通信原理QDPSK的系統(tǒng)仿真

1、沈陽(yáng)理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專 業(yè)電子信息工程課程設(shè)計(jì)題目QDPSK系統(tǒng)仿真評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?2014 年 3月 19日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 院信息科學(xué)與工程專 業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目QDPSK系統(tǒng)仿真實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):利用MATLAB/Simulink進(jìn)行編程和仿真，仿真的內(nèi)容可以是關(guān)于信源、信源編碼、模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制、多元調(diào)制、差錯(cuò)控制、多址技術(shù)、信道仿真及具體通信電路的仿真實(shí)現(xiàn)。也可以用MATLAB編程對(duì)通信的某一具體環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:2014年 03月8 日 選題目查閱資料2014年 03月9 日 編寫(xiě)軟

2、件源程序或建立仿真模塊圖2014年 03月10 日 調(diào)試程序或仿真模型2014年 03月11 日 性能分析及驗(yàn)收2014年 03月12 日 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告、答辯指導(dǎo)教師： 2014年 3月8日專業(yè)負(fù)責(zé)人：2014年 3月8日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：2014年 3月8日沈陽(yáng)理工大學(xué)通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于MATLAB的QDPSK系統(tǒng)仿真The Simulation of QDPSK System Based on MATLAB院（部）名稱： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱： 1目 錄摘 要IAbstractII引 言1第一章 QDPSK的基本原理61.

3、1 QDPSK的基本原理71.1.1 QDPSK調(diào)制81.1.2 QDPSK解調(diào)10第二章 Simulink仿真基礎(chǔ)122.1 Simulink簡(jiǎn)介132.1.1 Simulink基本模塊庫(kù)132.1.2 Simulink建模仿真的一般過(guò)程142.2 Simulink在通信仿真中的應(yīng)用15第三章 利用Simulink及QDPSK進(jìn)行系統(tǒng)仿真173.1 利用Simulink對(duì)QDPSK的系統(tǒng)仿真183.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)183.1.2 各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)193.1.3 系統(tǒng)工作過(guò)程的仿真203.1.4 系統(tǒng)性能的仿真223.2 QDPSK的性能比較23結(jié) 論32參考文獻(xiàn)3333沈陽(yáng)理工大學(xué)通信

4、系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于MATLAB的QDPSK系統(tǒng)仿真摘要： QDPSK是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)常用的兩種調(diào)制方式。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。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(lái)表示數(shù)字信息。本設(shè)計(jì)所用的仿真軟件是Matlab自帶的仿真軟件Simulink。利用Simulink搭建系統(tǒng)仿真模型，詳細(xì)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)QDPSK系統(tǒng)的工作過(guò)程和性能進(jìn)行仿真分析。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。利用Simulink搭建的仿真模型非常簡(jiǎn)單

5、，并且仿真具有良好的演示效果，為數(shù)字通信系統(tǒng)提供了一個(gè)較為理想的軟件仿真平臺(tái)。最終得出的仿真結(jié)果與理論結(jié)果一致，達(dá)到了預(yù)期的仿真效果。The Simulation of QDPSK System Based on MATLABAbstract: QDPSK are two ways of modulation for modern digital communication system. QDPSK is a relatively high power broadband and power channel modulation technique. As a result, it has

6、many applications in the adaptive modulations. The meaning of QPSK is quadrature phase shift keying, which makes use of the four different phases of the carrier to transmit information. The meaning of QDPSK is quadrature differential phase shift keying, which makes use of the relative phase changes

7、of the carrier of the adjacent code elements to transmit information.This design introduces the simulation software called Simulink, which is included in Matlab. Use Simulink to build simulation model. Set the system parameters in detail. Then use the Simulink make system simulation on the working p

8、rocess and performance of QDPSK. Simulink is one of the important components of Matlab. It offers an integrated environment of dynamic system for modeling, simulation, and composite analysis. The simulation model which uses Simulink is very simple and it has a good demonstration effect. So the Simul

9、ink provides a relatively ideal simulation model for digital communication system. 引 言隨著通信技術(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(lái)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(guò)程中可用鍵控的方法由基帶信號(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(lái)越高

10、，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(kāi)發(fā)出來(lái)。可以說(shuō)，無(wú)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。目前應(yīng)用的主流技術(shù)為8PSK,16QAM和64QAM。但在建筑物較多、地形復(fù)雜的地區(qū)就必須用QDPSK來(lái)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(lái)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)相法和碼變換

