基于MatlabSimulink的QDPSK调制解调仿真设计与研究报告.docx

1、基于MatlabSimulink的QDPSK调制解调仿真设计与研究报告通信工程专业设计报告题目：基于Matlab/Simulink的QDPSK调制解调仿真设计与研究毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权

2、说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法

3、律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入

4、）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表

5、应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论

6、文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及

7、格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

8、 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年

9、月 日摘 要QDPSK是现代数字通信系统常用的两种调制方式之一。QDPSK是四相相对相移键控，是一种宽带和功率相对高效率的信道调制技术。它具有一系列独特的有点，目前已广泛应用于无线通信中。本次设计在了解理论的同时，通过MATLAB平台对QDPSK信号通过高斯信道和瑞利信道的系统进行仿真 ，并比较在SNR=10dB，20dB，30dB的情况下传输误码率情况。关键词：QDPSK；瑞利信道；Matlab；Simulink；仿真 1.1 现代通信的发展.1 1.2 QDPSK在通信中的运用.1 2.1 QDPSK通信系统的性能指标.3 2.1.1可靠性指标.3 2.1.2性能分析.33.1 MATLA

10、B简介.11 3.1.1 MATLAB发展历程.11 3.1.2 MATLAB 特点.113.2 MATLAB下的Simulink简介.11 3.2.2 Simulink下对通信系统的仿真.13 4.2 MATLAB仿真结果.28第一章 前言1.1 现代通信的发展随着通信技术的飞速发展，数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合信道传输的频带上。数字调制信号又称为键控信号，在调制的过程中可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅，频率及相位进行调制。在技术和工艺进步的基础上，

11、数字通信中调制解调算法的实现已不再是一件可望不可及的事情。与此同时，人们对通信的要求越来越高，各种技术不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。可以说，无论是通信系统的内在要求 （算法复杂性决定接收的质量），还是外在条件（技术和工艺）都在促使通信系统的调制解调向数字化发展。通信工程在未来的发展，要运用无线宽带网络技术和云电技术实现无线的城市发展战略。如人们可以应用通信技术，实现自身网络通信的需求，可以在日常生活中通过手机来观看电视节目，在手机上进行游戏互动，以及用手机来参加临时的视频会议等。将通信技术充分地应用到人们的生活和学习中，不但可以有效地改善人们的生活质量，还可以实现城

12、市的高度信息化和网络化，将我国的信息现代化水平提升到新的层次，构建全方位、立体化的通信网络。在通信工程未来的发展过程中，人们可以实现利用光来进行通讯的技术，并将其应用到网络技术中，使信息的传递和接收更加快速和便捷，而且更容易对网络通信技术进行科学的管理和规范，使之更好地为人们服务。同时光通信技术的发展和应用，以及通信工程质量的提高和服务范围的扩大，都可以使宽带的接入和节点的转换等网络技术在通信工程的应用中大大加快，从而为人们的生活和学习带来翻天覆地的变化。1.2 QDPSK在通信中的应用QPSK正交相移键控分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移

13、相方式QDPSK。目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。中国的3G制式（CDMA2000，WCDMA,TD-SCDMA）均在下行链路上采用QPSK调制。在建筑物较多、地形复杂的地区就必须用QDPSK来确保信噪比从而确保通信的准确性和有效性。QDPSK意为四相相对移相键控，它是利用前后相邻码元之间的载波相对相位变化来表示数字信息。QDPSK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。它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。QDPSK是一种宽带和功率相对高效率的信道调制技术，因

14、此在自适应信道调制技术中得到了较多应用。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具以

15、及系统仿真界事实上的工业标准。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是一种宽带和功率相对高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较多应用。利用MATLAB通信仿真软件对QDPSK数字通信方式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意义1。 第二章 QDPSK的基本原理QDPSK是现代数字通信系统中常用的调制方式，QDPSK则主要用于自适应信道调制技术。本章主要就QDPSK的基本原理进行介绍，并简要讲述各自的几种常用的调制解调方法，为以后的系统仿真打下良好的理论基础。2.1 QDPSK通信系统的性

16、能指标 2.1.1可靠性指标 数字通信系统的可靠性指标用差错率来衡量。差错率越小，可靠性越高。差错率也有两种表达方式误码率与误信率。 误码率：指接收到的错误码元数和总的传输码元个数之比，即在传输中出现错误码元的概率，记为： （2.1.1）误信率：又叫误比特率，是指接收到的错误比特数和总的传输比特数之比， 即在传输中出现的错误信息量的概率，记为： （2.1.2） 2.1.2 性能分析 信号经过调制、信道、解调过程。在接收端，将得到的数与原始信号源数据比较，得到在特定信噪比下的误码率。改变系统信噪比，从而得到系统的误码率曲线图，并给出各关健点信号图及星座图。2.2 QDPSK的基本原理四进制的DP

