基 于 M A T L A B / S I M U L I N K 的 Q D P S K 通 信 系 统 仿 真 基于 MATLAB/SIMULINK 的 QDPSK 通信系统仿真 Simulation for QDPSK Digital Communication System Based on MATLAB’s SIMULINK 谢 斌 蔡 虔 钟文涛 Xie Bin Cai Qian Zhong Wentao （江西理工大学信息工程学院，赣州 341000） （Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000） 摘 要: 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 数字通信系统的研究提 供了一个较好的软件平台。 关键字: 通信系统; 仿真; QDPSK 中图分类号：TP331 文献标识码：A 文章编号：1671-4792-(2006)11-0036-03 Abstract: This paper gives a group of module library for digital communication function applying MATLAB’s SIMULINK function，and offer a group of software to perform the visualizing simulation. The software perfectly shows the advantage and the process of normal digital communication. More over, it provides a software base for further study on QDPSK Digital communication. Keywords: Communication System; Simulation; QDPSK 0 引言 现实意义，为科学合理地设计和应用QDPSK技术提供了便捷、 在通信与电子工程领域，系统仿真技术一直是进行新型 高效和直观的仿真平台。 通信协议研发、通信体制的性能研究、通信系统设计、算法 1 Q D P S K 技术简介 分析和改进、通信信号处理、电子系统设计的重要手段。传 1.1 调制原理 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 多进制数字相位调制又称多相制，它利用载波的多种不 作量大，仿真程序的可读性、可重用性、可靠性都很难适应 同相位或相位差来表征数字信息的调制方式。QDPSK（四相 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 相对移相调制）信号是利用前后码元之间的相对相位变化来 作者迫切需要一种仿真工具，以摆脱繁杂的编程工作，将精 表示数字信息。若以前一双比特码元相位作为参考，Δφ n 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 为当前双比特码元与前一双比特码元初相差，四相相对码变 上来。MATLAB 以及 Simulink 科学计算、建模和仿真软件是 换的逻辑关系如表一所示。 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 表一 QDPSK 编码与载波相位变化关系 世界科学工作者共同的学术交流工具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。 随着无线通信频带资源的日益紧张，研究和设计自适应 信道调制技术体制是建立宽带移动通信网络的关键技术之 一。QDPSK（四相相对移相调制）是一种宽带和功率相对高 QDPSK 信号的调制通常采用码变换加调相法。先将输入 效率的信道调制技术，因此在自适应信道调制技术中得到了 的双比特码进行码形变换，再用码形变换器输出的双比特码 较多应用。利用 MATLAB 通信仿真软件对 QDPSK 数字通信方式 进行四相绝对移相，所得到的输出信号便是四相相对移相信 和主要通信过程的实际情况进行计算机模拟仿真具有重要的 号（QDPSK 信号），其调制原理如图一所示。图中，串 / 并变 47 

科技广场 2006.11 换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行序列 ab， 码变换器的作用是将输入的双比特码 ab 转换成双比特码 cd， 并且信号 cd 与信号 ab 的关系能够满足表一的要求，此时码 形变换器输出的为四相绝对移相信号（QPSK 信号），最后再 进行绝对调相即可得到 QDPSK 信号。 图一 QDPSK 信号的调制原理图 1.2 解调原理 Q D P S K 信号的解调通常采用码反变换加相干解调法。 QDPSK 信号可以看作两个载波正交 2DPSK 信号的合成，因此 对 QDPSK 信号的解调可以采用与 2DPSK 信号类似的解调方法 进行解调。解调原理如图二所示，它可以看成是由 QPSK 信号 解调器和码反变换器组成，同相支路和正交支路采用相干解 调方式解调，经抽样判决和并 / 串变换器，将上、下支路得 到的并行数据恢复成串行数据，如此即可完成 QDPSK 信号的 解调。 图二 QDPSK 信号的解调原理图 2 系统仿真模型的建立 图三为基于 MATLAB/SIMULINK 的 QDPSK 通信系统仿真模 型。