基于MatlabSimulink的QDPSK調(diào)制解調(diào)仿真設(shè)計(jì)與研究.doc

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1、天 津 理 工 大 學(xué)通信工程專業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告題目：基于Matlab/Simulink的QDPSK調(diào)制解調(diào)仿真設(shè)計(jì)與研究學(xué)生姓名 路真遠(yuǎn) 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 報(bào)告提交日期 0摘要QDPSK是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)常用的兩種調(diào)制方式之一。QDPSK是四相相對(duì)相移鍵控，是一種寬帶和功率相對(duì)高效率的信道調(diào)制技術(shù)。它具有一系列獨(dú)特的有點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于無線通信中。本次設(shè)計(jì)在了解理論的同時(shí)，通過MATLAB平臺(tái)對(duì)QDPSK信號(hào)通過高斯信道和瑞利信道的系統(tǒng)進(jìn)行仿真 ，并比較在SNR=10dB，20dB，30dB的情況下傳輸誤碼率情況。關(guān)鍵詞：QDPSK；瑞利信道；Matlab；Simulink；仿真 目 錄第

2、一章 前言1 1.1 現(xiàn)代通信的發(fā)展.1 1.2 QDPSK在通信中的運(yùn)用.1第二章 QDPSK的基本原理和設(shè)計(jì)3 2.1 QDPSK通信系統(tǒng)的性能指標(biāo).3 2.1.1可靠性指標(biāo).3 2.1.2性能分析.3 2.2 QDPSK的調(diào)制解調(diào)原理3 2.2.1 QDPSK的調(diào)制方式4 2.2.2 QDPSK的解調(diào)方式8第三章 MATLAB/Simulink仿真基礎(chǔ).113.1 MATLAB簡介.11 3.1.1 MATLAB發(fā)展歷程.11 3.1.2 MATLAB 特點(diǎn).113.2 MATLAB下的Simulink簡介.11 3.2.1 Simulink建模仿真步驟12 3.2.2 Simulink

3、下對(duì)通信系統(tǒng)的仿真.13第四章 QDPSK的調(diào)制解調(diào)仿真164.1 QDPSK調(diào)制解調(diào)仿真16 4.1.1 Simulink調(diào)制建模16 4.1.2 模型文件的參數(shù)配置17 4.1.3 各信噪比下的Simulink仿真22 4.2 MATLAB仿真結(jié)果.28第五章 總結(jié)與心得.36參考文獻(xiàn).37附 錄.38第1章 前言1.1 現(xiàn)代通信的發(fā)展隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越重要。數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其頻譜搬移到適合信道傳輸?shù)念l帶上。數(shù)字調(diào)制信號(hào)又稱為鍵控信號(hào)，在調(diào)制的過程中可用鍵控的

4、方法由基帶信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)的振幅，頻率及相位進(jìn)行調(diào)制。在技術(shù)和工藝進(jìn)步的基礎(chǔ)上，數(shù)字通信中調(diào)制解調(diào)算法的實(shí)現(xiàn)已不再是一件可望不可及的事情。與此同時(shí)，人們對(duì)通信的要求越來越高，各種技術(shù)不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開發(fā)出來?？梢哉f，無論是通信系統(tǒng)的內(nèi)在要求 （算法復(fù)雜性決定接收的質(zhì)量），還是外在條件（技術(shù)和工藝）都在促使通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)向數(shù)字化發(fā)展。通信工程在未來的發(fā)展，要運(yùn)用無線寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云電技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線的城市發(fā)展戰(zhàn)略。如人們可以應(yīng)用通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自身網(wǎng)絡(luò)通信的需求，可以在日常生活中通過手機(jī)來觀看電視節(jié)目，在手機(jī)上進(jìn)行游戲互動(dòng)，以及用手機(jī)來參加臨時(shí)的視頻會(huì)議等。將通信技術(shù)

5、充分地應(yīng)用到人們的生活和學(xué)習(xí)中，不但可以有效地改善人們的生活質(zhì)量，還可以實(shí)現(xiàn)城市的高度信息化和網(wǎng)絡(luò)化，將我國的信息現(xiàn)代化水平提升到新的層次，構(gòu)建全方位、立體化的通信網(wǎng)絡(luò)。在通信工程未來的發(fā)展過程中，人們可以實(shí)現(xiàn)利用光來進(jìn)行通訊的技術(shù)，并將其應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，使信息的傳遞和接收更加快速和便捷，而且更容易對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的管理和規(guī)范，使之更好地為人們服務(wù)。同時(shí)光通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以及通信工程質(zhì)量的提高和服務(wù)范圍的擴(kuò)大，都可以使寬帶的接入和節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在通信工程的應(yīng)用中大大加快，從而為人們的生活和學(xué)習(xí)帶來翻天覆地的變化。1.2 QDPSK在通信中的應(yīng)用QPSK正交相移鍵控分為絕對(duì)相

