基于MATLAB的QDPSK通信系统仿真

基于MATLAB的QDPSK通信系统仿真

摘 要

针对信号与系统课程及电子信息类专业的特点, 提出将MATLAB引入到信号与系统课程的教与学中, 既能加强学生对理论知识的掌握及提高解决实际问题的能力, 又能为课堂教学及教学方法和手段的改革增添活力。

MATLAB的出现使“信号与系统”课程的计算机辅助教学更为便捷。本文详细论述了使用MATLAB工具将“信号与系统”中复杂的理论计算和绘图等抽象问题通过编程变得简单而直观。MATLAB的运用大大改善了“信号与系统”的教学方法和手段,丰富了教学内容,取得了良好的教学效果,对于教学水平的提高十分有益利用MATLAB平台的SIMULINK功能编写了一套QDPSK通用功能模块库，并在此基础上进行了多项可视化仿真,较好地显示了数字通信的工作方式和优越性，以及采用SIMULINK进行仿真的良好的演示效果，为QDPSK系统的研究提

供了一个较好的软件平台。

关键字: 通信系统; 仿真; QDPSK

引言

在通信与电子工 程领域，系统仿真技术一直是进行新型通信协议研发、通信体制的性能研究、通信系统设计、算法分析和改进、通信信号处理、电子系统设计的重要手段。传统的仿真技术基于C语言等计算机专业编程技术，编程的工作量大，仿真程序的可读性、可重用性、可靠性都很难适应大型复杂通信系统仿真的需要。通信与电子工程师和科研工作者迫切需要一种仿真工具，以摆脱繁杂的编程工作，将精力和时间集中到解决科学问题、提出和验证创新思想和算法上来。MATLAB以及Simulink科学计算、建模和仿真软件是为了适应这一要求而产生的优秀仿真平台软件，并已成为全世界科学工作者共同的学术交流工以及系统仿真界事实上的工业标准。现在，我国教育科研部门对MATLAB的地位和重要作用也逐渐达成了共识，尤其是在硬件设施有限、科研经费不足的情况下，MATLAB的广泛应用必将大大提升我国科教事业的基础研究水平。

目 录

1 课程设计目的…………………………………………………………1

2 课程设计要求…………………………………………………………1

3 相关知识………………………………………………………………1

4 课程设计分析…………………………………………………………2

5 程序代码………………………………………………………………4

6 运行结果………………………………………………………………6

7 参考文献………………………………………………………………7

1.课程设计目的

（1）加深对QDPSK系统基本理论知识的理解。

（2）培养独立开展科研的能力和编程能力。

（3）掌握基本的QDPSK系统应用。

2.课程设计要求

（1）掌握课程设计的相关知识、概念清晰。

（2）程序设计合理、能够正确运行。

3 相DQPSK关知识

3.1 QDPSK通信系统

所谓四相相对移相键控也是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。若以前一码元相位作为参考，并令△φ为本码元与前一码元的初相差，则信息编码与载波相位变化仍可用QPSK信号相位编码逻辑关系表来表示。

对于DQPSK而言，可先将输入的双比特码经码型变换，再用码型变换器输出的双比特码进行四相绝对移相，则所得到的输出信号便是四相相对移相信号。通常采用的方法是码变换加调相法和码变换加相位选择法。

本设计用差分编码实现绝对码和相对码的转换，转换后分别在不同信噪比的信道中运行，同时，运行结果输入显示器和示波器，根据结果分析其在不同信噪比下系统的解调性能。这样，实现了DQPSK数字信号频带传输系统的设计与建模。

3.2设计平台

Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

Simulink是一种可视化工具。构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB; 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行

算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

2 系统设计

2.1 总体方案设计

本系统主要包括以下4个模块：

1、DQPDK调制模块；

2、可调信道模块；

3、DQPSK解调模块；

4、误码率计算模块。

总体方案设计如图1所示。

图1 系统总体方案设计

2.2具体模块设计

2.2.1 DQPSK调制模块的设计

DQPSK调制模块包含随机数发生器、差分编码器、DQPSK调制器。随机数发生器产生随机的二进制基带信号，由差分编码器进行差分编码，将绝对码转换为相对码，相对码经过DQPSK调制器调制产生DQPSK码。在Simulink里的模块化结构如图2所示。

