基于MatlabSimulink-的QDPSK調制解調仿真設計與研究

1天津理工大學通信工程專業(yè)設計報告題目：基于Matlab/Simulink的QDPSK調制解調仿真設計與研究學生姓名路真遠報告提交日期QDPSK是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)常用的兩種調制方式之一。QDPSK是四相相對相移鍵控，是一種寬帶和功率相對高效率的信道調制技術。它具有一系列獨特的有點，目前已廣泛應用于無線通信中。本次設計在了解理論的同時，通過MATLAB平臺對QDPSK信號通過高斯信道和瑞利信道的系統(tǒng)進行仿真，并比較在SNR=10dB，20dB，30dB的情況下傳輸誤碼率情況。關鍵詞：QDPSK；瑞利信道；Matlab；Simulink；仿真第一章前言 11.1現(xiàn)代通信的發(fā)展 11.2QDPSK在通信中的運用 1第二章QDPSK的基本原理和設計 32.1QDPSK通信系統(tǒng)的性能指標 3 32.1.2性能分析 32.2QDPSK的調制解調原理 32.2.1QDPSK的調制方式 42.2.2QDPSK的解調方式 8第三章MATLAB/Simulink仿真基礎 3.1MATLAB簡介 3.1.1MATLAB發(fā)展歷程 3.1.2MATLAB特點 3.2MATLAB下的Simulink簡介 3.2.1Simulink建模仿真步驟 3.2.2Simulink下對通信系統(tǒng)的仿真 第四章QDPSK的調制解調仿真 4.1QDPSK調制解調仿真 4.1.2模型文件的參數(shù)配置 4.1.3各信噪比下的Simulink仿真 224.2MATLAB仿真結果 28第五章總結與心得 36參考文獻 37 381第一章前言1.1現(xiàn)代通信的發(fā)展隨著通信技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理在通信系統(tǒng)中的應用越來越重要。數(shù)字信號傳輸系統(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)字調制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對基帶信號進行調制，使其頻譜搬移到適合信道傳輸?shù)念l帶上。數(shù)字調制信號又稱為鍵控信號，在調制的過程中可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅，頻率及相位進行調制。在技術和工藝進步的基礎上，數(shù)字通信中調制解調算法的實現(xiàn)已不再是一件可望不可及的事情。與此同時，人們對通信的要求越來越高，各種技術不斷地應用于通信領域，各種新的通信業(yè)務將不斷地被開發(fā)出來?？梢哉f，無論是通信系統(tǒng)的內在要求（算法復雜性決定接收的質量），還是外在條件（技術和工藝）都在促使通信系統(tǒng)的調制解調向數(shù)字化發(fā)展。通信工程在未來的發(fā)展，要運用無線寬帶網絡技術和云電技術實現(xiàn)無線的城市發(fā)展戰(zhàn)略。如人們可以應用通信技術，實現(xiàn)自身網絡通信的需求，可以在日常生活中通過手機來觀看電視節(jié)目，在手機上進行游戲互動，以及用手機來參加臨時的視頻會議等。將通信技術充分地應用到人們的生活和學習中，不但可以有效地改善人們的生活質量，還可以實現(xiàn)城市的高度信息化和網絡化，將我國的信息現(xiàn)代化水平提升到新的層次，構建全方位、立體化的通信網絡。在通信工程未來的發(fā)展過程中，人們可以實現(xiàn)利用光來進行通訊的技術，并將其應用到網絡技術中，使信息的傳遞和接收更加快速和便捷，而且更容易對網絡通信技術進行科學的管理和規(guī)范，使之更好地為人們服務。同時光通信技術的發(fā)展和應用，以及通信工程質量的提高和服務范圍的擴大，都可以使寬帶的接入和節(jié)點的轉換等網絡技術在通信工程的應用中大大加快，從而為人們的生活和學習帶來翻天覆地的變化。1.2QDPSK在通信中的應用QPSK正交相移鍵控分為絕對相移和相對相移兩種。由于絕對相移方式存在相位模糊問題，所以在實際中主要采用相對移相方式QDPSK。目前已經廣泛應用于無線通信中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調制解調方式。中國的3G制式（CDMA2000，WCDMA,TD-SCDMA）均在下行鏈路上采用QPSK調制。在建筑物較多、地形復雜的地區(qū)就必須用QDPSK來確保信噪2比從而確保通信的準確性和有效性。QDPSK意為四相相對移相鍵控，它是利用前后相鄰碼元之間的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。QDPSK可先將輸入的雙比特碼經碼型變換，再用碼型變換器輸出的雙比特碼進行四相絕對移相，則所得到的輸出信號便是四相相對移相信號。它通常采用的方法是碼變換加調相法和碼變換加相位選擇法。QDPSK是一種寬帶和功率相對高效率的信道調制技術，因此在自適應信道調制技術中得到了較多應用。在通信與電子工程領域，系統(tǒng)仿真技術一直是進行新型通信協(xié)議研發(fā)、通信體制的性能研究、通信系統(tǒng)設計、算法分析和改進、通信信號處理、電子系統(tǒng)設計的重要手段。