6、移和相對(duì)相移兩種。由于絕對(duì)相移方式存在相位模糊問題，所以在實(shí)際中主要采用相對(duì)移相方式QDPSK。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線通信中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。中國的3G制式（CDMA2000，WCDMA,TD-SCDMA）均在下行鏈路上采用QPSK調(diào)制。在建筑物較多、地形復(fù)雜的地區(qū)就必須用QDPSK來確保信噪比從而確保通信的準(zhǔn)確性和有效性。QDPSK意為四相相對(duì)移相鍵控，它是利用前后相鄰碼元之間的載波相對(duì)相位變化來表示數(shù)字信息。QDPSK可先將輸入的雙比特碼經(jīng)碼型變換，再用碼型變換器輸出的雙比特碼進(jìn)行四相絕對(duì)移相，則所得到的輸出信號(hào)便是四相相對(duì)移相信號(hào)。它通常采用的方法是碼變換加調(diào)相

7、法和碼變換加相位選擇法。QDPSK是一種寬帶和功率相對(duì)高效率的信道調(diào)制技術(shù)，因此在自適應(yīng)信道調(diào)制技術(shù)中得到了較多應(yīng)用。在通信與電子工程領(lǐng)域，系統(tǒng)仿真技術(shù)一直是進(jìn)行新型通信協(xié)議研發(fā)、通信體制的性能研究、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法分析和改進(jìn)、通信信號(hào)處理、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要手段。傳統(tǒng)的仿真技術(shù)基于語言等計(jì)算機(jī)專業(yè)編程技術(shù)，編程的工作量大，仿真程序的可讀性、可重用性、可靠性都很難適應(yīng)大型復(fù)雜通信系統(tǒng)仿真的需要。通信與電子工程師和科研工作者迫切需要一種仿真工具，以擺脫繁雜的編程工作，將精力和時(shí)間集中到解決科學(xué)問題、提出和驗(yàn)證創(chuàng)新思想和算法上來。MATLAB以及Simulink科學(xué)計(jì)算、建模和仿真軟件是為了適應(yīng)

8、這一要求而產(chǎn)生的優(yōu)秀仿真平臺(tái)軟件，并已成為全世界科學(xué)工作者共同的學(xué)術(shù)交流工具以及系統(tǒng)仿真界事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著無線通信頻帶資源的日益緊張，研究和設(shè)計(jì)自適應(yīng)信道調(diào)制技術(shù)體制是建立寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。QDPSK是一種寬帶和功率相對(duì)高效率的信道調(diào)制技術(shù)，因此在自適應(yīng)信道調(diào)制技術(shù)中得到了較多應(yīng)用。利用MATLAB通信仿真軟件對(duì)QDPSK數(shù)字通信方式和主要通信過程的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真具有重要的意義1。 第二章 QDPSK的基本原理QDPSK是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中常用的調(diào)制方式，QDPSK則主要用于自適應(yīng)信道調(diào)制技術(shù)。本章主要就QDPSK的基本原理進(jìn)行介紹，并簡要講述各自的幾種常用的調(diào)

9、制解調(diào)方法，為以后的系統(tǒng)仿真打下良好的理論基礎(chǔ)。2.1 QDPSK通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 2.1.1可靠性指標(biāo) 數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)用差錯(cuò)率來衡量。差錯(cuò)率越小，可靠性越高。差錯(cuò)率也有兩種表達(dá)方式誤碼率與誤信率。 誤碼率：指接收到的錯(cuò)誤碼元數(shù)和總的傳輸碼元個(gè)數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤碼元的概率，記為： （2.1.1）誤信率：又叫誤比特率，是指接收到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)和總的傳輸比特?cái)?shù)之比， 即在傳輸中出現(xiàn)的錯(cuò)誤信息量的概率，記為： （2.1.2） 2.1.2 性能分析 信號(hào)經(jīng)過調(diào)制、信道、解調(diào)過程。在接收端，將得到的數(shù)與原始信號(hào)源數(shù)據(jù)比較，得到在特定信噪比下的誤碼率。改變系統(tǒng)信噪比，從而得到系統(tǒng)的誤碼率

10、曲線圖，并給出各關(guān)健點(diǎn)信號(hào)圖及星座圖。2.2 QDPSK的基本原理四進(jìn)制的DPSK通常記作QDPSK。QDPSK信號(hào)的編碼方式如表2.1和2.2所示。表中的是相對(duì)于前一相鄰碼元的相位變化。與QPSK相同，QDPSK也有A、B兩種編碼方式。A方式中的分別取0、90、180、270；B方式中的分別取45、135、225、315。A方式和B方式的區(qū)別在于兩者的星座圖上相差45；并且兩者和格雷碼雙比特組間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不是唯一的，即A方式中的0和B方式中的45不用必須對(duì)應(yīng)雙比特組01，只要兩星座圖的相位不變，它們就依然屬于A方式或者B方式2。 表2.1 QDPSK信號(hào)的編碼A方式abab00901127

11、001010180表2.2 QDPSK信號(hào)的編碼B方式abab00135113150145102252.2.1 QDPSK的調(diào)制方式QDPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法只是需要把輸入的基帶信號(hào)先經(jīng)過碼變換器把絕對(duì)碼變成相對(duì)碼，然后再去調(diào)制載波。QDPSK的調(diào)制方法有兩種。第一種方法是相乘電路法，編碼規(guī)則如表2.1和表2.2所示，原理方框圖如圖2.1所示。圖2.1第一種方法產(chǎn)生A方式QDPSK信號(hào)的原理方框圖圖中輸入的基帶信號(hào)是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元，它被 “串/并變換”電路變成兩路碼元a和b。變成并行碼a和b后，再經(jīng)過碼變換器將絕對(duì)碼信號(hào)變成相對(duì)碼信號(hào)c和d，然后再分別與載波相乘。這里，碼變換器的作用是使