因为传输信道中的噪声干扰会使发射端的功率降低，所 以引入增益（系统增益参数设置为 2.8184），以使发射端信 号在进入信道传输前增大功率，防止功率衰减。 2.1 QDPSK 调制器的构成 (1) 信源模块 本仿真系统信源为自定义模块，此模块为反馈连接方式 构建的反馈移位寄存器。它产生二进制m序列,即带线性反馈 的移位寄存器产生的周期最长的一种序列，共有 4 级移位寄 存器，16 种不同状态。除全“0”状态外，剩下 15 种状态可 用，即由 4 级反馈移位寄存器产生序列的周期最长为 15。 48 图三 QDPSK 通信系统仿真模型 (2)串并变换模块 此模块为自定义模块，串并转换器将输入的二进制序列 依次分为两个并行的双极性序列，每一对序列称为一个双比 特码元，一路为同相支路信号，另一路为正交支路信号。 (3)差分相位编码模块 此模块为自定义模块，差分相位编码器的作用是将串并 模块输出的两个并行序列绝对码变换为相对码（四进制差分 码），然后再进行绝对调相，这样就避免了相位模糊问题。 (4)乘法器及加法器 对载波进行正交调制，最后加法器的输出即为 QDPSK 信 号。 2.2 QDPSK 解调器的构成 (1)乘法器 Produce2 和 Produce3 模块 接收端的两个乘法器完成载波同步解调，同时将接收的 绝对码变换为相对码。 (2)低通滤波器 LPF 和 LPF1 模块 用低通滤波器滤除带外噪声。 (3)解码电路模块 此模块为自定义模块，解码电路完成绝对码到相对码的 转变。 (4)符号取值模块 Sign 和 Sign1 此模块是参数固定的模块，实现的功能为: 若输入为正， 则输出“+1”; 若输入为负，则输出“-1”; 若输入为 0，则 输出“0”。 (5)并串变换模块 此模块为自定义模块，脉冲发生器为采样保持器提供门 控信号。采样保持器对输入信号采样，并保持采样信号波形 输出。 3 仿真结果及分析 为了全面客观地观测整个调制解调过程，在该 QDPSK 通 信系统仿真模型的关键点处都设置了示波器，由信源模块产 生一组 m 序列（100011110101100）作为输入信号。系统仿真 结果如下: QDPSK 调制部分末端波形（由示波器 Scope1 观测）如图 四所示，示波器 Scope1 的四个窗口分别显示: 

①绝对码经差分相位编码器后产生的上支路相对码波 ②绝对码经差分相位编码器后产生的下支路相对码波 形; 形; ③ QDPSK 信号调制后的波形; ④信道中的高斯噪声波形。 图四 示波器 Scope1 QDPSK 解调部分末端波形（由示波器 Scope3 观测）如图 五所示，示波器 Scope3 的四个窗口分别显示: ①解码电路输出的上支路信号经符号取植模块后输出的 信号; ②解码电路输出的下支路信号经符号取植模块后输出的 信号; ③两路并行接受信号经并串变换后输出的一路串行信 号; 基 于 M A T L A B / S I M U L I N K 的 Q D P S K 通 信 系 统 仿 真 图六 示波器 Scope 同相支路和正交支路均加入了差分编码器，将绝对码变为相 对码，然后再进行相位调制，这样就避免了相位模糊问题， 减小了误码数，降低了系统差错率，从而改善了传输质量。 由此可见，该系统能够很好地模拟 QDPSK 数字通信系统。 4 结束语 MATLAB 是现在很流行的用于科学计算的软件工具,它集 数值分析、矩阵运算、信号处理、图像显示等多种功能于一 体,提供了一个高性能的科学计算环境,因此在通信、自动化 等领域都得到了广泛的应用。同时也是理论教学和实验教学 的有力工具。借助于 MATLAB 可大大地拓宽研究分析的视野, 提高研究设计的效率,具有重要的推广和应用价值。本文利 用MATLAB的SIMULINK功能模块成功地对QDPSK通信系统进行 了可视化仿真,并给出了较详细的实现方法和仿真范例,开发 出一整套应用模块库, 通过调用各种功能模块实时反映了 Q D P S K 的调制解调过程，具有很好的演示作用，并且由于 SIMULINK 的模块直观，易于在原软件上进行各种操作修改， 为进一步的研究提供了良好的仿真平台。 ④双极性信号经 Fcn2 模块后变为单极性二进制信号。 参考文献 [1]曹志刚，钱亚生.现代通信原理[M]．北京:清华大学 出版社，1993. [2]施阳．MATLAB 语言精要及动态仿真工具 SIMULINK [M]．西安：西北工业大学出版社，1997. [3]张志勇．精通 MATLAB6.5[M] ．北京:北京航空航天 大学出版社，2003. [4]姚俊，马松辉．SIMULIMK 建模与仿真[M]．西安:西 安电子科技大学出版社，2002. [5]王立宁，乐光新.MATLAB 与通信仿真[M]．北京:人民 邮电出版社，2000. [6]樊昌信．通信原理[M]．北京:国防工业出版社，2001. 作者简介 谢斌(1977 —)，男，江西赣州人，江西理工大学信息工 程学院讲师，主要研究方向：数字通信和信号处理; 蔡虔(1980 —)，男，江西省赣州市人，江西理工大学信 息工程学院助教，主要研究方向：计算机网络和信号处理; 钟文涛（1980 —）男，江西省赣州市人，江西理工大学 信息工程学院助教，主要研究方向：计算机网络和嵌入式系 统。 49 图五 示波器 Scope3 输入输出仿真结果波形对比（由示波器 Scope 观测）如 图六所示，示波器 Scope 的两个窗口分别显示: ①信宿波形; ②信源波形。 从显示器Display中可以看出系统仿真结果:系统传输差 错率为 0.006;差错码数量为 300;码元总数为 5 × 104。从示 波器 Scope 中可以看出，系统接收端能够很好地恢复信源发 出的数字信号。由于采用的是相对正交移相键控（QDPSK），