11、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。目前這兩種調(diào)制方式已經(jīng)廣泛用于無(wú)線通信中，成為現(xiàn)代通信中的十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。Matlab是由美國(guó)的MathWorks公司推出的一種科學(xué)計(jì)算和工程仿真軟件，將高性能的科學(xué)計(jì)算、結(jié)果可視化和編程集中在一個(gè)易于操作的環(huán)境中。目前，在世界范圍內(nèi)被科研工作者、工程技術(shù)人員、和院校師生應(yīng)用，已經(jīng)成為國(guó)際控制界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。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，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造

12、出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。本課題就是在理解QDPSK調(diào)制解調(diào)原理的基礎(chǔ)之上，利用MATLAB7.0平臺(tái)下的Simulink仿真軟件搭建QDPSK調(diào)制解調(diào)仿真模型，實(shí)現(xiàn)其通信系統(tǒng)的仿真，并對(duì)其工作過(guò)程和性能進(jìn)行仿真分析?？傮w來(lái)說(shuō)，與其他數(shù)字調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)相比， QDPSK的工作性能是相當(dāng)好的，它們的

13、誤碼率都隨著信噪比的增加而逐漸減小。具體再來(lái)比較QDPSK的性能。相同誤信噪比情況下，要低于QDPSK，即抗噪聲能力強(qiáng)于QDPSK， QDPSK的應(yīng)用場(chǎng)合更為廣泛。第一章 QDPSK的基本原理QDPSK是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中常用的兩種調(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(jiǎn)要講述各自的幾種常用的調(diào)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)。1.2 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1.3和1.4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。

14、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。表1.3 QDPSK信號(hào)的編碼A方式aBab0090°11270°010°10180°表1.4 QDPSK信號(hào)的編碼B方式aBab

15、00135°11315°0145°10225°1.2.1 QDPSK調(diào)制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(guò)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1.3和1.4所示，原理方框圖如圖1.9所示。圖1.9 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(guò)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由cd產(chǎn)生的絕對(duì)相移

16、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1.5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，這部分電路和圖1.3中的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1.3中的/2相移器換成了兩個(gè)/4相移器3,5。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°，

17、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(shuō)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1.10所示。表1.5 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(guò)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 090°0 00

18、11 11 00°90°180°270°0 11 11 00 090°180°270°0°0 10°0 00 11 11 00°90°180°270°0 00 11 11 00°90°180°270°1 1270°0 00 11 11 00°90°180°270°1 00 00 11 1270°0°90°180°1 0180°0

19、 00 11 11 00°90°180°270°1 11 00 00 1180°270°0°90°圖1.10 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1.11所示。圖1.11 相位選擇法產(chǎn)生QDPSK信號(hào)1.2.2 QDPSK解調(diào)QDPSK的解調(diào)方法有兩種，一種為極性比較法，另一種

20、為相位比較法。極性比較法的原理框圖如圖1.12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(guò)程，將相對(duì)碼再變成絕對(duì)碼。逆碼變換的關(guān)系如表1.6所示。圖1.12 A方式QDPSK信號(hào)極性比較法解調(diào)原理框圖表1.6 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 00011011001100011QDPSK的另一種

21、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)3,6。相位比較法的原理框圖如圖1.13所示。圖1.13 A方式QDPSK信號(hào)相位比較法解調(diào)原理框圖第二章 Simulink仿真基礎(chǔ)2.1 Simulink簡(jiǎn)介Simulink是Matlab的重要組成部分之一，它是一種以框圖為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)仿真工具，并提供了控制系統(tǒng)中的常用模塊庫(kù)。Simulink在Matlab環(huán)境下對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析，支持線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)等多種系統(tǒng)。我們可以這樣來(lái)

22、理解它的名字，它的功能主要有兩個(gè)，一個(gè)為Simulaion（仿真），另一個(gè)為L(zhǎng)ink（連接），組合在一起就是Simulink 名字的由來(lái)了。Simulink提供了一些按功能分類的系統(tǒng)模塊，我們只要用箭頭將我們所選取的模塊連接起來(lái)就能夠完成框圖系統(tǒng)仿真的全部過(guò)程，然后利用Simulink提供的功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和仿真結(jié)果分析。Simulink避免了M文件中需要編寫(xiě)的大量程序，它著重于系統(tǒng)模型的構(gòu)建上。因此，Simulink的一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)就在于不需要編寫(xiě)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7。2.1.1 Simulink基本模塊庫(kù)在Matlab7.0中包含的是Simulin