12、由cd產(chǎn)生的絕對(duì)相移符合由ab產(chǎn)生的相對(duì)相移的規(guī)則。由于當(dāng)前的一對(duì)碼元ab產(chǎn)生的相移是附加在前一時(shí)刻已調(diào)載波相位基礎(chǔ)之上的。而前一時(shí)刻的相位有四種取值，故碼變換器的輸入ab和輸出cd之間有十六種可能的關(guān)系，這十六種關(guān)系如表2.3所示。c和d與載波的相乘實(shí)際上是完成絕對(duì)相移鍵控，這部分電路和QPSK的正交調(diào)制器的原理是一樣的，只是這里采用了A方式進(jìn)行編碼，將圖2.3中的/2相移器換成了兩個(gè)/4相移器3。例如，如果當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元為“10”，那么應(yīng)該產(chǎn)生的相對(duì)相移為180。另一方面，前一時(shí)刻的載波相位有四種可能，即0，90，180，270，它們分別對(duì)應(yīng)前一時(shí)刻變換后的一對(duì)碼元的四對(duì)取值?，F(xiàn)在的相

13、對(duì)相移是180，假設(shè)前一時(shí)刻的載波相位為180，那么當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)該給出的變換后的相位應(yīng)該為180加上180，即0。當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)該給出的變換后的一對(duì)碼元應(yīng)該為“00”。這也就是說碼變換器將輸入的一對(duì)碼元“10”變換成了“00”。碼變換器的電路圖如圖2.2所示。表2.3 QDPSK碼變換關(guān)系當(dāng)前輸入的一對(duì)碼元及要求的相對(duì)相移前一時(shí)刻經(jīng)過碼變換后的一對(duì)碼元及所產(chǎn)生的相位當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的變換后一對(duì)碼元和相位 ak bkkck-1 dk-1k-1ck dkk0 0900 00 11 11 00901802700 11 11 00 09018027000 100 00 11 11 00901802700 0

14、0 11 11 00901802701 12700 00 11 11 00901802701 00 00 11 1270090180 1 01800 00 11 11 00901802701 11 00 00 1180270090圖2.2碼變換器電路圖這里注意，上述二進(jìn)制信號(hào)碼元“0”和“1”與不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關(guān)系如下：二進(jìn)制碼元“1” 雙極性脈沖“+1”；二進(jìn)制碼元“0” 雙極性脈沖“-1”。只有符合此關(guān)系才能得到A方式編碼。第二種QDPSK信號(hào)只是需要在串/并變換后需要增加一個(gè)碼變換器，電路圖如圖2.3所示。圖2.3 相位選擇法產(chǎn)生QDPSK信號(hào)2.2.2 QDPSK的解調(diào)方式Q

15、DPSK的解調(diào)方法有兩種，一種為極性比較法，另一種為相位比較法。極性比較法的原理框圖如圖2.4所示。這里為保證最佳接收，參考矢量的相位必須在取在正負(fù)/4處。此方法和QPSK的解調(diào)方法類似，只是多了一步逆碼變換的過程，將相對(duì)碼再變成絕對(duì)碼。逆碼變換的關(guān)系如表2.4所示。圖2.4 A方式QDPSK信號(hào)極性比較法解調(diào)原理框圖表2.4 QDPSK逆碼變換關(guān)系前一時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻輸入的一對(duì)碼元當(dāng)前時(shí)刻應(yīng)當(dāng)給出的逆碼變換后的一對(duì)碼元 ck-1 dk-1ck dkak bk0 000110110 001110010 100110110100111001 100110110110001101 000

16、11011001100011QDPSK的另一種解調(diào)方法是相位比較法，即差分相干解調(diào)。與2DPSK類似，QDPSK也可采用差分相干解調(diào)的方法進(jìn)行解調(diào)。只是現(xiàn)在的接收信號(hào)分為兩路正交的已調(diào)載波信號(hào)，因此需要兩個(gè)支路進(jìn)行差分相干解調(diào)3,4。相位比較法的原理框圖如圖2.5所示。圖2.5 A方式QDPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)原理框圖第三章 Matlab/Simulink仿真基礎(chǔ)3.1 MATLAB簡介3.1.1 MATLAB發(fā)展歷程 20世紀(jì)70年代，美國新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任Cleve Moler為了減輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用FORTRAN編寫了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler

17、、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場。到20世紀(jì)90年代，MATLAB已成為國際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。盡管MATLAB主要用于數(shù)值運(yùn)算，但利用為數(shù)眾多的附加工具箱（Toolbox）它也適合不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、圖像處理、信號(hào)處理與通訊、金融建模和分析等。另外還有一個(gè)配套軟件包Simulink，提供了一個(gè)可視化開發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動(dòng)態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。3.1.2 MATLAB特點(diǎn)Matlab具有如下特點(diǎn)：（1）高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來；（2） 具有完備的圖形處理功能,實(shí)現(xiàn)