傳統(tǒng)的仿真技術基于C語言等計算機專業(yè)編程技術，編程的工作量大，仿真程序的可讀性、可重用性、可靠性都很難適應大型復雜通信系統(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，將精力和時間集中到解決科學問題、提出和驗證創(chuàng)新思想和算法上來。MATLAB以及Simulink科學計算、建模和仿真軟件是為了適應這一要求而產生的優(yōu)秀仿真平臺軟件，并已成為全世界科學工作者共同的學術交流工具以及系統(tǒng)仿真界事實上的工業(yè)標準。隨著無線通信頻帶資源的日益緊張，研究和設計自適應信道調制技術體制是建立寬帶移動通信網絡的關鍵技術之一。QDPSK是一種寬帶和功率相對高效率的信道調制技術，因此在自適應信道調制技術中得到了較多應用。利用MATLAB通信仿真軟件對QDPSK數(shù)字通信方式和主要通信過程的實際情況進行計算機模擬仿真具有重要的意義[1]。3第二章QDPSK的基本原理QDPSK是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中常用的調制方式，QDPSK則主要用于自適應信道調制技術。本章主要就QDPSK的基本原理進行介紹，并簡要講述各自的幾種常用的調制解調方法，為以后的系統(tǒng)仿真打下良好的理論基礎。2.1QDPSK通信系統(tǒng)的性能指標2.1.1可靠性指標數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標用差錯率來衡量。差錯率越小，可靠性越高。差錯率也有兩種表達方式誤碼率與誤信率。誤碼率：指接收到的錯誤碼元數(shù)和總的傳輸碼元個數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯誤碼元的概率，記為：Pe=誤信率：又叫誤比特率，是指接收到的錯誤比特數(shù)和總的傳輸比特數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)的錯誤信息量的概率，記為：Pb2.1.2性能分析信號經過調制、信道、解調過程。在接收端，將得到的數(shù)與原始信號源數(shù)據比較，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)的誤碼率曲線圖，并給出各關健點信號圖及星座圖。2.2QDPSK的基本原理四進制的DPSK通常記作QDPSK。QDPSK信號的編碼方式如表2.1和2.2所示。表中的△4θ是相對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應關系也不是唯一的，即A方式中的0°和B方式中的45°不用必須對應雙比特組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2.1QDPSK信號的編碼A方式ab△θab△θ0090°11270°0110180°表2.2QDPSK信號的編碼B方式ab△θab△θ00135°11315°0145°10225°2.2.1QDPSK的調制方式QDPSK信號的產生方法只是需要把輸入的基帶信號先經過碼變換器把絕對碼變成相對碼，然后再去調制載波。QDPSK的調制方法有兩種。第一種方法是相乘電路法，編碼規(guī)則如5圖2.1第一種方法產生A方式QDPSK信號的原理方框圖圖中輸入的基帶信號是二進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，再經過碼變換器將絕對碼信號變成相對碼信號c和d，然后再分別與載波相乘。這里，碼變換器的作用是使由cd產生的絕對相移符合由ab產生的相對相移的規(guī)則。由于當前的一對碼元ab產生的相移是附加在前一時刻已調載波相位基礎之上的。而前一時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系，這十六種關系如表2.3所示。c和d與載波的相乘實際上是完成絕對相移鍵控，這部分電路和QPSK的正交調制器的原理是一樣的，只是這里采用了A方式進行編碼，將圖2.3中的/2相移器換成了兩個/4相移器[3]。例如，如果當前輸入的一對碼元為“10”，那么應該產生的相對相移為180°。另一方面，前一時刻的載波相位有四種可能，即0°,90°,180°,270°,它們分別對應前一時刻變換后的一對碼元的四對取值?，F(xiàn)在的相對相移是180°,假設前一時刻的載波相位為180°,那么當前時刻應該給出的變換后的相位應該為180°加上180°,即0°。當前時刻應該給出的變換后的一對碼元應該為“00”。這也就是說碼變換器將輸入的一對碼元“10”變換成了“00”。碼變換器的電路圖如圖2.2所示。6表2.3QDPSK碼變換關系當前輸入的一對碼元及要求的相對相移前一時刻經過碼變換后的一對碼元及所產生的相位當前時刻應當給出的變換后一對碼元和相位akbk△θk△θk-1ckdk△θk90°90°180°270°90°180°270°90°180°270°90°180°270°270°90°180°270°270°90°180°180°90°180°270°180°270°90°7圖2.2碼變換器電路圖這里注意，上述二進制信號碼元“0”和“1”與不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關系如下：二進制碼元“1”雙極性脈沖“+1”；二進制碼元“0”雙極性脈沖“-1”。只有符合此關系才能得到A方式編碼。