基于Simulink的多元數(shù)字相位調(diào)制MPSK系統(tǒng)的仿真

摘 要：通過Simulink仿真模塊對多元數(shù)字相位調(diào)制MPSK系統(tǒng)進行了建模與仿真；結果顯示了8PSK信號頻譜和星座圖，仿真結果與理論分析高度一致；采用Simulink直接MPSK系統(tǒng)進行仿真，達到了最佳設計要求，簡化了設計流程，減輕了設計負擔，體現(xiàn)了其優(yōu)越性能，具有很高的實用價值，可得到廣泛應用。

關鍵詞：Simulink；MPSK系統(tǒng)；仿真

中圖分類號：TN929.533

Simulink是MATLAB仿真軟件中的一個建立系統(tǒng)方框圖和基于方框圖級的系統(tǒng)仿真環(huán)境，是一個對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真并對仿真結果進行分析的軟件包。使用Simulink可以更加方便地對系統(tǒng)進行可視化建模，并進行基于時間流的系統(tǒng)級仿真，使得仿真系統(tǒng)建模與工程中的方框圖統(tǒng)一起來。并且仿真結果可以近乎“實時”地通過示波器、頻譜儀等可視化模塊顯示出來，使得系統(tǒng)的仿真工作大為方便。

1 MPSK的理論基礎

多元數(shù)字相位調(diào)制又稱多相制，是二相制的推廣。它是利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。與二進制數(shù)字相位調(diào)制相同，多元數(shù)字相位調(diào)制也有絕對相位調(diào)制（MPSK）和相對相位調(diào)制（MDPSK）兩種。

設載波為cosωct，則M進制數(shù)字相位調(diào)制信號可表示為

其中，A，B的組合決定了合成矢量的象限。當AB=11時，合成矢量在第1象限；當AB=01時，合成矢量在第2象限；當AB=00時，合成矢量在第3象限；當AB=10時，合成矢量在第4象限。

C控制了電平產(chǎn)生器的輸出幅度，當C=1時，I路電平幅度為0.924，Q路電平幅度為0.382；當C=0時，I路電平幅度為0.382，Q路電平幅度為0.924。如圖2所示為8PSK的星座圖，即合成結果。

其中fb=1/Tb是M進制碼元速率。此時信息速率與MASK相同，是2ASK及2PSK的log2M=k倍。也就是說，MPSK系統(tǒng)的頻帶利用率是2PSK的k倍。

2 MPSK系統(tǒng)的仿真

在理論分析的基礎上，采用MATLAB軟件包中的Simulink仿真模塊建立MPSK調(diào)制器仿真系統(tǒng)模型如圖3所示，將其解調(diào)器激活后，點擊標題攔中的Edit，出現(xiàn)下拉菜單。在點擊菜單中的Look under mask（觀察封裝下），即可彈出MPSK解調(diào)器仿真模型原理框圖，如圖4所示。

分別對仿真系統(tǒng)中各模塊Random-integer Generator（隨機整數(shù)發(fā)生器）、Spectrum Scope（頻譜儀）、Discrete-Time Scatter Diagram（離散時間星座圖儀）、MPSK Modulator Paseband（頻帶MPSK調(diào)制器）、AWGN Channel（加性高斯白噪聲信道）及Error Rate Calculation（誤碼率計算）的參數(shù)進行設置。設置參數(shù)時注意：MPSK中的Baseband samples per symbol（基帶每符號采樣數(shù)）的設置應與誤碼率表的Reeceive delay（接收延遲）相適應。把Random-integer Generator（隨機整數(shù)發(fā)生器）中M-ray number（元素）的參數(shù)值設為8，在MPSK調(diào)制器仿真系統(tǒng)模型窗口中選擇start simultion（開始仿真），在Spectrum Scope（頻譜儀）窗口上可觀察到8PSK信號的頻譜圖。在圖4中的MPSK解調(diào)器之前連上一個Discrete-Time Scatter Diagram（離散時間星座圖儀），仿真時同時也可觀察到8PSK信號的星座圖。

3 結束語

采用Simulink仿真模塊建立MPSK系統(tǒng)仿真模型，簡單易行，避免了采用M文件編程仿真帶來的很多不便。仿真結果與理論分析高度一致。采用Simulink直接進行仿真，可以根據(jù)實際需要反復修改電路模型的參數(shù)，在Spectrum Scope模塊和Discrete-Time Scatter Diagram模塊的窗口上實時觀察仿真結果，達到最佳設計要求，大大簡化了設計流程，減輕了設計負擔，體現(xiàn)了其優(yōu)越性能，具有很高的實用價值，可得到廣泛應用。

參考文獻：

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[3]薛定宇，陳陽泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術與應用[M].北京：清華大學出版社，2002.

作者簡介：程俊波（1964-），男，陜西三原人，高級工程師，本科，研究方向：信息與通信工程。

基金項目：西安市科技計劃（項目編號：CXY1346（7）），陜西省教育廳專項科研計劃項目（項目編號：14JK1584）。

作者單位：西安石油大學 計算機學院，西安 710065