QPSK调制解调通信系统仿真实现

陈秋良 何海浪

[摘 要]本文用Matlab仿真通信系统的四相相移键控(QPSK)调制及相关解调,分析数字信号在AWGN信道和Rayleigh衰落信道中的传输。仿真实现在AWGN信道与Rayleigh信道下的传输差错特性,包括仿真的结果与理论计算的结果。

[关键词]四相相移键控 调制解调

[中图分类号]TN949[文献标识码]A[文章编号]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

无线通信技术,以在无线信道环境中可靠有效地传输数据为目标。由于日新月异的通信业务对数据传输速率和应用环境的要求迅速提升,无线通信系统数据传输速率的提高,导致每个码元的传输周期缩短,从而使多径延时引起的码间串扰更加严重,检测性能随之下降。因此寻求具有较好的传输信道具有重要意义,本文主要研究最常用的两种传输信道的性能。

1 QPSK调制解调基本原理

图1为 QPSK调制解调系统仿真框图[1-2],产生的基带波形是一个在-1,1两数上取值的随机数据序列,然后加载到滚降因子为0.5的奈奎斯特滤波器上。信号经QPSK调制后由两条路径传播,分别称之为同相分量和正交分量,记为Ich、Qch。经过一个过抽样后加载数据到波形上。高斯白噪声由于其功率谱可近似认为是恒定的,在仿真过程中只要在原QPSK信号的两条支路分别加上高斯白噪声即可实现。

2 仿真实现

在仿真过程中,取信源符号速率sr=256000.0B,对于QPSK来说,每个符号需要用2bit来表示,则信息速率br=2*sr=512000.0bps。二进制信源通过rand()函数产生。仿真结果采用基于半波分析法得到在AWGN信道与Rayleigh信道下的误码率特性曲线,半波分析法可以很容易分析出加入噪声后误码率的变化,而且高效准确,一个码元周期内只需要抽样一次,不需要经过什么复杂的循环运算,一次运算就能出结果。但是缺点是其实际是没有经过调制的,同时对于加入诸如:Rayleigh衰落等的噪声也没有什么好的方法。因此,一般作为计算误码率,而不用做其他计算。理论误码率的计算,可以由下面两式完成[2-3]:

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

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

在绘制误码率曲线时,纯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信道一样,则仿真得到的Rayleigh误码率曲线不能反应Rayleigh误码率特性。当Rayleigh衰落信道取比特信噪比EbNo=0∶1∶20时,得到的误码率特性与理论相符。由误码率曲线可知,当pe=0.038时,对应的比特信噪比EbNo在纯AWGN信道下等于3dB,而Rayleigh信道为10dB,这说明Rayleigh衰落信道的信道性能远差于高斯信道。

在作Rayleigh衰落信道误码率仿真时,源程序最初在比特信噪比EbNo很高时,得到的错误传输比特数很小,除以一个很大的比特个数后所得的误码率趋向0,通过加入While循环,当得到的错误传输比特数小于100时,重新进行传输。这样得到的Rayleigh衰落信道误码率特性才与理论相符。

3 结语

本文仿真实现在AWGN信道与Rayleigh信道下的QPSK系统的仿真与理论计算结果的传输差错特性,得出在QPSK系统中,Rayleigh衰落信道的信道性能远差于高斯信道。

[参考文献]

[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] 佟学俭,罗涛,移动通信技术原理与应用[M],北京:人民邮电出版社,2003.