23、k6.0，在Matlab命令窗口中輸入命令“Simulink”或點(diǎn)擊Matlab工具欄上的Simulink的圖標(biāo)，即可進(jìn)入Simulink窗口，如圖2.2所示。在這個(gè)窗口中我們可以對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行查找，并在查找欄下方窗口中對(duì)所選模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明8,9,10,15。Simulink基本模塊庫(kù)中共包含了一下十六個(gè)子庫(kù)。（1） Commonly used blocks模塊庫(kù)，為仿真提供常用的元模塊。（2） Continuous模塊庫(kù)，為仿真提供連續(xù)系統(tǒng)模塊。（3） Discontinuous模塊庫(kù)，為仿真提供非連續(xù)系統(tǒng)模塊。（4） Discrete模塊庫(kù)，為仿真提供離散模塊。（5） Logic and

24、 bit operations模塊庫(kù)，為仿真提供邏輯運(yùn)算和位運(yùn)算模塊。（6） Lookup tables模塊庫(kù)，為仿真提供線形插值查詢表模塊。（7） Math operations模塊庫(kù)，為仿真提供數(shù)學(xué)運(yùn)算功能模塊。（8） Model verifycation模塊庫(kù)，為仿真提供模型檢測(cè)模塊。 （9） Model-Wide Utilities模塊庫(kù)，為仿真提供模型擴(kuò)充模塊。（10） Port and subsystems模塊庫(kù)，為仿真提供端口和子系統(tǒng)模塊。（11） Signal attributes模塊庫(kù)，為仿真提供信號(hào)屬性模塊。（12） Signal routing模塊庫(kù)，為仿真提供信號(hào)線路模

25、塊。（13） Sinks模塊庫(kù)，為仿真提供接收模塊。（14） Sources模塊庫(kù)，為仿真提供輸入信號(hào)源。（15） Users.defined functions模塊庫(kù)，用戶自定義函數(shù)元件模塊。（16） Additional math &discrete模塊庫(kù)，附加的數(shù)學(xué)函數(shù)和離散型系統(tǒng)模塊。圖2.1 Simulink模塊庫(kù)2.1.2 Simulink建模仿真的一般過(guò)程Simulink建模仿真的一般過(guò)程如下。（1）首先，單擊工具欄上的“新建”圖標(biāo)，打開(kāi)一個(gè)空白的編輯窗口，如圖2.2所示。（2）在Simulink模塊庫(kù)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

26、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(lái)。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(kāi)始，按住左鍵不放，拖到下一個(gè)連接模塊的連線點(diǎn)為止，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SimulationConfiguration parameters,就會(huì)彈出一個(gè)仿真參數(shù)對(duì)話框，如圖2.3所示?？梢栽趫D2.3中進(jìn)行設(shè)置仿真參數(shù)。（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11。圖2.2 空白編輯

27、窗口圖2.3 仿真參數(shù)設(shè)置窗口2.2 Simulink在通信仿真中的應(yīng)用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(kù)Communication Blockset 。在這個(gè)庫(kù)中包含了十三個(gè)子庫(kù)，大概有一百七十多個(gè)模塊，如圖2.4所示。圖2.4 通信模塊庫(kù)窗口該模塊庫(kù)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(diào)制、發(fā)射、接收等各個(gè)部分的建模，仿真分析。接下來(lái)對(duì)通信模塊的常用子庫(kù)進(jìn)行介紹。（1）Comm sources模塊庫(kù)，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）Com

28、m sinks模塊庫(kù)，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(kù)，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(kuò)張器，U律壓縮/擴(kuò)張器。（4）Error detection and correction模塊庫(kù)，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(kù)，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(kù)，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(kù)，模擬調(diào)制包括“AM”、“CPM

29、”、“FM”、“PM”、“TCM”五種調(diào)制模塊。（7）Comm filters模塊庫(kù)，為仿真提供發(fā)送/接收濾波器模塊。（8）Channels模塊庫(kù)，為仿真提供了四種常見(jiàn)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(kù)，這是Matlab新增加的模塊庫(kù)，用于對(duì)射頻信號(hào)的各種衰落進(jìn)行仿真。（10）Synchronization模塊庫(kù)，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(kù)，為仿真提供多種均衡器模塊。（12）Sequence operation模塊庫(kù)，為仿真提供順序運(yùn)行模塊。

30、 （13）Utility blocks模塊庫(kù)，為仿真提供了十種常用的轉(zhuǎn)換函數(shù)模塊12。第三章 利用Simulink對(duì)QDPSK進(jìn)行系統(tǒng)仿真通過(guò)上一章的講述可以了解到Simulink的一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)就在于不需要編寫(xiě)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?；赟imulink的種種優(yōu)點(diǎn)，利用它來(lái)搭建QDPSK系統(tǒng)模型非常簡(jiǎn)便。接下來(lái)我們將利用Simulink搭建QDPSK系統(tǒng)模型，分別對(duì)其工作過(guò)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。3.1利用Simulink對(duì)QDPSK的系統(tǒng)仿真3.1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)利用Simulink搭建的系統(tǒng)模型如圖3.29所示