第二種QDPSK信號只是需要在串/并變換后需要增加一個碼變換器，電路圖如圖2.3所圖2.3相位選擇法產生QDPSK信號82.2.2QDPSK的解調方式QDPSK的解調方法有兩種，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/4處。此方法和QPSK的解調方法類似，只是多了一步逆碼變換的過程，將相對碼再變成絕對碼。逆碼變換的關系如表2.4所示。圖2.4A方式QDPSK信號極性比較法解調原理框圖9表2.4QDPSK逆碼變換關系前一時刻輸入的一對碼元當前時刻輸入的一對碼元當前時刻應當給出的逆碼變換后的一對碼元ck-1dk-1ckdkakbk000011011000111001010011011010011100110011011011000110100011011001100011QDPSK的另一種解調方法是相位比較法，即差分相干解調。與2DPSK類似，QDPSK也可采用差分相干解調的方法進行解調。只是現(xiàn)在的接收信號分為兩路正交的已調載波信號，因此需要兩個支路進行差分相干解調[3,4]。相位比較法的原理框圖如圖2.5所示。圖2.5A方式QDPSK信號相位比較法解調原理框圖第三章Matlab/Simulink仿真基礎3.1MATLAB簡介3.1.1MATLAB發(fā)展歷程20世紀70年代，美國新墨西哥大學計算機科學系主任CleveMoler為了減輕學生編程的負擔，用FORTRAN編寫了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、SteveBangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場。到20世紀90年代，MATLAB已成為國際控制界的標準計算軟件。盡管MATLAB主要用于數(shù)值運算，但利用為數(shù)眾多的附加工具箱（Toolbox）它也適合不同領域的應用，例如控制系統(tǒng)設計與分析、圖像處理、信號處理與通訊、金融建模和分析等。另外還有一個配套軟件包Simulink，提供了一個可視化開發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面。3.1.2MATLAB特點Matlab具有如下特點1）高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使用戶從繁雜的數(shù)學運算分析中解脫出來2）具有完備的圖形處理功能,實現(xiàn)計算結果和編程的可視化；（3）友好的用戶界面及接近數(shù)學表達式的自然化語言，使學者易于學習和掌握4）功能豐富的應用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等),為用戶提供了大量方便實用的處理工具[5]。3.2Matlab下的simulink簡介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(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操作，就可以構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，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)的仿真結果。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、效率高、貼近實際、等優(yōu)點，基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件應用于Simulink。3.2.1Simulink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，打開一個空白的編輯窗口，如圖3.1所（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）然后用箭頭將各個模塊連接起來。這里應該注意連接的方法：從上一個模塊的連線點開始，按住左鍵不放，拖到下一個連接模塊的連線點為止，系統(tǒng)將自動生成箭頭。（4）設置仿真參數(shù)。選擇菜單命令Simulink→Configurationparameters,就會彈出一個仿真參數(shù)對話框，如圖3.2所示。（5）單擊“startsimulation”按鈕進行系統(tǒng)仿真分析，在仿真的同時，可以觀察仿真結果。如果發(fā)現(xiàn)錯誤，可以立即單擊“stop”按鈕停止仿真，然后對參數(shù)進行修正，直到調整至滿意為止。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)設置窗口3.2.2Simulink下對通信系統(tǒng)的仿真Blockset。在這個庫中包含了十三個子庫，大概有一百七十多個模塊，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。可用于通信系統(tǒng)中從信源到信道，包括編碼、調制、發(fā)射、接收等各個部分的建模，仿真分接下來對通信模塊的常用子庫進行介紹[6]。（1）Commsources模塊庫，為仿真提供各種信號源，這些模塊分成三類：隨機數(shù)據源、序列生成模塊、噪聲產生模塊。（2）Commsinks模塊庫，為仿真提供了四個信宿模塊，用于繪制信號的眼圖，軌跡圖和發(fā)散圖，計算誤碼率。