图2 DQPSK调制模块设计

2.2.2 可调信道模块的设计

系统可调信道采用了Simulink中的加性高斯白噪声信道，可更改该信道的信噪比，实现在不同噪声下对解调性能的测试。其机构如图3所示。

图3 可调信道模块设计

2.2.3 DQPSK解调模块的设计

DQPSK解调模块包含差分码反变换器、DQPSK解调器，其中，DQPSK解调器用于将接收到的DQPSK码解调为相应的相对码，差分码反变换器将相对码转换为绝对码。在Simulink里的模块化结构如图4所示。

图4 DQPSK解调模块设计

2.3 系统总体设计

系统总体设计如图5所示。

图5 系统总体设计

2.4 模型文件的参数配置

将电路图连好后，依次对各模块和器件进行相应的参数配置。

在进行DQPSK调制时，根据实际要求分别要对基带信号、差分编码器、DQPSK调制器参数进行设置。

基带信号的的参数设置如图6所示。

图6 基带信号参数设置

差分编码器的参数设置如图7所示。

图7 差分编码器参数设置

DQPSK调制器的参数设置如图8所示。

图8 DQPSK调制器参数设置

3 仿真与结果分析

接下来就是对构建的系统进行仿真。运行完后，可以通过示波器和显示器观察解调结果。当信道的信噪比为1时的解调波形如图9所示。

(a)解调波形

(b)误码率

图9 信噪比为1时的解调波形及误码率

图9中第一路信号为基带信号，第二路信号为解调信号。从图中可以看出解调信号与基带信号相差较大，误码率大。

当信道的信噪比为5时的解调波形以及误码率如图10所示。

(a)解调波形

(b)误码率

图10 信噪比为5时的解调波形及误码率

从图10中可以看出当信噪比增大到5时，解调信号与基带信号相差变小，误码率减小。

当信道的信噪比为10时的解调波形以及误码率如图11所示。

(a)解调波形

(b)误码率

图11 信噪比为10时的解调波形及误码率

由图11可以看出，当信道信噪比增大时，解调信号与基带信号的相差进一步减小，误码率也减小到0.09524。

由以上仿真结果可以看出：当信道的信噪比越大，解调误码率越低，系统化的解调性能越好。

4 出现的问题及解决办法

(1)第一次接触Simulink，对软件不熟悉，很多模块找不到，为此花费了大量的时间和精力。后面，去图书馆借了本专业的书籍进行参考，经过一个下午的学习，终于熟悉了Simulink，现在已能迅速找到相关模块了。

(2)对于参数的设置不能正确的把握，结果有时导致图像很粗糙或者不完整，特别是信道模块的参数影响着最后的结果。在老师的帮助下，在老师的帮助下，我明白了各种参数设置的原理，然后设置好了各个参数。

5. 总结

此次通信原理课程设计只有短短的两周时间，在这两周时间里，我学会了用MATLAB/Simulink仿真系统初步的设计方法。初步了解了如何用MATLAB/Simulink这个仿真软件进行DQPSK调制和解调的设计。虽然在课程设计过程中遇到了不少的麻烦和困难，与此同时也深刻认识到自己存在的许多不足，理论知识的学习有待加强，实践的能力有所欠缺，遇到困难自己独立处理有待努力，

在课程设计之前，我查阅了相关书籍，但是理论的学习并没有让我体会到课程设计的真谛，光凭理论实在无法实现书中所要表达的内容，因此上机实践很关键。通过理论知识的初步学习，加上上机的实践，我渐渐地对Simulink有了一定的认识，但是在将书上的理论方框图转换为Simulink模块的过程中出现了很大的困难，因为对软件不熟悉的缘故，许多模块都没有找到，因此也大大延误了设计的完成时间。但是在同学和老师的帮助指点下，许多问题得到了解决，同时也让我对此次设计产生了浓厚的兴趣，遇到问题也有了钻研的精神。这次课程设计不仅巩固我们在书上学习的基本内容，还在一定程度上提高了我们的动手能力。

在这次课程设计中，我不仅巩固了过去学过的知识，同时还学到了许多书本上没有学到的知识培养了我对系统的分析能力。通过这次课程设计，我深刻的了解到，理论与实际的结合是十分重要的，单纯的理论知识学习无法培养我们实际动手能力。只有把理论和实践结合起来，把理论作为实践的基础，把实践作为理论的延伸，使两者有机的结合在一起，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，

两周的时间很快就过去了，但是这段时间里的收获和感触却是我的一大笔财富。在此我衷心感谢同学们在课程设计中给予我的无私帮助，共同学习。也衷心感谢老师不辞辛苦对我们课程设计的进行指导，感谢大家！

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