18、計(jì)算結(jié)果和編程的可視化；（3） 友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握；（4） 功能豐富的應(yīng)用工具箱(如信號(hào)處理工具箱、通信工具箱等) ,為用戶提供了大量方便實(shí)用的處理工具5。3.2 Matlab下的simulink簡介 Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中只要通過簡單的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink具有適應(yīng)

19、面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、效率高、貼近實(shí)際、等優(yōu)點(diǎn)，基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件應(yīng)用于Simulink。3.2.1 Simulink建模仿真步驟Simulink建模仿真的一般過程如下。（1）首先，單擊工具欄上的“新建”圖標(biāo)，打開一個(gè)空白的編輯窗口，如圖3.1所示。（2）在Simulink模塊庫中選取所需要的模塊，然后拖到編輯窗口里，將各個(gè)環(huán)節(jié)都布置好，并修改編輯窗口中模塊的參數(shù)。（3）然后用箭頭將各個(gè)模塊連接起來。這里應(yīng)該注意連接的方法：從上一個(gè)模塊的連線點(diǎn)開始，按住左鍵不放，拖到下一個(gè)連接模塊的連線點(diǎn)為止

20、，系統(tǒng)將自動(dòng)生成箭頭。（4）設(shè)置仿真參數(shù)。選擇菜單命令SimulinkConfiguration parameters,就會(huì)彈出一個(gè)仿真參數(shù)對(duì)話框，如圖3.2所示。（5）單擊“start simulation”按鈕進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析，在仿真的同時(shí)，可以觀察仿真結(jié)果。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，可以立即單擊“stop”按鈕停止仿真，然后對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正，直到調(diào)整至滿意為止。最后將仿真模型保存為*.mdl文件6。圖3.1 空白編輯窗口圖3.2 仿真參數(shù)設(shè)置窗口3.2.2 Simulink下對(duì)通信系統(tǒng)的仿真Simulink中提供了通信系統(tǒng)的建模、仿真和優(yōu)化分析的專業(yè)庫Communication Blockset 。在

21、這個(gè)庫中包含了十三個(gè)子庫，大概有一百七十多個(gè)模塊，如圖3.3所示。Matlab程序見附錄。圖3.3 通信模塊庫窗口該模塊庫中提供了完整的模擬/數(shù)字通信系統(tǒng)建模、仿真和分析優(yōu)化圖形所需的模塊?？捎糜谕ㄐ畔到y(tǒng)中從信源到信道，包括編碼、調(diào)制、發(fā)射、接收等各個(gè)部分的建模，仿真分析。接下來對(duì)通信模塊的常用子庫進(jìn)行介紹6。（1）Comm sources模塊庫，為仿真提供各種信號(hào)源，這些模塊分成三類：隨機(jī)數(shù)據(jù)源、序列生成模塊、噪聲產(chǎn)生模塊。（2）Comm sinks模塊庫，為仿真提供了四個(gè)信宿模塊，用于繪制信號(hào)的眼圖，軌跡圖和發(fā)散圖，計(jì)算誤碼率。（3）Source coding模塊庫，為仿真提供信源量化、編

22、碼的模塊，包括采樣量化編/解碼器，A律壓縮/擴(kuò)張器，U律壓縮/擴(kuò)張器。（4）Error detection and correction模塊庫，為仿真提供信道編碼的差錯(cuò)控制和糾錯(cuò)模塊，包括hamming碼、BCH碼、循環(huán)碼、卷積碼。（5）Interleaving模塊庫，為仿真提供各種實(shí)現(xiàn)信號(hào)交織功能的模塊。（6）Modulation模塊庫，為仿真提供實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制解調(diào)的模塊，可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩個(gè)子庫，模擬調(diào)制包括“AM”、“CPM”、“FM”、“PM”、“TCM”五種調(diào)制模塊。（7）Comm filters模塊庫，為仿真提供發(fā)送/接收濾波器模塊。（8）Channels模塊庫，為仿真提供

23、了四種常見的信道模塊：AWGN信道模塊、二進(jìn)制對(duì)稱信道模塊、多徑瑞利衰落信道模塊和倫琴衰落信道模塊。（9）RF impairments模塊庫，這是Matlab新增加的模塊庫，用于對(duì)射頻信號(hào)的各種衰落進(jìn)行仿真。（10）Synchronization模塊庫，為仿真提供四種鎖相環(huán)模塊，對(duì)信號(hào)同步功能進(jìn)行仿真。（11）Equalizers模塊庫，為仿真提供多種均衡器模塊。（12）Sequence operation模塊庫，為仿真提供順序運(yùn)行模塊。（13）Utility blocks模塊庫，為仿真提供了十種常用的轉(zhuǎn)換函數(shù)模塊。第四章 QDPSK調(diào)制解調(diào)仿真Simulink的一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)就在于不需要