（3）Sourcecoding模塊庫，為仿真提供信源量化、編碼的模塊，包括采樣量化編/解碼器，A律壓縮/擴張器，U律壓縮/擴張器。（4）Errordetectionandcorrection模塊庫，為仿真提供信道編碼的差錯控制和糾錯模塊，包括hamming碼、BCH碼、循環(huán)碼、卷積碼。（5）Interleaving模塊庫，為仿真提供各種實現(xiàn)信號交織功能的模塊。（6）Modulation模塊庫，為仿真提供實現(xiàn)信號調制解調的模塊，可以分為模擬調制和數(shù)字調制兩個子庫，模擬調制包括“AM”、“CPM”、“FM”、“PM”、“TCM”五種調制模（7）Commfilters模塊庫，為仿真提供發(fā)送/接收濾波器模塊。（8）Channels模塊庫，為仿真提供了四種常見的信道模塊：AWGN信道模塊、二進制對稱信道模塊、多徑瑞利衰落信道模塊和倫琴衰落信道模塊。（9）RFimpairments模塊庫，這是Matlab新增加的模塊庫，用于對射頻信號的各種衰落進行仿真。（10）Synchronization模塊庫，為仿真提供四種鎖相環(huán)模塊，對信號同步功能進行仿（11）Equalizers模塊庫，為仿真提供多種均衡器模塊。（12）Sequenceoperation模塊庫，為仿真提供順序運行模塊。（13）Utilityblocks模塊庫，為仿真提供了十種常用的轉換函數(shù)模塊。第四章QDPSK調制解調仿真Simulink的一個非常突出的優(yōu)點就在于不需要編寫任何程序代碼就可以完成一個復雜系統(tǒng)的仿真，應用十分廣泛。基于Simulink的種種優(yōu)點，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，分別對其工作過程和性能進行仿真和仿真結果分析，最后對QDPSK的性能進行比較。4.1利用Simulink對QDPSK的系統(tǒng)仿真4.1.1Simulink調制建模利用Simulink搭建的系統(tǒng)模型如圖4.1所示。圖4.1QDPSK仿真模型從圖中我們可以看出該模型主要有信源RandomIntegerGenerater、QDPSK調制器、AWGN信道、Rayleigh信道、QDPSK解調器、信宿模塊組成。該模型用到的信宿模塊又具體分為Scope—觀察各個階段信號的波形；ErrorRateCalculation—計算信號的誤碼率，并通過Display顯示出來；EyeDiagramofnoisyQDPSKsignal—輸出眼圖；Discrete.TimeScope模塊—輸出調制信號和傳輸信號的星座圖[6,7]。4.1.2模型文件的參數(shù)配置（1）信源模塊信源RandomIntegerGenerater模塊產生隨機整數(shù)序列0,1,2,3。并將產生的隨機整數(shù)信號傳送至QDPSK調制器。該模塊如圖4.2所示。圖4.2信源模塊這里要求產生的必須是四進制的隨機整數(shù)，因此M-arynumber設置為4。具體的參數(shù)設置如圖4.3所示。圖4.3信源模塊參數(shù)設置（2）QDPSK調制模塊QDPSK調制器的主要作用是將信源產生的四進制隨機序列進行QDPSK調制,使之產生QDPSK信號。該模塊如圖4.4所示。圖4.4QDPSK調制模塊這里注意QDPSK調制模塊的參數(shù)設置與解調模塊的參數(shù)設置必須一致。輸入數(shù)據類型為整型，相位偏移設置為/2。具體的參數(shù)設置如圖4.5所示。圖4.5QDPSK調制模塊參數(shù)設置（3）信道模塊這里信道采用的是AWGN信道模塊和RayleighFading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，實現(xiàn)在不同的噪聲條件下對解調性能的測試，從而得出信噪比與誤碼率的關系。該模塊如圖4.6所圖4.6QDPSKAWGN信道模塊這里的參數(shù)設置應注意，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，觀察相對應的誤碼率、眼圖、星座圖，從而可以對QDPSK系統(tǒng)的性能進行分析。具體的參數(shù)設置以SRN=20dB為例如圖4.7所示。圖4.7信道模塊參數(shù)設置20RayleighFading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，實現(xiàn)在不同的噪聲條件下對解調性能的測試，從而得出信噪比與誤碼率的關系。該模塊如圖4.8所示。圖4.8QDPSK瑞利噪聲信道模塊這里的參數(shù)設置應注意，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，觀察相對應的誤碼率、眼圖、星座圖，從而可以對QDPSK系統(tǒng)的性能進行分析。具體的參數(shù)設置如圖4.9所示。圖4.9信道模塊參數(shù)設置21（4）QDPSK解調模塊QDPSK解調器的主要作用是將經過信道的QDPSK調制信道進行解調,使之恢復出原來的輸入信號。該模塊如圖4.10所示。圖4.10QDPSK解調模塊QDPSK解調模塊的參數(shù)設置與調制模塊的參數(shù)設置一致。輸入數(shù)據類型為整型，相位偏移設置為/2。具體的參數(shù)設置如圖4.11所示。圖4.11QDPSK解調模塊參數(shù)設置224.1.3各信噪比下的Simulink仿真系統(tǒng)模型搭建完成，參數(shù)也設置好之后，接下來的工作就是對系統(tǒng)進行仿真。