基于扩频解扩+turbo译码的QPSK图传通信系统matlab误码率仿真,扩频参数可设置

简介: 本项目基于MATLAB 2022a实现图像传输通信系统的仿真,涵盖QPSK调制解调、扩频技术和Turbo译码。系统适用于无人机图像传输等高要求场景,确保图像质量和传输稳定性。通过仿真,验证了系统在不同信噪比下的性能,展示了图像的接收与恢复效果。核心代码实现了二进制数据到RGB图像的转换与显示,并保存不同条件下的结果。

1.算法仿真效果
matlab2022a仿真结果如下(完整代码运行后无水印):

1.jpeg
2.jpeg
3.jpeg
4.jpeg

仿真操作步骤可参考程序配套的操作视频。

2.算法涉及理论知识概要
该通信系统主要用于图像传输,适用于对图像质量和传输可靠性要求较高的场景,如无人机图像传输、视频监控、无线电视广播等。
在复杂的电磁环境中,需要保证图像传输的稳定性和清晰度,因此采用了扩频解扩和 Turbo 译码等技术来提高系统的抗干扰能力。

发射端:包括图像源、QPSK 调制器、扩频器、发射天线等。
接收端:包括接收天线、解扩器、QPSK 解调器、Turbo 译码器、图像显示设备等。

2.1 qpsk调制解调
QPSK 调制原理:QPSK 是一种四进制相移键控调制方式,将输入的二进制数据序列分成两路,分别对两个正交的载波进行调制。每路数据根据其值(0 或 1)决定载波的相位,从而产生四个不同的相位状态,分别代表四个不同的符号。通过这种方式,可以在一个符号周期内传输两个比特的信息,提高了数据传输效率。

   在接收端,通过对接收信号进行相干解调,恢复出两路正交的载波信号。然后,根据接收信号的相位与四个预设的相位状态进行比较,确定接收到的符号。最后,将解调后的符号转换为二进制数据序列。

2.2 扩频技术
扩频技术是将信号的带宽扩展到比原始信号带宽宽得多的范围内,从而降低信号的功率谱密度,提高抗干扰能力。

在发射端,将原始信号与一个高速的扩频码进行乘法运算,使信号的带宽被扩展。

在接收端,使用与发射端相同的扩频码进行解扩,将信号恢复到原始带宽。

常用的扩频码有伪随机码(如 m 序列、Gold 序列等),具有良好的自相关性和互相关性。

选择合适的扩频码可以提高系统的抗干扰性能和多址能力。

2.3 Turbo 译码
Turbo 码是一种接近香农极限的纠错编码技术,由两个并行的卷积码编码器和一个交织器组成。通过迭代译码的方式,不断更新译码结果,提高译码的准确性。

 常用的 Turbo 译码算法有最大后验概率(MAP)算法和软输出维特比算法(SOVA)等。这些算法通过计算接收信号的似然比,对发送的信息进行估计和纠错。Turbo 译码具有较高的纠错能力,能够在低信噪比条件下实现可靠的通信。但是,Turbo 译码的计算复杂度较高,需要较大的计算资源和时间。

3.MATLAB核心程序```dat = Rimages_snr{1};
len = 3length(Rbin);
Rbin = dat(1:len/3);
Gbin = dat(1+len/3:2
len/3);
Bbin = dat(1+2*len/3:len);

%二进制转化为十进制
Rdec = func_bin2image([Rbin]);
Gdec = func_bin2image([Gbin]);
Bdec = func_bin2image([Bbin]);
%十进制转化为矩阵
RIimages = [reshape(Rdec,[256,256])]';
GIimages = [reshape(Gdec,[256,256])]';
BIimages = [reshape(Bdec,[256,256])]';
Images_snr_5(:,:,1) = RIimages;
Images_snr_5(:,:,2) = GIimages;
Images_snr_5(:,:,3) = BIimages;
%RGB合并
figure;
imshow(uint8(Images_snr_5));
dat = Rimages_snr{2};
len = 3length(Rbin);
Rbin = dat(1:len/3);
Gbin = dat(1+len/3:2
len/3);
Bbin = dat(1+2*len/3:len);
%二进制转化为十进制
Rdec = func_bin2image(Rbin);
Gdec = func_bin2image(Gbin);
Bdec = func_bin2image(Bbin);
%十进制转化为矩阵
RIimages = [reshape(Rdec,[256,256])]';
GIimages = [reshape(Gdec,[256,256])]';
BIimages = [reshape(Bdec,[256,256])]';

Images_snr0(:,:,1) = RIimages;
Images_snr0(:,:,2) = GIimages;
Images_snr0(:,:,3) = BIimages;
%RGB合并
figure;
imshow(uint8(Images_snr0));

dat = Rimages_snr{3};
len = 3length(Rbin);
Rbin = dat(1:len/3);
Gbin = dat(1+len/3:2
len/3);
Bbin = dat(1+2*len/3:len);

%二进制转化为十进制
Rdec = func_bin2image(Rbin);
Gdec = func_bin2image(Gbin);
Bdec = func_bin2image(Bbin);
%十进制转化为矩阵
RIimages = [reshape(Rdec,[256,256])]';
GIimages = [reshape(Gdec,[256,256])]';
BIimages = [reshape(Bdec,[256,256])]';
Images_snr5(:,:,1) = RIimages;
Images_snr5(:,:,2) = GIimages;
Images_snr5(:,:,3) = BIimages;
%RGB合并
figure;
imshow(uint8(Images_snr5));
if fp==1
save R_qpsk_1_iamge.mat Images_snr_5 Images_snr0 Images_snr5
end
if fp==4
save R_qpsk_4_iamge.mat Images_snr_5 Images_snr0 Images_snr5
end
if fp==8
save R_qpsk_8_iamge.mat Images_snr_5 Images_snr0 Images_snr5
end
```

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