24、編寫任何程序代碼就可以完成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的仿真，應(yīng)用十分廣泛。基于Simulink的種種優(yōu)點(diǎn)，利用它來搭建QDPSK系統(tǒng)模型非常簡便。接下來我們將利用Simulink搭建QDPSK系統(tǒng)模型，分別對(duì)其工作過程和性能進(jìn)行仿真和仿真結(jié)果分析，最后對(duì)QDPSK的性能進(jìn)行比較。4.1利用Simulink對(duì)QDPSK的系統(tǒng)仿真4.1.1 Simulink調(diào)制建模利用Simulink搭建的系統(tǒng)模型如圖4.1所示。圖4.1 QDPSK仿真模型從圖中我們可以看出該模型主要有信源Random Integer Generater、QDPSK調(diào)制器、AWGN信道、Rayleigh信道、QDPSK解調(diào)器、信宿模塊組成。該

25、模型用到的信宿模塊又具體分為Scope觀察各個(gè)階段信號(hào)的波形；Error Rate Calculation計(jì)算信號(hào)的誤碼率，并通過Display顯示出來；Eye Diagram of noisy QDPSK signal輸出眼圖；Discrete.Time Scope模塊輸出調(diào)制信號(hào)和傳輸信號(hào)的星座圖6,7。4.1.2 模型文件的參數(shù)配置（1）信源模塊信源Random Integer Generater模塊產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)序列0,1,2,3。并將產(chǎn)生的隨機(jī)整數(shù)信號(hào)傳送至QDPSK調(diào)制器。該模塊如圖4.2所示。圖4.2 信源模塊這里要求產(chǎn)生的必須是四進(jìn)制的隨機(jī)整數(shù)，因此M-ary number設(shè)置為

26、4。具體的參數(shù)設(shè)置如圖4.3所示。圖4.3 信源模塊參數(shù)設(shè)置（2）QDPSK調(diào)制模塊QDPSK調(diào)制器的主要作用是將信源產(chǎn)生的四進(jìn)制隨機(jī)序列進(jìn)行QDPSK調(diào)制,使之產(chǎn)生QDPSK信號(hào)。該模塊如圖4.4所示。圖4.4 QDPSK調(diào)制模塊這里注意QDPSK調(diào)制模塊的參數(shù)設(shè)置與解調(diào)模塊的參數(shù)設(shè)置必須一致。輸入數(shù)據(jù)類型為整型，相位偏移設(shè)置為/2。具體的參數(shù)設(shè)置如圖4.5所示。圖4.5 QDPSK調(diào)制模塊參數(shù)設(shè)置（3）信道模塊這里信道采用的是AWGN信道模塊和Rayleigh Fading信道模塊。AWGN信道模塊是加性高斯白噪聲信道，可以通過改變該信道的的信噪比，實(shí)現(xiàn)在不同的噪聲條件下對(duì)解調(diào)性能的測試，

27、從而得出信噪比與誤碼率的關(guān)系。該模塊如圖4.6所示。圖4.6 QDPSK AWGN信道模塊 這里的參數(shù)設(shè)置應(yīng)注意，系統(tǒng)的信噪比是可以改變的。我們可以使信噪比逐漸增大，觀察相對(duì)應(yīng)的誤碼率、眼圖、星座圖，從而可以對(duì)QDPSK系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。具體的參數(shù)設(shè)置以SRN=20dB為例如圖4.7所示。圖4.7 信道模塊參數(shù)設(shè)置Rayleigh Fading信道模塊，它是加性的瑞利噪聲，可以通過改變該信道的的信噪比，實(shí)現(xiàn)在不同的噪聲條件下對(duì)解調(diào)性能的測試，從而得出信噪比與誤碼率的關(guān)系。該模塊如圖4.8所示。圖4.8 QDPSK瑞利噪聲信道模塊這里的參數(shù)設(shè)置應(yīng)注意，系統(tǒng)的信噪比是可以改變的。我們可以使信噪比

28、逐漸增大，觀察相對(duì)應(yīng)的誤碼率、眼圖、星座圖，從而可以對(duì)QDPSK系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。具體的參數(shù)設(shè)置如圖4.9所示。圖4.9 信道模塊參數(shù)設(shè)置（4）QDPSK解調(diào)模塊QDPSK解調(diào)器的主要作用是將經(jīng)過信道的QDPSK調(diào)制信道進(jìn)行解調(diào),使之恢復(fù)出原來的輸入信號(hào)。該模塊如圖4.10所示。圖4.10 QDPSK解調(diào)模塊QDPSK解調(diào)模塊的參數(shù)設(shè)置與調(diào)制模塊的參數(shù)設(shè)置一致。輸入數(shù)據(jù)類型為整型，相位偏移設(shè)置為/2。具體的參數(shù)設(shè)置如圖4.11所示。圖4.11 QDPSK解調(diào)模塊參數(shù)設(shè)置4.1.3 各信噪比下的Simulink仿真系統(tǒng)模型搭建完成，參數(shù)也設(shè)置好之后，接下來的工作就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。運(yùn)行完成之后

29、，首先信源信號(hào)波形如圖4.12所示，調(diào)制波形如圖4.13所示 圖4.12 信源信號(hào)波形圖4.13 調(diào)制波形然后我們觀察信噪比分別為10dB，20dB，30dB的解調(diào)波形。信噪比為10dB時(shí)的解調(diào)波形如圖4.14所示 圖4.14 解調(diào)波形（SNR=10dB）信噪比為20dB時(shí)的解調(diào)波形如圖4.15所示。圖4.15 解調(diào)波形（SNR=20dB）信噪比為30dB時(shí)的解調(diào)波形如圖4.16所示。圖4.16 解調(diào)波形（SNR=30dB） 對(duì)QDPSK性能的仿真主要來觀察不同信噪比條件下的誤碼情況、眼圖、星座圖。這里我們選擇信噪比分別為10dB、20dB以及30dB，在這三個(gè)不同的信噪比下通過Error R