31、。圖3.29 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、QDPSK解調(diào)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(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(guò)Display顯示出來(lái)；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13,14。3.1.2 各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)（1）信源模塊信源Random Integer Generater模塊產(chǎn)生

32、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3.30所示。圖3.30 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4。具體的參數(shù)設(shè)置如圖3.31所示。圖3.31 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3.32所示。圖3.32 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3.33所示。圖3.33 QDPSK調(diào)制模塊參

33、數(shù)設(shè)置（3）信道模塊這里信道采用的是AWGN信道模塊，它是加性高斯白噪聲信道，可以通過(guò)改變?cè)撔诺赖牡男旁氡?，?shí)現(xiàn)在不同的噪聲條件下對(duì)解調(diào)性能的測(cè)試，從而得出信噪比與誤碼率的關(guān)系。該模塊如圖3.34所示。圖3.34 QDPSK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)置如圖3.35所示。圖3.35 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(guò)信道的QDPSK調(diào)制信道進(jìn)行解調(diào),使之恢復(fù)出原來(lái)的輸入信號(hào)。該模塊如圖3.36所示。圖3.36 QDP

34、SK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3.37所示。圖3.37 QDPSK解調(diào)模塊參數(shù)設(shè)置3.1.3 系統(tǒng)工作過(guò)程的仿真系統(tǒng)模型搭建完成，參數(shù)也設(shè)置好之后，接下來(lái)的工作就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。運(yùn)行完成之后，可以觀察到信源信號(hào)的波形如圖3.38所示。圖3.38 信源信號(hào)波形當(dāng)信噪比為5時(shí)，解調(diào)信號(hào)的波形如圖3.39所示。圖3.39 解調(diào)信號(hào)的波形3.1.4 系統(tǒng)性能的仿真對(duì)QDPSK性能的仿真主要來(lái)觀察不同信噪比條件下的誤碼情況、眼圖、星座圖。關(guān)于誤碼情況我們可以從兩個(gè)接收模塊來(lái)觀察。一個(gè)是觀察不同信噪比條件下的信

35、源信號(hào)和解調(diào)信號(hào)以及兩個(gè)信號(hào)的比較圖若兩個(gè)信號(hào)相同結(jié)果為1，若不同結(jié)果為0；另一個(gè)就是通過(guò)Error Rate Calculation計(jì)算信號(hào)的誤碼率，并通過(guò)Display顯示出來(lái)，通過(guò)Display顯示出來(lái)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)。首先來(lái)觀察一下信噪比為1時(shí)系統(tǒng)的誤碼情況、眼圖、星座圖。把可調(diào)信道的信噪比參數(shù)設(shè)置為1，然后進(jìn)行系統(tǒng)仿真。運(yùn)行完成之后，可以分別觀察到此時(shí)系統(tǒng)的信源信號(hào)和解調(diào)信號(hào)以及兩個(gè)信號(hào)的比較圖如圖3.40所示，誤碼率如圖3.41所示，眼圖如圖3.42所示，經(jīng)過(guò)信道前后的星座圖分別如圖3.43和3.44所示。圖3.

36、40 （上圖）信源信號(hào)波形圖（中圖）解調(diào)信號(hào)（下圖）兩者的比較信號(hào)圖3.41 誤碼率圖3.42 眼圖圖3.43 經(jīng)過(guò)信道前的星座圖圖3.44 經(jīng)過(guò)信道后的星座圖 由仿真圖可以看出，此時(shí)的信噪比比較小，對(duì)應(yīng)的誤碼率為0.4195，比較大，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)為8390，也比較多；此時(shí)的眼圖非常不規(guī)則，“眼睛”張開(kāi)的程度也非常?。唤?jīng)過(guò)信道后的星座圖也非常分散，沒(méi)有規(guī)則。接下來(lái)觀察一下信噪比為5時(shí)系統(tǒng)的誤碼情況、眼圖、星座圖。把可調(diào)信道的信噪比參數(shù)設(shè)置為5，然后進(jìn)行系統(tǒng)仿真。運(yùn)行完成之后，可以分別觀察到此時(shí)系統(tǒng)的信源信號(hào)和解調(diào)信號(hào)以及兩個(gè)信號(hào)的比較圖如圖3.45所示，誤碼率如圖3.46所示，眼圖如圖3.

