2*erfc(sqrt(E/N)) (1)

BERqpsk-fading=1/2*[1-1/sqrt(1+1/E/N)] (2)

在繪制誤碼率曲線時,純AWGN信道取比特信噪比EbNo=0∶0.5∶8,若在Rayleigh衰落信道取比特信噪比EbNo和AWGN信道一樣,則仿真得到的Rayleigh誤碼率曲線不能反應Rayleigh誤碼率特性。當Rayleigh衰落信道取比特信噪比EbNo=0∶1∶20時,得到的誤碼率特性與理論相符。由誤碼率曲線可知,當pe=0.038時,對應的比特信噪比EbNo在純AWGN信道下等于3dB,而Rayleigh信道為10dB,這說明Rayleigh衰落信道的信道性能遠差于高斯信道。

在作Rayleigh衰落信道誤碼率仿真時,源程序最初在比特信噪比EbNo很高時,得到的錯誤傳輸比特數很小,除以一個很大的比特個數后所得的誤碼率趨向0,通過加入While循環,當得到的錯誤傳輸比特數小于100時,重新進行傳輸。這樣得到的Rayleigh衰落信道誤碼率特性才與理論相符。

3 結語

本文仿真實現在AWGN信道與Rayleigh信道下的QPSK系統的仿真與理論計算結果的傳輸差錯特性,得出在QPSK系統中,Rayleigh衰落信道的信道性能遠差于高斯信道。

[參考文獻]

[1] Jan-Jaap van de Beek,Ove Edfors,Magnus Sandell,On Channel Estimation in OFDM Systems[J],IEEE Trans. Comm.,VOL.46,NO.4,pp 815-819,1995.

[2] Hiroshi Harada,Ramjee Prasad,Simulation and Software Radio for Mobile Communications[M],Norwood,London:Artech House,2002.

[3] 佟學儉,羅濤,移動通信技術原理與應用[M],北京:人民郵電出版社,2003.