30、ate Calculation計(jì)算信號(hào)的誤碼率，并通過Display顯示出來，通過Display顯示出來的窗口有三個(gè)，最上面的為誤碼率，中間的為傳輸錯(cuò)誤的碼元個(gè)數(shù)，最下面的為傳輸?shù)目偞a元個(gè)數(shù)。這里我們采樣頻率設(shè)置為1/500，傳送的總碼元數(shù)為6000，并觀察不同信噪比下的星座圖及眼圖。首先來觀察一下信噪比為10dB時(shí)系統(tǒng)的誤碼情況、眼圖、星座圖。把高斯信道的信噪比參數(shù)設(shè)置為20dB，然后進(jìn)行系統(tǒng)仿真。運(yùn)行完成之后，誤碼率如圖4.17所示，眼圖如圖4.18所示，經(jīng)過信道后的星座圖如圖4.19所示。圖4.17 誤碼率（SNR=10dB）圖4.18 眼圖（SNR=10dB）圖4.19 星座圖（SNR

31、=10dB）然后將信噪比設(shè)置為20dB，仿真結(jié)果如下圖所示。圖4.20 誤碼率（SNR=20dB）圖4.21 眼圖（SNR=20dB）圖4.22 星座圖（SNR=20dB）然后將信噪比設(shè)置為30dB，仿真結(jié)果如下圖所示。 圖4.23 誤碼率（SNR=30dB）圖4.24 眼圖（SNR=30dB）圖4.25 星座圖（SNR=30dB）由仿真圖可以看出，當(dāng)信噪比為10dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的誤碼率為0.2033，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)為1220，“眼睛”張開的程度也非常??；經(jīng)過信道后的星座圖也非常分散，沒有規(guī)則。信噪比為20dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的誤碼率為0.1002，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)為601，星座圖較10dB時(shí)變得集中。

32、當(dāng)信噪比進(jìn)一步增大到30dB時(shí)，對(duì)應(yīng)的誤碼率為0.08917，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)為535，而星座圖更加集中。我們可得出結(jié)論，隨著系統(tǒng)信噪比的不斷增大，QDPSK系統(tǒng)傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)也越少，系統(tǒng)的誤碼率也隨之減小。與此同時(shí)，經(jīng)信道后的星座圖也隨著系統(tǒng)信噪比的增大越來越集中?？傊?，隨著系統(tǒng)信噪比的增大，QDPSK系統(tǒng)的性能越來越好，越來越有利于信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸。4.2 MATLAB仿真結(jié)果在MATLAB中，對(duì)QDPSK性能的仿真主要來觀察系統(tǒng)的基帶信號(hào)，調(diào)制信號(hào)，解調(diào)信號(hào)及各自功率譜密度還有QDPSK星座圖誤碼率曲線。在這里采用載波頻率f為12kHz，對(duì)比理論誤碼率曲線以及實(shí)際曲線，觀察仿真結(jié)果。理論

33、誤碼率公式如下： （4.2.1）圖4.26為理想情況下基帶信號(hào)，調(diào)制信號(hào)，解調(diào)輸出信號(hào)及各自功率譜密度。從圖中發(fā)現(xiàn)解調(diào)輸出信號(hào)信號(hào)圖形與功率譜密度均與基帶信號(hào)功率譜相同。 圖4.26 理論情況下基帶信號(hào)圖4.27 基帶信號(hào)功率譜密度圖4.28 理想情況下調(diào)制信號(hào) 圖4.29 理想情況下調(diào)制信號(hào)功率譜密度 圖4.30 理想情況下解調(diào)波形圖4.31 理想情況下解調(diào)輸出功率譜密度圖4.32和圖4.34為高斯噪聲下QDPSK調(diào)制信號(hào)波形與功率譜密度，從圖中可以看出，在加入高斯噪聲的情況下，調(diào)制信號(hào)波形與功率譜密度已與圖4.28和圖4.29理想情況下已有較大不同。圖4.32 高斯噪聲下調(diào)制信號(hào)波形圖4.

34、33 高斯噪聲曲線圖4.34 高斯噪聲下調(diào)制信號(hào)功率譜密度圖4.35為高斯噪聲下QDPSK調(diào)制信號(hào)星座圖，從圖中可以看出，在高斯噪聲的影響下，調(diào)制信號(hào)分布在理想情況周圍，與理想狀況已有較大差別。圖4.35 高斯噪聲下QDPSK星座圖圖4.36和圖4.37為瑞利加高斯信道情況下調(diào)制信號(hào)波形與功率譜密度，從圖中可以看出，在加入高斯噪聲的情況下，調(diào)制信號(hào)波形與功率譜密度已與圖4.28和圖4.29理想情況下已有較大不同。圖4.36 瑞利加高斯信道情況下調(diào)制信號(hào)波形圖4.37為瑞利加高斯信道情況下調(diào)制信號(hào)波形與功率譜密度圖4.38為高斯加瑞利信道情況下調(diào)制信號(hào)星座圖，從圖中可以看出，在高斯噪聲的影響下，

