QPSK通信系统性能分析报告和MATLAB仿真
时间：2020-11-12 20:23:24 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
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淮海工学院课程设计报告书
课程名称：
通信系统的计算机仿真设计
题
目：
QPSK 通信系统性能分析
与 MATLAB仿真
学
院：
电子工程学院
学
期：2013-2014-2
专业班级：
姓
名：
学
号：
评语：
成绩：
签名：
日期：
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QPSK通信系统性能分析与 MATLAB仿真
绪论
1.1 研究背景与研究意义
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 种 : 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 ) 。
本实验采用 QPSK。
QPSK是英文 Quadrature Phase Shift Keying 的缩略语
简称，意为正交相移键控， 是一种数字调制方式。
在 19 世纪 80 年代初期人们选用恒定包络数字调制。
这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱
和对放大设备没有线性要求不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。
19 世
纪 80 年代中期以后四相绝对移相键控 (QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点广泛应用于数字微波通信系统、 数字卫星通信系统、 宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。
1.2 课程设计的目的和任务
目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际， 在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识
面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。
课程设计的任务是：
掌握一般通信系统设计的过程，步骤，要求，工作内容及设计方法，掌握用
计算机仿真通信系统的方法。
训练学生网络设计能力。
训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。
1.3 可行性分析
QPSK是英文 Quadrature Phase Shift Keying 的缩略语简称，意为正交相
移键控，是一种数字调制方式。在 19 世纪 80 年代初期 , 人们选用恒定包络数字
调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没
有线性要求 , 不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。 19 世纪 80 年代中期
以后 , 四相绝对移相键控 (QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用
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率高等优点 , 广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移
动通信及有线电视系统之中。
QPSK分为绝对相移和相对相移两种。 由于绝对相移方式存在相位模糊问题，
所以在实际中主要采用相对移相方式 QDPSK。它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用于无线通信中， 成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。
其也是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式 , 它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。
2 QPSK 通信系统
正交相移键控（ Quadrature Phase Shift Keying ： QPSK）通信系统已经广
泛应用于无线通信中， 成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。 要求利用
Matlab 语言对 QPSK通信系统进行仿真，验证 QPSK的特性（如误码率随信噪比的增加而减小）。
2.1 基于 MATLAB的 QPSK通信系统的基本模型
QPSK通信系统的基本模型图如图 1 所示。
信号源
抽
样
量 化
编码器
信 道
编 码
性能分
信 道
通 道
调制
解 调
析
解 码
噪 声
图 1 QPSK 通信系统的基本模型图
2.2 QPSK 通信系统的性能指标
2.2.1 有效性指标
码元传输速率 RB
码元传输速率通常又称为码元速率，传码率，码率，信号速率或波形速率，直单位时间内传输码元的数目，单位为波特，常用 B 表示
信息传输速率 Rb
信息传输速率简称信息速率，又称比特率，表示单位时间内传送的比特数，单位为 bit/s
频带利用率
频带利用率指的是传输效率问题， 定义为：单位频带内码元传输速率的大小
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即 = Rb /B （ B/Hz）
用信息速率形式表示为 = Rb /B (b/(s.Hz))
2.2.2 可靠性指标
码元差错率 Pe
码元差错率简称误码率，指接受错误的码元数在传送码元数中所占的比例。
准确的说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率，表示为：
Pe=单位时间内接收的错误码元数 / 单位时间内系统传输的总码元数
信息差错率 Pb
信息差错率称误信率或误比特率，指接收错误的信息量在传送信息总量所
占比例。表示为：
Pb=单位时间内接受的错误比特数 （错误信息量） / 单位时间内系统传输的总比特
数（总信息量）
结论：一定范围内，随着信噪比逐渐变大，其误码率逐渐减小。
QPSK 通信系统的主要模块
3.1 信源 / 信宿及其编译码
13 折线近似的 PCM编码器测试模型图如图 2 所示。
图2 PCM编码
主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，
同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化， 同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。
PCM的解码主要是将数字信号转换成模拟信号。
13 折线近似的 PCM解码器测试模型图如图 3 所示。
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图 3 PCM 解码器测试模型图
3.2 QPSK 调制 / 解调
我们将信息直接转换得到的较低频率的原始信号称为基带信号。
通常基带信号不宜直接在信道中传输。因此在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移（调制）到适合信道传输的频率范围内，而在接收端，再将它们搬移（解调）到原来的频率范围，这就是调制和解调。
图 4 QPSK 调制与解调图
3.3 信道
信道 (information channels) 是信号的传输媒质， 可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光缆等。无线信道有地波传播、短波电离层反射、 超短波或微波视距中继、 人造卫星中继以及各种散射信道等。如果我们把信道的范围扩大，它还可以包括有关的变换装置，比如：发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等，我们称这种扩大的信道为广义
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信道，而称前者为狭义信道。
3.4 信道编码及译码
3.4.1 编码原理
为了与信道的统计特性相匹配， 并区分通路和提高通信的可靠性， 而在信源编码的基础上， 按一定规律加入一些新的监督码元， 以实现纠错的编码。
实质是在信息码中增加一定数量的多余码元 ( 称为监督码元 ) ，使它们满足一定的约束关系，这样，由信息码元和监督码元共同组成一个由信道传输的码字。
一旦传输过程中发生错误， 则信息码元和监督码元间的约束关系被破坏。
在接收端按