17、SK通常记作QDPSK。QDPSK信号的编码方式如表2.1和2.2所示。表中的是相对于前一相邻码元的相位变化。与QPSK相同，QDPSK也有A、B两种编码方式。A方式中的分别取0、90、180、270；B方式中的分别取45、135、225、315。A方式和B方式的区别在于两者的星座图上相差45；并且两者和格雷码双比特组间的对应关系也不是唯一的，即A方式中的0和B方式中的45不用必须对应双比特组01，只要两星座图的相位不变，它们就依然属于A方式或者B方式2。 表2.1 QDPSK信号的编码A方式abab00901127001010180表2.2 QDPSK信号的编码B方式abab00135113

18、150145102252.2.1 QDPSK的调制方式QDPSK信号的产生方法只是需要把输入的基带信号先经过码变换器把绝对码变成相对码，然后再去调制载波。QDPSK的调制方法有两种。第一种方法是相乘电路法，编码规则如表2.1和表2.2所示，原理方框图如图2.1所示。图2.1第一种方法产生A方式QDPSK信号的原理方框图图中输入的基带信号是二进制不归零双极性码元，它被 “串/并变换”电路变成两路码元a和b。变成并行码a和b后，再经过码变换器将绝对码信号变成相对码信号c和d，然后再分别与载波相乘。这里，码变换器的作用是使由cd产生的绝对相移符合由ab产生的相对相移的规则。由于当前的一对码元ab产生

19、的相移是附加在前一时刻已调载波相位基础之上的。而前一时刻的相位有四种取值，故码变换器的输入ab和输出cd之间有十六种可能的关系，这十六种关系如表2.3所示。c和d与载波的相乘实际上是完成绝对相移键控，这部分电路和QPSK的正交调制器的原理是一样的，只是这里采用了A方式进行编码，将图2.3中的/2相移器换成了两个/4相移器3。例如，如果当前输入的一对码元为“10”，那么应该产生的相对相移为180。另一方面，前一时刻的载波相位有四种可能，即0，90，180，270，它们分别对应前一时刻变换后的一对码元的四对取值。现在的相对相移是180，假设前一时刻的载波相位为180，那么当前时刻应该给出的变换后的

20、相位应该为180加上180，即0。当前时刻应该给出的变换后的一对码元应该为“00”。这也就是说码变换器将输入的一对码元“10”变换成了“00”。码变换器的电路图如图2.2所示。表2.3 QDPSK码变换关系当前输入的一对码元及要求的相对相移前一时刻经过码变换后的一对码元及所产生的相位当前时刻应当给出的变换后一对码元和相位 ak bkkck-1 dk-1k-1ck dkk0 0900 00 11 11 00901802700 11 11 00 09018027000 100 00 11 11 00901802700 00 11 11 00901802701 12700 00 11 11 0090

21、1802701 00 00 11 1270090180 1 01800 00 11 11 00901802701 11 00 00 1180270090图2.2码变换器电路图这里注意，上述二进制信号码元“0”和“1”与不归零双极性矩形脉冲振幅的关系如下：二进制码元“1” 双极性脉冲“+1”；二进制码元“0” 双极性脉冲“-1”。只有符合此关系才能得到A方式编码。第二种QDPSK信号只是需要在串/并变换后需要增加一个码变换器，电路图如图2.3所示。图2.3 相位选择法产生QDPSK信号2.2.2 QDPSK的解调方式QDPSK的解调方法有两种，一种为极性比较法，另一种为相位比较法。极性比较法的原

22、理框图如图2.4所示。这里为保证最佳接收，参考矢量的相位必须在取在正负/4处。此方法和QPSK的解调方法类似，只是多了一步逆码变换的过程，将相对码再变成绝对码。逆码变换的关系如表2.4所示。图2.4 A方式QDPSK信号极性比较法解调原理框图表2.4 QDPSK逆码变换关系前一时刻输入的一对码元当前时刻输入的一对码元当前时刻应当给出的逆码变换后的一对码元 ck-1 dk-1ck dkak bk0 000110110 001110010 100110110100111001 100110110110001101 00011011001100011QDPSK的另一种解调方法是相位比较法，即差分相干

23、解调。与2DPSK类似，QDPSK也可采用差分相干解调的方法进行解调。只是现在的接收信号分为两路正交的已调载波信号，因此需要两个支路进行差分相干解调3,4。相位比较法的原理框图如图2.5所示。图2.5 A方式QDPSK信号相位比较法解调原理框图第三章 Matlab/Simulink仿真基础3.1 MATLAB简介3.1.1 MATLAB发展历程 20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLA

24、B推向市场。到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。尽管MATLAB主要用于数值运算，但利用为数众多的附加工具箱（Toolbox）它也适合不同领域的应用，例如控制系统设计与分析、图像处理、信号处理与通讯、金融建模和分析等。另外还有一个配套软件包Simulink，提供了一个可视化开发环境，常用于系统模拟、动态/嵌入式系统开发等方面。3.1.2 MATLAB特点Matlab具有如下特点：（1）高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；（2） 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化；（3） 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使

25、学者易于学习和掌握；（4） 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具5。3.2 Matlab下的simulink简介 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。在该环境中只要通过简单的鼠标操作，就可以构造出复杂的系统。Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、效率高、贴近实际、等优点，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应用于Simulink。3.2.1 Simulink建