基于Simulink的QPSK通信系统仿真

【摘 要】随着计算机技术的快速发展，编程的复杂度越来越小，计算机仿真已然成为现代电子系统和通信系统领域研究的重要方法。本文运用科学计算软件MATLAB的SIMULINK组件对通信系统中QPSK信号的调制解调过程进行建模，通过分析仿真波形可知，仿真波形达到设计要求。

【关键词】Simulink QPSK 调制 解调

1、MATLAB与Simulink简介

随着电子技术的发展，计算机仿真越来越多的应用到电子设计领域。由于仿真技术具有使用成本低、实验周期短、安全性强、可靠性高等等优点，因此广泛的应用于工程设计前期。尽管运用计算机仿真进行设计与实际工程中的设计有许多不同之处，但是随着仿真软件的不断出现，这种差别已经越来越小。随着计算机计算能力的不断增强，编程的复杂程度在逐渐减小，运用计算机进行仿真已成为通信系统领域研究中不可或缺的一部分。

MATLAB语言是由美国MathWork公司推出的计算机软件，经过多年的逐步发展与完善，已经成为国际公认的最优秀的科学计算与数学应用软件之一，其内容涉及矩阵代数、微积分、应用数学、信号与系统、神经网络、电子线路、通信技术、物理、力学等方面。Simulink是MATLAB软件中的一个重要组件，它是一个建立系统方框图并基于方框图的系统仿真环境，是一个对动态系统进行建模，仿真以及提供仿真结果可视化分析的一个软件包。Simulink采用基于时间流的链路级仿真方法 ，将仿真系统建模与实际工程中通用的方框图设计方法统一起来，更加方便的对系统进行可视化建模仿真，并且仿真结果可以实时地通过可视化模块，如示波器模块，频谱仪模块和数据输入输出模块等直接显示出来，大大简化了系统的设计，仿真和调试的过程。

2、QPSK原理及电路模型

通过基带信号改变载波的相位的调制方式称为四相移键控，即QPSK。QPSK信号可表示为：

（1）

式（1）中，可以从（0，2）任意取值，取值个数由调制模式决定在QPSK调制中发送端可取的相位值有四个。是载波的角频率，是第n各个码元的载波相位取值，是一个发送码元的持续时间，它的取值有四种可能。是发送码元的波形函数。从式（1）可以看出，四相调制的波形，其实就是两个正交载波进行相加。

如图1所示是SIMULINK环境下QPSK信号的解调模型。由于把两个正交的2PSK信号相加后可以看成是QPSK信号，所以用两路正交的相干载波去解调，可以很方便地分离出这两路正交的2PSK信号。相干解调后的两路并行码元a和b，经并串转换后，成为串行数据输出。本文对QPSK调制解调的仿真采用相乘的方法产生QPSK信号并用相干解调方式是对其进行解调。事实上在解调的过程中将QPSK信号看做两路正交的2PSK信号的叠加来处理的。

利用调制后的QPSK信号与发送端相同的本地载波将新号解调出来，此时的两路信号分别经过低通滤波整形后经过判决变成单极性信号，最后两路并行的单极性信号经过并/串变换后按奇数位信号和偶数位信号合并成一路串行信号完成QPSK信号的解调工作。在建模过程中，分别调用数值比较模块和Sign函数模块完成抽样判决功能；调用乘法器（Product）、脉冲发生器（Plus Generater）、开关模块（Switch）、单位延迟模块（Unit Delay）完成并＼串转换功能。它实现将奇数位信号和偶数位信号合并成一路串行信号。在矩形脉冲的控制下将两路信号（其中一路将延时）进行合并，所得信号将是原始基带信号。

信号源信号与解调信号对比如图2所示。其上图是信号源信号，下图是QPSK解调信号。经过一定的时间延迟，发送端信号源发送的伯努利二进制随机信号经过QPSK调制和解调后得到了原信号波形，由此可验证QPSK调制解调仿真模型的正确性。

参考文献：

[1]樊昌信 曹丽娜编著。通信原理。国防工业出版社。2010.

[2] 张化光.MATLAB/SIMULINK实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[3]周伟龙，罗飞，聂辉 . Simulink在通信原理课程中的应用[J]. 湖南科技学院学报. 2012.

作者简介：严舒，女，江西九江，1982年4月，单位：九江学院，讲师，研究方向：数字电路与系统的研究。