qpsk系统仿真及误码率性能分析

Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术 网络通讯及安全本栏目责任编辑：冯蕾 第 7 卷第 9 期 (2011 年 3 月) QPSK系统仿真及误码率性能分析 王林，刘金铸，段德平 （南京信息工程大学 信息与控制学院，江苏 南京 210044） 摘要：为实现 QPSK 应用到无线激光通信中，该文对 QPSK 系统性能进行了理论研究。 介绍了 QPSK 调制解调原理,对高斯白噪声 信道的系统性能进行了研究，分析对比了在高斯白噪声信道下的系统误码性能。 为基于副载波 QPSK 无线激光通信系统的研究奠 定了理论基础。 关键词：无线激光通信；QPSK 调制解调；系统性能；误码性能 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)09-1995-02 Simulation System of QPSK and Performance Analysis of BER WANG Lin, LIU Jin-zhu, DUAN De-ping (Nanjing University of Information Science & Techunology, Nanjing 210044, China) Abstract: For the application of the QPSK (Phase-Shift-Keying) to the wireless laser communication, this paper emphasizes the system of QPSK's performance, theoretically. In the paper, the principle of the QPSK's modulation and demodulation were introduced in brief and the performance of the system at white Gaussian noise (AWGN) channel was also analyzed carefully. The above results provide the theoret- ical foundation for the wireless laser communication system based on the QPSK with sub-carrier. Key words: wireless laser communication; modulation and demodulation of QPSK; performance of system; performance of BER 无线激光通信是利用激光束作为载波在空间进行数据、语音、图像信息双向传送的一种技术；传输特点是光束以直线传播[1]。 信 号在大气中传输会受到多方面的影响，其中包括大气散射、大气分子吸收、和大气湍流等[2]。 强度调制/直接检测（1M/DD）技术广泛应 用于光通信，主要采用的调制方式有开关键控（OOK）、脉位调制（PPM）等。 OOK 方式功率效率较低且信号检测需设定门限：PPM 方 式虽然大大降低了平均发射功率，增加了系统带宽的要求，但解调需要时隙同步与符号同步，而采用副载波调制技术可以优化系统 性能[3]。从目前研究大气激光通信技术的文献可知，使用 BPSK 调制的系统性能要优于 OOK。由于 QPSK 的传输速率明显高于 BPSK, 将其应用到无线激光通信中可以大大提高通信速率,对 QPSK 系统性能的研究具有一定的应用前景。 1 QPSK 调制原理 四相相位调制解调是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。 QPSK 是在 时的调相技术,它规 定了四种载波相位,分别为 0°,90°,180°,270°,调制器输入的数据是二进制数字序列,为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把 二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即 00，01，10，11，其中每一 组称为双比特码元。 每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。 QPSK 中每次 调制可传输 2 个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。 解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断 发送端发送的信息比特。 数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：1) 信号分布；2) 与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间 的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定 义,即可由星座图来完全定义[4]。 在 QPSK 调制中，QPSK 信号可以看作两个载波正交的 2PSK 调制器构成。 串/并 变换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行的双极性序列 , 然后分别对 sinaωct 和 cosωct 调制，相加后得到 QPSK 调制信号。 QPSK 同相支路和正交支路可分 别采用相干解调方式解调,得到 I(t)和 Q(t)。经抽样判决和并/串变换器，将上、下支路得 到的并行数据恢复成串行数据。 2 QPSK 解调原理 在 QPSK 解调中，正交支路和同相支路分别设置两个相关器(或匹配滤波器),得到 I(t)和 Q(t)，经电平判决和并/串变换后即可恢复原始信息[5]。 从发射机发射的已调信号经过传输媒质传播到接收端,接收机接收到的已调信号为： （1） I(t)和 Q(t)分别为同相和正交支路，ωc为载波频率，那么相干解调后，同相支路相 收稿日期：2011-01-09 图 1 QPSK 调制框图 图 2 QPSK 相干解调框图 E-mail: info@cccc.net.cn http://www.dnzs.net.cn Tel:+86-551-5690963 5690964 ISSN 1009-3044 Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术 Vol.7, No.9, March 2011,pp.1995-1996 1995 Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术 本栏目责任编辑：冯蕾网络通讯及安全 第 7 卷第 9 期 (2011 年 3 月) 乘可得： （2） 正交支路相乘可得： （3） 经过低通滤波器可得： （4） 3 QPSK调制仿真及误码性能分析 QPSK 系统性能仿真中，输入为随机的二进制序列，在 调制系统中输出的同相和正交支路数据波形如图 3 所示。 由调制框图可知，输出的同相和正交数据经过调制求 和后为 QPSK 调制信号， 调制信号波形和星座图分别见图 4 和图 5。 在信号传输过程中，信道特性，直接影响信号的接收 和调制效果。 这种影响不仅对信号的幅度造成衰减，同时 导致信号波形产生畸变，从而发生误码。 根据噪声对信号 的影响不同, 这里我们在加性高斯白噪声 (Additive White Gaussian Noise , AWGN)信道背景下，分析信号的误码率。 图 2 所示的通信系统,载波的频率远大于信号的带宽， 传输过程可等效为一个窄带随机过程：高斯白噪声 n(t)经 过该系统后变为窄带高斯白噪声 n'(t)[6]： n'(t)=nI(t)cos(ωct)-nQ(t)sin(ωct) （5） 已知信号 s(t)-A0 cos(ωct+ψn)=I(t) cosωct-Q(t)sinωct （6） 通过高斯信道后的信号为： y(t)=s(t)+n'(t)=A'(t) cos(ωct)- A'(t)sinωct （7） AWGN 信道不仅对信号的幅度产生影响，同时也使信号的相位发生变化，导致 QPSK 解 调时的误码率增加。 此时 QPSK 的误码率为： （8） QPSK 信号经过 AWGN 信道后的误码率曲线如图 6 所示。 4 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 通过对 QPSK 调制系统的仿真， 分析对比 了加性高斯白噪声信道下信号、 星座图和误码 率的性能，推导了 QPSK 系统误码率表达式，仿 真结果表明信道存在高斯白噪声时， 使得通信 质量严重降低。 通过对 QPSK 系统性能研究，为 今后的工作， 基于副载波 QPSK 无线激光通信 系统的研究奠定了基础。 参考文献： [1] 柯熙政,席晓莉.无线激光通信概论[M].北京:北京邮电大学出版社,2004. [2] 杜安源,柯熙政.大气信道对激光 PPM 信号的影响的研究[J].激光杂志,2006. [3] 潘俊俊,贾振红.Gamma-Gamma 湍流中副载波大气光通信系统的性能分析[J].光电子·激光,2007,18(8):953-955. [4] 路布新.基于 FPGA 的全数字 QPSK 通信系统的研究[D].南京:南京理工大学硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ,2006:6. [5] 杨东亮,罗志强,许家栋.高码速率 QPSK 解调器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 [J].航空计算技术,2008,38(2):104-106. [6] 赵树杰,赵建勋.信号检测与估计理论[M].北京:清华大学出版社,2006. a) 同向 I 支路信号 b) 同向 I 支路信号 图 3 图 4 随机生成的 QPSK 信号 图 5 QPSK 调制信号星座图 图 6 AWGN 信道下的误码率曲线 1996