【MATLAB源码-第265期】基于simulink的DQPSK调制解调系统仿真，未直接调用模块并且手动实现，输出各节点波形图。

news2024/12/23 15:45:08

操作环境：

MATLAB 2013a / 2013b

1、算法描述

差分正交相移键控（DQPSK）调制解调系统是一种非常成熟的数字通信技术，主要用于传输数据中的相位变化，而非绝对相位。这一特性使得它对信号中的相位抖动和其他干扰具有更高的鲁棒性。整个DQPSK系统的工作核心在于调制阶段传递数据时，通过对信号相位的变化来传递比特信息，而解调阶段则根据接收到的相位变化来还原原始数据。

系统概述

DQPSK系统可以分为调制器和解调器两部分，分别用于发送和接收数据。在调制器部分，系统的输入是一串数字信号，即比特流。这个比特流代表要传输的原始数据。在DQPSK调制中，数据通过相位的变化进行编码，不同的比特组合对应不同的相位差。与传统的正交相移键控（QPSK）不同，DQPSK使用的是信号的相对相位，而非绝对相位。这种设计的优势在于，在接收端，解调器不需要准确同步载波的相位，而只需要跟踪信号的相位变化。

解调器的作用是接收由调制器发出的调制信号，通过对相位变化的解析，还原出原始的比特流。由于DQPSK依赖的是相位差，因此接收端可以忽略信号的绝对相位值，减少了同步复杂度和误码率。

调制过程

在调制器部分，DQPSK的工作原理可以概括为：将输入的数字比特流转换为相位的变化。在实际操作中，调制器首先将比特流进行分组，通常是两位一组，因为在正交相移键控中，一对比特组合可以用四种不同的相位变化来表示。这四种相位变化代表四个可能的信号状态，分别对应00、01、10、11四种比特组合。

为了使接收端能够轻松恢复信号，DQPSK调制通过将每一对比特组合映射为当前信号相位相对于上一个信号的相位变化来传递信息。具体来说，调制器会根据输入的比特对，决定输出信号的相位是增加还是减少，或者保持不变。这种相位的差分编码方式使得系统在传输过程中，能够抵御由于载波抖动或其他相位干扰带来的误差，因为接收端只需要解码相对相位的变化，而不需要解码载波的绝对相位。

DQPSK系统的一个显著特点是其相对简化的同步要求。在传统的QPSK系统中，接收端必须与发送端保持精确的相位同步，这对于无线信道中多径干扰和相位抖动的抗干扰能力要求很高。而在DQPSK中，发送和接收之间的相位变化是关键，接收端不需要知道确切的初始相位位置。这一设计大大简化了系统的实现，尤其是在信道条件较差或信号噪声较大的情况下，性能提升更加明显。

解调过程

解调是整个系统的另一重要部分。在接收端，调制信号通过信道传输到解调器。与调制过程相反，解调器的任务是通过信号的相位变化，还原出最初传输的比特流。由于DQPSK使用的是差分相位编码，解调器并不需要准确的载波相位信息，而只需要提取每个时刻的相对相位变化即可。

解调器首先对接收到的信号进行采样和滤波，以提取出相位信息。接着，解调器会分析相位的相对变化，将这些相位变化转化为相应的比特对。例如，如果在接收到的信号中，某次相位变化表示从初始状态旋转了45度，那么解调器可以将这一相位变化对应的比特对（例如00）输出。通过持续监测信号的相位变化，解调器可以准确地还原出整个比特流。

在整个解调过程中，差分相位的使用极大地增强了系统对噪声和干扰的抵抗能力。即使在无线通信中出现信号抖动或路径衰落，DQPSK系统仍然能够稳定地提取出信号中的相对相位变化，从而正确地解码出比特信息。

频谱效率与抗干扰能力

DQPSK系统由于其调制方式的设计，具备较高的频谱效率。与二进制相移键控（BPSK）相比，DQPSK使用的相位状态更多，每一相位变化能够传递两位比特信息，这使得系统可以在同样的频率带宽下传输更多的数据。这种效率的提升使得DQPSK广泛应用于现代通信系统中，尤其是在需要高数据传输率和高频谱利用率的场景。

同时，由于DQPSK系统不依赖于绝对相位，解调过程中的相位偏移或噪声干扰对信号的影响相对较小。这意味着即使在无线信道中存在相位抖动、频率偏移或多径干扰，DQPSK解调器依然可以有效地恢复信号。因此，这种调制方式常用于卫星通信、移动通信等容易受环境干扰的场景中。