基于Simulink的QPSK通信系統(tǒng)仿真

【摘 要】隨著計算機技術的快速發(fā)展，編程的復雜度越來越小，計算機仿真已然成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)和通信系統(tǒng)領域研究的重要方法。本文運用科學計算軟件MATLAB的SIMULINK組件對通信系統(tǒng)中QPSK信號的調制解調過程進行建模，通過分析仿真波形可知，仿真波形達到設計要求。

【關鍵詞】Simulink QPSK 調制 解調

1、MATLAB與Simulink簡介

隨著電子技術的發(fā)展，計算機仿真越來越多的應用到電子設計領域。由于仿真技術具有使用成本低、實驗周期短、安全性強、可靠性高等等優(yōu)點，因此廣泛的應用于工程設計前期。盡管運用計算機仿真進行設計與實際工程中的設計有許多不同之處，但是隨著仿真軟件的不斷出現(xiàn)，這種差別已經(jīng)越來越小。隨著計算機計算能力的不斷增強，編程的復雜程度在逐漸減小，運用計算機進行仿真已成為通信系統(tǒng)領域研究中不可或缺的一部分。

MATLAB語言是由美國MathWork公司推出的計算機軟件，經(jīng)過多年的逐步發(fā)展與完善，已經(jīng)成為國際公認的最優(yōu)秀的科學計算與數(shù)學應用軟件之一，其內容涉及矩陣代數(shù)、微積分、應用數(shù)學、信號與系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、電子線路、通信技術、物理、力學等方面。Simulink是MATLAB軟件中的一個重要組件，它是一個建立系統(tǒng)方框圖并基于方框圖的系統(tǒng)仿真環(huán)境，是一個對動態(tài)系統(tǒng)進行建模，仿真以及提供仿真結果可視化分析的一個軟件包。Simulink采用基于時間流的鏈路級仿真方法 ，將仿真系統(tǒng)建模與實際工程中通用的方框圖設計方法統(tǒng)一起來，更加方便的對系統(tǒng)進行可視化建模仿真，并且仿真結果可以實時地通過可視化模塊，如示波器模塊，頻譜儀模塊和數(shù)據(jù)輸入輸出模塊等直接顯示出來，大大簡化了系統(tǒng)的設計，仿真和調試的過程。

2、QPSK原理及電路模型

通過基帶信號改變載波的相位的調制方式稱為四相移鍵控，即QPSK。QPSK信號可表示為：

（1）

式（1）中，可以從（0，2）任意取值，取值個數(shù)由調制模式?jīng)Q定在QPSK調制中發(fā)送端可取的相位值有四個。是載波的角頻率，是第n各個碼元的載波相位取值，是一個發(fā)送碼元的持續(xù)時間，它的取值有四種可能。是發(fā)送碼元的波形函數(shù)。從式（1）可以看出，四相調制的波形，其實就是兩個正交載波進行相加。

如圖1所示是SIMULINK環(huán)境下QPSK信號的解調模型。由于把兩個正交的2PSK信號相加后可以看成是QPSK信號，所以用兩路正交的相干載波去解調，可以很方便地分離出這兩路正交的2PSK信號。相干解調后的兩路并行碼元a和b，經(jīng)并串轉換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。本文對QPSK調制解調的仿真采用相乘的方法產生QPSK信號并用相干解調方式是對其進行解調。事實上在解調的過程中將QPSK信號看做兩路正交的2PSK信號的疊加來處理的。

利用調制后的QPSK信號與發(fā)送端相同的本地載波將新號解調出來，此時的兩路信號分別經(jīng)過低通濾波整形后經(jīng)過判決變成單極性信號，最后兩路并行的單極性信號經(jīng)過并/串變換后按奇數(shù)位信號和偶數(shù)位信號合并成一路串行信號完成QPSK信號的解調工作。在建模過程中，分別調用數(shù)值比較模塊和Sign函數(shù)模塊完成抽樣判決功能；調用乘法器（Product）、脈沖發(fā)生器（Plus Generater）、開關模塊（Switch）、單位延遲模塊（Unit Delay）完成并＼串轉換功能。它實現(xiàn)將奇數(shù)位信號和偶數(shù)位信號合并成一路串行信號。在矩形脈沖的控制下將兩路信號（其中一路將延時）進行合并，所得信號將是原始基帶信號。

信號源信號與解調信號對比如圖2所示。其上圖是信號源信號，下圖是QPSK解調信號。經(jīng)過一定的時間延遲，發(fā)送端信號源發(fā)送的伯努利二進制隨機信號經(jīng)過QPSK調制和解調后得到了原信號波形，由此可驗證QPSK調制解調仿真模型的正確性。

參考文獻：

[1]樊昌信 曹麗娜編著。通信原理。國防工業(yè)出版社。2010.

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[3]周偉龍，羅飛，聶輝 . Simulink在通信原理課程中的應用[J]. 湖南科技學院學報. 2012.

作者簡介：嚴舒，女，江西九江，1982年4月，單位：九江學院，講師，研究方向：數(shù)字電路與系統(tǒng)的研究。