運行完成之后，首先信源信號波形如圖4.12所示，調制波形如圖4.13所示信源信號波形Time/s圖4.12信源信號波形調制波形Time/sTime/s圖4.13調制波形然后我們觀察信噪比分別為10dB，20dB，30dB的解調波形。23信噪比為10dB時的解調波形如圖4.14所示解調波形Time/s圖4.14解調波形（SNR=10dB）信噪比為20dB時的解調波形如圖4.15所示。解調波形Time/s圖4.15解調波形（SNR=20dB）24信噪比為30dB時的解調波形如圖4.16所示。解調波形Time/s圖4.16解調波形（SNR=30dB）對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，在這三個不同的信噪比下通過ErrorRateCalculation—計算信號的誤碼率，并通過Display顯示出來，通過Display顯示出來的窗口有三個，最上面的為誤碼率，中間的為傳輸錯誤的碼元個數(shù)，最下面的為傳輸?shù)目偞a元個數(shù)。這里我們采樣頻率設置為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首先來觀察一下信噪比為10dB時系統(tǒng)的誤碼情況、眼圖、星座圖。把高斯信道的信噪比參數(shù)設置為20dB，然后進行系統(tǒng)仿真。運行完成之后，誤碼率如圖4.17所示，眼圖如圖4.18所示，經過信道后的星座圖如圖4.19所示。圖4.17誤碼率（SNR=10dB）25圖4.18眼圖（SNR=10dB）圖4.19星座圖（SNR=10dB）然后將信噪比設置為20dB，仿真結果如下圖所示。圖4.20誤碼率（SNR=20dB）26圖4.21眼圖（SNR=20dB）圖4.22星座圖（SNR=20dB）然后將信噪比設置為30dB，仿真結果如下圖所示。圖4.23誤碼率（SNR=30dB）27圖4.24眼圖（SNR=30dB）圖4.25星座圖（SNR=30dB）由仿真圖可以看出，當信噪比為10dB時，對應的誤碼率為0.2033，傳輸錯誤的碼元數(shù)為1220，“眼睛”張開的程度也非常小；經過信道后的星座圖也非常分散，沒有規(guī)則。信噪比為20dB時，對應的誤碼率為0.1002，傳輸錯誤的碼元數(shù)為601，星座圖較10dB時變得集中。當信噪比進一步增大到30dB時，對應的誤碼率為0.08917，傳輸錯誤的碼元數(shù)為535，而星座圖更加集中。我們可得出結論，隨著系統(tǒng)信噪比的不斷增大，QDPSK系統(tǒng)傳輸錯誤的碼元數(shù)也越少，系統(tǒng)的誤碼率也隨之減小。與此同時，經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S著系統(tǒng)信噪比的增大，QDPSK系統(tǒng)的性能越來越好，越來越有利于信號的準確傳輸。284.2MATLAB仿真結果在MATLAB中，對QDPSK性能的仿真主要來觀察系統(tǒng)的基帶信號，調制信號，解調信號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，對比理論誤碼率曲線以及實際曲線，觀察仿真結果。理論誤碼率公式如下：P圖4.26為理想情況下基帶信號，調制信號，解調輸出信號及各自功率譜密度。從圖中發(fā)現(xiàn)解調輸出信號信號圖形與功率譜密度均與基帶信號功率譜相同。圖4.26理論情況下基帶信號29圖4.27基帶信號功率譜密度圖4.28理想情況下調制信號圖4.29理想情況下調制信號功率譜密度圖4.30理想情況下解調波形圖4.31理想情況下解調輸出功率譜密度圖4.32和圖4.34為高斯噪聲下QDPSK調制信號波形與功率譜密度，從圖中可以看出，在加入高斯噪聲的情況下，調制信號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高斯噪聲下調制信號波形圖4.33高斯噪聲曲線圖4.34高斯噪聲下調制信號功率譜密度圖4.35為高斯噪聲下QDPSK調制信號星座圖，從圖中可以看出，在高斯噪聲的影響下，調制信號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制信號波形與功率譜密度，從圖中可以看出，在加入高斯噪聲的情況下，調制信號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制信號波形圖4.37為瑞利加高斯信道情況下調制信號波形與功率譜密度圖4.38為高斯加瑞利信道情況下調制信號星座圖，從圖中可以看出，在高斯噪聲的影響下，調制信號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。第五章總結與心得此次課程設計做的是QDPSK調制解調的仿真，通過這次長達六周的課程設計，我學會了MATLAB/Simulink仿真系統(tǒng)初步的設計方法，對qdpsk的調制解調過程有了更深的了解。初步了解如何用MATLAB/Simulink這個仿真軟件進行DQPSK調制和解調的設計。雖然在課程設計過程中遇到了不少的麻煩和困難，與此同時也深刻認識到自己存在的許多不足，理論知識的學習有待加強，實踐的能力有所欠缺，遇到困難自己獨立處理有待努力。通過理論知識的初步學習，加上上機的實踐，我漸漸地對Simulink有了一定的認識，但是在將書上的理論方框圖轉換為Simulink模塊的過程中出現(xiàn)了很大的困難，因為對軟件不熟悉的緣故，許多模塊都沒有找到，因此也大大延誤了設計的完成時間。