35、調(diào)制信號(hào)分布在理想情況周圍，與理想狀況已有較大差別。圖4.38高斯加瑞利噪聲下QDPSK星座圖MATLAB仿真條件:單徑衰落，多普勒頻移為20Hz，載波頻率為12kHz，信噪比為0-6dB,圖4.39為以上仿真條件下的系統(tǒng)誤碼率曲線 圖4.39 系統(tǒng)誤碼率曲線 從圖中仿真情況與理論噪聲值的對(duì)比可以看出，仿真值在理論噪聲值周圍分布，瑞利噪聲下誤碼率高于高斯噪聲下誤碼率。而誤碼率始終隨著信噪比的增大而減小。第五章 總結(jié)與心得此次課程設(shè)計(jì)做的是QDPSK調(diào)制解調(diào)的仿真，通過這次長達(dá)六周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了MATLAB/Simulink仿真系統(tǒng)初步的設(shè)計(jì)方法，對(duì)qdpsk的調(diào)制解調(diào)過程有了更深的了解。

36、初步了解如何用MATLAB/Simulink這個(gè)仿真軟件進(jìn)行DQPSK調(diào)制和解調(diào)的設(shè)計(jì)。雖然在課程設(shè)計(jì)過程中遇到了不少的麻煩和困難，與此同時(shí)也深刻認(rèn)識(shí)到自己存在的許多不足，理論知識(shí)的學(xué)習(xí)有待加強(qiáng)，實(shí)踐的能力有所欠缺，遇到困難自己獨(dú)立處理有待努力。通過理論知識(shí)的初步學(xué)習(xí)，加上上機(jī)的實(shí)踐，我漸漸地對(duì)Simulink有了一定的認(rèn)識(shí)，但是在將書上的理論方框圖轉(zhuǎn)換為Simulink模塊的過程中出現(xiàn)了很大的困難，因?yàn)閷?duì)軟件不熟悉的緣故，許多模塊都沒有找到，因此也大大延誤了設(shè)計(jì)的完成時(shí)間。但是在同學(xué)和老師的幫助指點(diǎn)下，許多問題得到了解決，同時(shí)也讓我對(duì)此次設(shè)計(jì)產(chǎn)生了濃厚的興趣，遇到問題也有了鉆研的精神。這次課

37、程設(shè)計(jì)不僅鞏固我們在書上學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容，還在一定程度上提高了我們的動(dòng)手能力。在這次學(xué)習(xí)過程中，我不僅鞏固了過去學(xué)過的知識(shí)，同時(shí)還學(xué)到了許多書本上沒有學(xué)到的知識(shí)培養(yǎng)了我對(duì)系統(tǒng)的分析能力。只有把理論和實(shí)踐結(jié)合起來，把理論作為實(shí)踐的基礎(chǔ)，把實(shí)踐作為理論的延伸，使兩者有機(jī)的結(jié)合在一起，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在此我衷心感謝同學(xué)們在課程設(shè)計(jì)中給予我的幫助。也衷心感謝老師對(duì)我們課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行指導(dǎo)！ 參考文獻(xiàn)1趙靜,張瑾.基于Matlab的通信系統(tǒng)仿真M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.92王幕坤,劉文責(zé).通信原理M.石家莊:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1995.3樊昌信,曹麗娜.通信

38、原理（第6版）M.北京:國防工業(yè)出版社,2008.3.4王興亮.通信系統(tǒng)原理教程M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2007:90.105.5張志勇，徐彥琴.Matlab教程基于6.x版本M.北京:清華大學(xué)出版社,2008.6施陽.Matlab語言精要及動(dòng)態(tài)仿真工具Simulink.M.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社, 1997.7邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析M.北京:清華大學(xué)出版社,2008.附 錄Matlab程序：T=0.001; % 基帶信號(hào)寬度，也就是頻率fc=12/T; % 載波頻率ml=2; % 調(diào)制信號(hào)類型的一個(gè)標(biāo)志位nb=100; % 傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)d

39、elta_T=T/200; % 采樣間隔fs=1/delta_T; % 采樣頻率SNR=0; % 信噪比t=0:delta_T:nb*T-delta_T; % 限定t的取值范圍N=length(t); % 采樣數(shù) %- 調(diào)制部分% 基帶信號(hào)的產(chǎn)生data=randn(1,nb)0.5; datanrz=data.*2-1; data1=zeros(1,nb/delta_T); for q=1:nb data1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=datanrz(q); end % 串并轉(zhuǎn)換，將奇偶位數(shù)據(jù)分開idata=datanrz(1:ml:(nb-1); qdata=dat

40、anrz(2:ml:nb);% QDPSK信號(hào)的調(diào)制ich=zeros(1,nb/delta_T/2); for i=1:nb/2 ich(i-1)/delta_T+1:i/delta_T)=idata(i);endfor ii=1:N/2 a(ii)=sqrt(2/T)*cos(2*pi*fc*t(ii); endidata1=ich.*a; qch=zeros(1,nb/2/delta_T);for j1=1:nb/2 qch(j1-1)/delta_T+1:j1/delta_T)=qdata(j1);endfor jj=1:N/2 b(jj)=sqrt(2/T)*sin(2*pi*fc*