37、47所示，經(jīng)過(guò)信道后的星座圖如圖3.48所示。（由于改變信噪比，經(jīng)過(guò)信道前的星座圖是不變的，所以就不在給出經(jīng)過(guò)信道前的星座圖了）圖3.45 （上圖）信源信號(hào)波形圖（中圖）解調(diào)信號(hào)（下圖）兩者的比較信號(hào)圖3.46 誤碼率圖3.47 眼圖圖3.48 經(jīng)過(guò)信道后的星座圖由仿真圖可以看出，信噪比為5時(shí)，對(duì)應(yīng)的誤碼率為0.1953，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)為3907，與信噪比為1時(shí)相比，誤碼率小了很多，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)也少了很多；此時(shí)的眼圖依然是非常不規(guī)則，“眼睛”張開(kāi)的程度也非常??；經(jīng)過(guò)信道后的星座圖依然是非常分散的，沒(méi)有規(guī)則。接下來(lái)觀察一下信噪比為10時(shí)系統(tǒng)的誤碼情況、眼圖、星座圖。把可調(diào)信道的信噪比參數(shù)設(shè)

38、置為10，然后進(jìn)行系統(tǒng)仿真。運(yùn)行完成之后，可以分別觀察到此時(shí)系統(tǒng)的信源信號(hào)和解調(diào)信號(hào)以及兩個(gè)信號(hào)的比較圖如圖3.49所示，誤碼率如圖3.50所示，眼圖如圖3.51所示，經(jīng)過(guò)信道后的星座圖如圖3.52所示。（由于改變信噪比，經(jīng)過(guò)信道前的星座圖是不變的，所以就不在給出經(jīng)過(guò)信道前的星座圖了）圖3.49 （上圖）信源信號(hào)波形圖（中圖）解調(diào)信號(hào)（下圖）兩者的比較信號(hào)圖3.50 誤碼率圖3.51 眼圖圖3.52 經(jīng)過(guò)信道后的星座圖由仿真圖可以看出，信噪比為10時(shí)，對(duì)應(yīng)的誤碼率為0.0183，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)為366，與信噪比為5時(shí)相比，誤碼率又小了很多，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)也少了很多；此時(shí)的眼圖依然是非常不規(guī)

39、則，但“眼睛”張開(kāi)的程度稍微大了一些；經(jīng)過(guò)信道后的星座圖與信噪比為1、5時(shí)相比比較集中,以各點(diǎn)發(fā)送信號(hào)為期望值分散于發(fā)送信號(hào)點(diǎn)附近。接下來(lái)觀察一下信噪比為50時(shí)系統(tǒng)的誤碼情況、眼圖、星座圖。把可調(diào)信道的信噪比參數(shù)設(shè)置為50，然后進(jìn)行系統(tǒng)仿真。運(yùn)行完成之后，可以分別觀察到此時(shí)系統(tǒng)的信源信號(hào)和解調(diào)信號(hào)以及兩個(gè)信號(hào)的比較圖如圖3.53所示，誤碼率如圖3.54所示，眼圖如圖3.55所示，經(jīng)過(guò)信道后的星座圖如圖3.56所示。（由于改變信噪比，經(jīng)過(guò)信道前的星座圖是不變的，所以就不在給出經(jīng)過(guò)信道前的星座圖了）圖3.53 （上圖）信源信號(hào)波形圖（中圖）解調(diào)信號(hào)（下圖）兩者的比較信號(hào)圖3.54 誤碼率圖3.55

40、 眼圖圖3.56 經(jīng)過(guò)信道后的星座圖由仿真圖可以看出，信噪比為50時(shí)，對(duì)應(yīng)的誤碼率為0，傳輸錯(cuò)誤的碼元數(shù)為0；此時(shí)的眼圖非常規(guī)則，“眼睛”張開(kāi)的程度很大；經(jīng)過(guò)信道后的星座圖非常集中，幾乎與發(fā)送信號(hào)點(diǎn)完全重合。以上分別對(duì)信噪比為1、5、10、50四種情況下QDPSK的性能進(jìn)行了仿真，有仿真結(jié)果我們可以得出一下結(jié)論。隨著系統(tǒng)信噪比的增大，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(lái)越集中，越來(lái)越接近于經(jīng)過(guò)信道前的星座圖，當(dāng)信噪比足夠大時(shí)，幾乎與經(jīng)過(guò)信道前的星座圖完全相同。接下來(lái)分析一下眼圖，“眼睛”張開(kāi)的程度不僅可以反應(yīng)碼間串?dāng)_的影響，而且可以