但是在同學和老師的幫助指點下，許多問題得到了解決，同時也讓我對此次設計產生了濃厚的興趣，遇到問題也有了鉆研的精神。這次課程設計不僅鞏固我們在書上學習的基本內容，還在一定程度上提高了我們的動手能力。在這次學習過程中，我不僅鞏固了過去學過的知識，同時還學到了許多書本上沒有學到的知識培養(yǎng)了我對系統(tǒng)的分析能力。只有把理論和實踐結合起來，把理論作為實踐的基礎，把實踐作為理論的延伸，使兩者有機的結合在一起，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在此我衷心感謝同學們在課程設計中給予我的幫助。也衷心感謝老師對我們課程設計的進行指導！參考文獻[1]趙靜,張瑾.基于Matlab的通信系統(tǒng)仿真[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.9[2]王幕坤,劉文責.通信原理[M].石家莊:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1995.[4]王興亮.通信系統(tǒng)原理教程[M].西安:西安電子科技大學出版社,2007:90.105.[5]張志勇，徐彥琴.Matlab教程—基于6.x版本[M].北京:清華大學出版社,2008.[6]施陽.Matlab語言精要及動態(tài)仿真工具Simulink.[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,1997.[7]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析[M].北京:清華大學出版社,2008.Matlab程序：T=0.001;%基帶信號寬度，也就是頻率fc=12/T;%載波頻率ml=2;%調制信號類型的一個標志位nb=100;%傳輸?shù)谋忍財?shù)delta_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)%-------------------------調制部分%基帶信號的產生data=randn(1,nb)>0.5;datanrz=data.*2-1;data1=zeros(1,nb/delta_T);data1((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=datanrz(q);end%串并轉換，將奇偶位數(shù)據分開idata=datanrz(1:ml:(nb-1));qdata=datanrz(2:ml:nb);%QDPSK信號的調制ich=zeros(1,nb/delta_T/2);fori=1:nb/2ich((i-1)/delta_T+1:i/delta_T)=idata(i);endforii=1:N/2a(ii)=sqrt(2/T)*cos(2*pi*fc*t(ii));endidata1=ich.*a;qch=zeros(1,nb/2/delta_T);qch((j1-1)/delta_T+1:j1/delta_T)=qdata(j1);endforjj=1:N/2b(jj)=sqrt(2/T)*sin(2*pi*fc*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);%通過高斯信道再通過瑞利衰落信道%-----------------------------QDPSK解調部分%解調部分（高斯信道）40idata2=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0forn=1:nb/2ifsum(idata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T))>=0idata3(n)=1;elseidata3(n)=0;endifsum(qdata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T))>=0qdata3(n)=1;elseqdata3(n)=0;endend%為了顯示星座圖,將信號進行處理idata4=zeros(1,nb/2);qdata4=zeros(1,nb/2);forn=1:nb/2Awgn_ichsum(n)=sum(idata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T))*delta_T;ifAwgn_ichsum(n)>=0idata4(n)=1;elseidata4(n)=0;endAwgn_qchsum(n)=sum(qdata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T))*delta_T;ifAwgn_qchsum(n)>=0qdata4(n)=1;elseqdata4(n)=0;end41end%將判決之后的數(shù)據存放進數(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（即傳輸一個1代表單位寬度的高電平）demodata1=zeros(1,nb/delta_T);demodata1((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=demodata(q);end%累計誤碼數(shù)%abs(demodata-data)求接收端和發(fā)射端%數(shù)據差的絕對值，累計之后就是誤碼個數(shù)Awgn_num_BER=sum(abs(demodata-data))%解調部分（瑞利+高斯）Ray_idata2=Ray_s.