基于MATLAB构建的移动通信实验教学平台

刘娟，凌家良

（惠州学院电子科学系，惠州 516015）

基于MATLAB构建的移动通信实验教学平台

刘娟，凌家良

（惠州学院电子科学系，惠州 516015）

0　引言

移动通信原理是一门实践性较强、理论性强，且直观性差的课程；很多学生反映比较难懂、抽象。基于MATLAB的仿真能将移动通信原理系统模型实时地显示在多媒体教学平台上，让学生能直观地了解和认识，且仿真时方便调整系统参数，仿真各种条件下的系统性能，对全面了解移动通信系统的工作过程有很大的帮助。

本文利用MATLAB/Simulink构建移动通信仿真实验系统，主要包括调制与解调、扩频与解扩、卷积码编码与解码、GSM移动通信系统、CDMA移动通信系统等模块。下面以调制与解调的数字相位调制为例，介绍该仿真实验系统。数字相位调制，包括基本的BPSK，以及改进的QPSK、DQPSK。

1　QPSK调制与解调

二进制相移键控，记为BPSK或2PSK。2PSK信号的“0”和“1”分别用两种不同的初始相位0和π表示，而其振幅和频率保持不变。

2PSK调制存在的缺点主要有这几个方面［1］：

（1）倒π现象，即采用相干解调时，由于本地载波相位的不确定，有可能把相位0和π颠倒，从而把信号码元“1”和“0”颠倒。

（2）2PSK调制频带效率低，90%功率带宽B=2Rs= 2Rb，频带效率只有1/2。

针对2PSK调制的改进是采用多进制相移键控，即MPSK，当M=4时，称为QPSK。QPSK又称为正交相移键控，QPSK利用载波的四种不同的相位来表示连续两位二进制数的四种不同组合，QPSK信号可以表示为［1-2］：

QPSK信号可以用正交调制方式产生，将式（1）展开得：

式中：

QPSK调制和解调的原理框图如图1所示［3］。

根据QPSK调制与解调原理我们可以利用MATLAB仿真模型实现，如图2所示。

QPSK主要参数设置如表1所示。

图1　QPSK调制与解调原理框图

图2　QPSK调制与解调仿真模型

表1　QPSK主要参数设置

仿真结果如图3、图4和图5所示。

图3　QPSK调制信号波形

图4　QPSK I路解调各点波形

图5　QPSK调制输入与解调输出波形

2　π/4-DQPSK

针对2PSK的倒π现象，在实际运用中，解调一般采用差分检测［4］。在差分检测中，为了兼顾频带效率、包络波开幅度小和能差分检测，就出现了π/4-QPSK。其编码的特点是输入数据串并变换后分成两路数据，先经过差分编码器再与正交载波相乘，原理框图如图6所示［5］。

根据π/4-DQPSK调制与解调原理框，利用MATLAB仿真建模，如图7所示。

主要参数设置如表2，部分参数设置，如信号源速率等与QPSK的相同。

表2　π/4-DQPSK主要参数设置

另外，差分编码本文通过程序模块编程实现，程序清单如下：

仿真结果如图8-图11所示。

图6　π/4-DQPSK调制与解调原理框图

图7　π/4-DQPSK调制与解调仿真模型

仿真结果能很好的帮助学生理解QPSK和π/4-DQPSK调制和解调过程。图10显示，由于噪声的影响，输入输出存在一定的误码。

图8　π/4-DQPSK差分编码后波形　

图9　π/4-DQPSK调制波形

图10　π/4-DQPSK Q路解调波形　

图11　π/4-DQPSK调制输入与解调输出波形

3　相移键控性能分析

为了更好的分析比较各种相移键控的传输性能，接着，我们构建了一个传输性能分析模型，如图12所示。该模型输出BPSK、QPSK和π/4-DQPSK在相同信源速率，不同信噪比下的误码率，如图13所示。

QPSK、π/4-DQPSK的带宽与BPSK的带宽相同，而信息速率是BPSK的2倍，即QPSK、π/4-DQPSK的频带效率可以达到BPSK的2倍，代价是相同误码率下需要更高的信噪比，如图13所示。

图12　BPSK、QPSK和π/4-DQPSK传输性能分析模型

图13　BPSK、QPSK和π/4-DQPSK传输性能

［1］樊昌信.通信原理教程（第三版）［M］.北京：电子工业出版社，2012.12.

［2］马翘楚.基于MATLAB的QPSK系统的设计［D］.吉林大学，2012-09-01.

［3］刘思源，陈建军，张鑫.一种全数字QPSK解调器的MATLAB仿真及设计［J］.南京信息工程大学学报（自然科学版），2014-06-28.

［4］啜钢，王文博，常永宇等.移动通信原理与系统（第2版）［M］.北京：北京邮电大学出版社，2009.

［5］葛飞.π/4-DQPSK基带通信系统设计与仿真［D］.南京理工大学，2012-02-01.

MATLAB；Mobile Communications；Phase Modulation；Experimental System；QPSK

Experimental Teaching Platform of Mobile Communication Based on MATLAB

LIU Juan，LING Jia-liang
（Department of Electronic Science，Huizhou University，Huizhou 516015）

1007-1423（2015）33-0037-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.33.011

刘娟（1978-），女，，江西金溪人，硕士，实验员，研究方向为计算机仿真、实验室建设

2015-10-20

2015-11-10

实验仿真能通过图形化界面联系理论条件与实验过程，同时运用一定的编程达到模拟现实的效果。以MATLAB/ Simulink软件构建移动通信仿真实验平台，并以数字相位调制为例介绍该实验平台在移动通信实验教学中的应用，其仿真实验过程及实验结果直观明了，能很好的帮助学生掌握原理。

MATLAB；移动通信；相位调制；实验系统；QPSK

惠州学院教研教改项目（No.JG2014003）、惠州学院教研教改项目（No.JG2015019）

凌家良（1977-），男，硕士，讲师，研究方向为通信工程、计算机仿真

The experimental simulation can contact theory and experiment process through the graphical interface，and use a certain programming to achieve the effect of simulated reality.Builds the simulation experiment platform of mobile communication by MATLAB/Simulink software，Takes digital phase modulation as an example，and introduces the application of the experimental platform in the experimental teaching of mobile communication.The simulation experiments and the experimental results are intuitive，and can help students master the principles.