41、t(jj);endqdata1=qch.*b; s=idata1+qdata1; ss=abs(fft(s); %- 瑞利衰落信道和高斯信道% 瑞利衰落信道ray_ich=raylrnd(0.8,1,nb/2/delta_T);ray_qch=raylrnd(0.8,1,nb/2/delta_T);Ray_idata=idata1.*ray_ich;Ray_qdata=qdata1.*ray_qch;Ray_s=Ray_idata+Ray_qdata;% 高斯信道 s1=awgn(s,SNR); s11=abs(fft(s1); s111=s1+s; Awgn_s=awgn(Ray_s,SNR

42、); % 通過高斯信道再通過瑞利衰落信道%- QDPSK 解調(diào)部分% 解調(diào)部分（高斯信道）idata2=s1.*a; qdata2=s1.*b; idata3=zeros(1,nb/2); qdata3=zeros(1,nb/2);% 抽樣判決的過程，與0作比較，data=0,則置1，否則置0for n=1:nb/2 if sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)=0 idata3(n)=1; else idata3(n)=0; end if sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)=0 qdata3(n)=1; else qda

43、ta3(n)=0; endend % 為了顯示星座圖,將信號(hào)進(jìn)行處理idata4=zeros(1,nb/2);qdata4=zeros(1,nb/2);for n=1:nb/2 Awgn_ichsum(n)=sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T; if Awgn_ichsum(n)=0 idata4(n)=1; else idata4(n)=0; end Awgn_qchsum(n)=sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T; if Awgn_qchsum(n)=0 qdata4(n)=1; e

44、lse qdata4(n)=0; endend% 將判決之后的數(shù)據(jù)存放進(jìn)數(shù)組demodata=zeros(1,nb);demodata(1:ml:(nb-1)=idata3; demodata(2:ml:nb)=qdata3; %為了顯示，將它變成波形信號(hào)（即傳輸一個(gè)1代表單位寬度的高電平）demodata1=zeros(1,nb/delta_T); for q=1:nb demodata1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=demodata(q); end % 累計(jì)誤碼數(shù)% abs(demodata-data)求接收端和發(fā)射端% 數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值，累計(jì)之后就是誤碼個(gè)數(shù)Awgn

45、_num_BER=sum(abs(demodata-data) % 解調(diào)部分（瑞利+高斯）Ray_idata2=Ray_s.*a; Ray_qdata2=Ray_s.*b; % 為了顯示星座圖,將信號(hào)進(jìn)行處理Ray_idata4=zeros(1,nb/2);Ray_qdata4=zeros(1,nb/2);for n=1:nb/2 Ray_ichsum(n)=sum(idata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T; if Ray_ichsum(n)=0 Ray_idata4(n)=1; else Ray_idata4(n)=0; end Ray_qchsum(

46、n)=sum(qdata2(n-1)/delta_T+1:n/delta_T)*delta_T; if Ray_qchsum(n)=0 Ray_qdata4(n)=1; else Ray_qdata4(n)=0; endend % 將判決之后的數(shù)據(jù)存放進(jìn)數(shù)組Ray_demodata=zeros(1,nb);Ray_demodata(1:ml:(nb-1)=Ray_idata4; Ray_demodata(2:ml:nb)=Ray_qdata4; %為了顯示，將它變成波形信號(hào)（即傳輸一個(gè)1代表單位寬度的高電平）Ray_demodata1=zeros(1,nb/delta_T); for q=1:

47、nb Ray_demodata1(q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=Ray_demodata(q); end % 累計(jì)誤碼數(shù)% abs(demodata-data)求接收端和發(fā)射端% 數(shù)據(jù)差的絕對(duì)值，累計(jì)之后就是誤碼個(gè)數(shù)Ray_num_BER=sum(abs(Ray_demodata-data) % % 誤碼率計(jì)算% 調(diào)用了cm_sm32();和cm_sm33(）函數(shù)%聲明： 函數(shù)聲明在另外倆個(gè)M文件中%作用： cm_sm32()用于瑞利信道誤碼率的計(jì)算% cm_sm33()用于高斯信道誤碼率的計(jì)算% ecoh on/off 作用在于決定是否顯示指令內(nèi)容%SNRindB1=0

48、:1:6;SNRindB2=0:0.1:6;% 瑞利衰落信道 for i=1:length(SNRindB1), pb,ps=cm_sm32(SNRindB1(i); % 比特誤碼率 smld_bit_ray_err_prb(i)=pb; smld_symbol_ray_err_prb(i)=ps; disp(ps,pb); echo off; end;% 高斯信道 echo on;for i=1:length(SNRindB1), pb1,ps1=cm_sm33(SNRindB1(i); smld_bit_awgn_err_prb(i)=pb1; smld_symbol_awgn_err_prb(i)=ps1; disp(ps1,pb1); echo off;end;% 理論曲線echo on;for i=1:length(SNRindB2), SNR=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10); theo_err_awgn_prb(i)=0.5*erfc(sqrt(SNR); theo_err_ray_prb(i)=0.5*(1-1/sqrt(1+1/SNR); echo off;end;h = spectrum.welch; %- 輸出顯示部分% 第一部