*a;Ray_qdata2=Ray_s.*b;%為了顯示星座圖,將信號進行處理Ray_idata4=zeros(1,nb/2);Ray_qdata4=zeros(1,nb/2);forn=1:nb/2Ray_ichsum(n)=sum(idata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T))*delta_T;ifRay_ichsum(n)>=0Ray_idata4(n)=1;elseRay_idata4(n)=0;end42Ray_qchsum(n)=sum(qdata2((n-1)/delta_T+1:n/delta_T))*delta_T;ifRay_qchsum(n)>=0Ray_qdata4(n)=1;elseRay_qdata4(n)=0;endend%將判決之后的數(shù)據存放進數(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（即傳輸一個1代表單位寬度的高電平）Ray_demodata1=zeros(1,nb/delta_T);Ray_demodata1((q-1)/delta_T+1:q/delta_T)=Ray_demodata(q);end%累計誤碼數(shù)%abs(demodata-data)求接收端和發(fā)射端%數(shù)據差的絕對值，累計之后就是誤碼個數(shù)Ray_num_BER=sum(abs(Ray_demodata-data))%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%誤碼率計算%%調用了cm_sm32();和cm_sm33(）函數(shù)%%聲明：函數(shù)聲明在另外倆個M文件中%%作用：cm_sm32()用于瑞利信道誤碼率的計算%%cm_sm33()用于高斯信道誤碼率的計算%%ecohon/off作用在于決定是否顯示指令內容%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%43%%%%%SNRindB1=0:1:6;SNRindB2=0:0.1:6;%瑞利衰落信道fori=1:length(SNRindB1),[pb,ps]=cm_sm32(SNRindB1(i));smld_bit_ray_err_prb(i)=pb;smld_symbol_ray_err_prb(i)=ps;disp([ps,pb]);echooff;end;%高斯信道echoon;fori=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]);echooff;end;%理論曲線echoon;fori=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));echooff;end;h=spectrum.welch;44%----------------------------輸出顯示部分%第一部分（理想）subplot(3,2,1);plot(data),title('基帶信號');axis([020000-22]);subplot(3,2,2);psd(h,data1,'fs',fs),title('基帶信號功率譜密度');subplot(3,2,3);plot(s),title('調制信號');axis([0500-33]);subplot(3,2,4);psd(h,s,'fs',fs),title('調制信號功率譜密度');subplot(3,2,5);plot(demodata1),title('解調輸出');axis([020000-22]);subplot(3,2,6);psd(h,demodata1,'fs',fs),title('解調輸出功率譜密度');%通過高斯信道figure(2)subplot(2,2,1);plot(s1),title('調制信號(Awgn)');axis([0500-55]);subplot(2,2,2);psd(h,s1,'fs',fs),title('調制信號功率譜密度(Awgn)');subplot(2,2,3);plot(s111),title('高斯噪聲曲線');axis([02000-55]);figure(3)45fori=1:nb/2plot(idata(i),qdata(i),'r+'),title('QDPSK信號星座圖（Awgn）');holdon;axis([-22-22]);plot(Awgn_ichsum(i),Awgn_qchsum(i),'*');holdon;legend('理論值（發(fā)射端）','實際值（接收端）');end%通過瑞利衰落信道再通過高斯信道figure(4)subplot(2,2,1)plot(Ray_s),title('調制信號(Ray+Awgn)');axis([0500-55]);subplot(2,2,2);psd(h,Ray_s,'fs',fs),title('調制信號功率譜密度(Ray)');figure(5)fori=1:nb/2plot(idata(i),qdata(i),'r+'),title('QDPSK信號星座圖（Awgn+Ray）');holdon;axis([-22-22]);plot(Ray_ichsum(i),Ray_qchsum(i),'*');holdon;legend('理論值（發(fā)射端）','實際值（接收端）');endfigure(6)semilogy(SNRindB2,theo_err_awgn_prb,'r'),title('誤碼率曲線');holdon;semilogy(SNRindB1,smld_bit_awgn_err_prb,'r*');holdon;semilogy(SNRindB2,theo_err_ray_prb);holdon;semilogy(SNRindB1,smld_bit_ray_err_prb,'+');xlabel('Eb/No');ylabel('BER');legend('理論AWGN','仿真AWGN','理論Rayleigh','仿真Rayleigh');46cm_sm32：function[pb,ps]=cm_sm32(snr_in_dB)%[pb,ps]=cm_sm32(snr_in_dB)%CM_SM3findstheprobabilityofbiterrorandsymbolerrorfor%thegivenvalueofsnr_in_dB,signaltonoiseratioindB.numofsymbolerror=0;numofbiterror=0;counter=0;snr=10^(snr_in_dB/10);sgma=sqrt(E/snr)/2;%energypersymbol%signaltonoiseratio%noisevariances00=[10];s01=[01];s11=[-10];s10=[0-1];%signalmapping%generationofthedatasourcewhile(numofbiterror<100)fori=1:N,temp=rand;%auniformrandomvariablebetween0and1if(temp<0.25),%withprobability1/4,sourceoutputis"00"dsource1(i)=0;dsource2(i)=0;elseif(temp<0.5),%withprobability1/4,sourceoutputis"01"dsource1(i)=0;dsource2(i)=1;elseif(temp<0.75),%withprobability1/4,sourceoutputis"10"dsource1(i)=1;dsource2(i)=0;else%withprobability1/4,sourceoutputis"11"dsource1(i)=1;dsource2(i)=1;end;end;47%detectionandtheprobabilityoferrorcalculationfori=1:N,ray=raylrnd(0.8);n=sgma*randn(1,2);%2normaldistributedr.vwith0,variancesgmaif((dsource1(i)==0)&(dsource2(i)==0)),r=ray*s00+n;elseif((dsource1(i)==0)&(dsource2(i)==1)),r=ray*s01+n;elseif((dsource1(i)==1)&(dsource2(i)==0)),r=s10*ray+n;elser=s11*ray+n;end;%Thecorrelationmetricsarecomputedbelowc00=dot(r,s00);c01=dot(r,s01);c10=dot(r,s10);c11=dot(r,s11);%Thedecisionontheithsymbolismadenextc_max=max([c00,c01,c10,c11]);if(c00==c_max),decis1=0;decis2=0;elseif(c01==c_max),decis1=0;decis2=1;elseif(c10==c_max),decis1=1;decis2=0;elsedecis1=1;decis2=1;end;%Incrementtheerrorcounter,ifthedecisionisnotcorrectsymbolerror=0;if(decis1~=dsource1(i)),numofbiterror=numofbiterror+1;symbolerror=1;end;if(decis2~=dsource2(i)),numofbiterror=numofbiterror+1;symbolerror=1;end;if(symbolerror==1),numofsymbolerror=numofsymbolerror+1;end;48endcounter=counter+1;endps=numofsymbolerror/(N*counter);pb=numofbiterror/(2*N*counter);%sincetherearetotallyNsymbols%since2Nbitsaretransmittedcm_sm33：function[pb1,ps1]=cm_sm33(snr_in_dB)%[pb,ps]=cm_sm32(snr_in_dB)%CM_SM3findstheprobabilityofbiterrorandsymbolerrorfor%thegivenvalueofsnr_i