基于OQPSK调制解调的通信链路仿真系统

资 源 简 介

本程序旨在实现偏移正交相移键控（OQPSK）的完整通信链路建模与仿真性能分析，涵盖了从信源编码、调制到信道传输及接收端解调的全过程。核心功能在于模拟OQPSK特有的相位偏移机制，即通过将正交（Q）支路相对于同相（I）支路延迟半个码元周期，使得信号相位在任意时刻的跳变最大不超过90度。这一特性有效地避免了普通QPSK信号中出现的相位过零点导致的180度突变，从而大幅降低了信号包络的波动，减小了通过非线性功率放大器时的频谱扩展。

详 情 说 明

基于MATLAB的OQPSK调制解调仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个完整的偏移正交相移键控（OQPSK）通信系统仿真模型。OQPSK是一种改进的QPSK调制技术，其核心改进在于将正交（Q）支路的码元相对于同相（I）支路在时间上偏移半个码元周期。通过这种时域上的交错，信号在任何时刻的相位跳变都不会超过90度，有效消除了QPSK中常见的180度相位突变所导致的包络过零现象。该特性在经过非线性功率放大器时能显著降低频谱再生，提高频带利用率。

功能特性

1. 完整的链路建模：实现从随机信源生成、I/Q映射、偏移处理、脉冲成形到载波调制、AWGN信道模拟、相干解调、匹配滤波以及采样判决的全过程。
2. 码元偏移机制：严格模拟Q路信号相对于I路延迟半个符号周期的特性。
3. 脉冲成形与匹配滤波：采用根升余弦（RRC）滤波器进行脉冲成形，以抑制带外辐射并满足奈奎斯特第一准则。
4. 性能定量分析：自动生成比特误码率（BER）随信噪比（Eb/No）变化的曲线，并与理论值进行对比。
5. 多维度可视化：提供时域波形图、信号功率谱密度图、解调星座图、发射端眼图等多种分析视图。

详细实现逻辑

1. 参数初始化

定义仿真总比特数（10000比特）、每个符号的采样点数（8点）、滚降因子（0.5）以及载波频率和采样频率。

1. 信源生成与I/Q映射

生成随机二进制序列，并将其拆分为并行两路。将0/1比特映射为-1/1的电平，分别作为I路和Q路的基带符号。

1. OQPSK偏移处理

对I、Q两路进行上采样（插零）。关键步骤是调整Q路时序：在Q路序列开头插入半个符号周期（sps/2个点）的延迟，同时通过截断处理保持与I路长度同步，从而实现码元错位。

1. 脉冲成形滤波

利用rcosdesign生成根升余弦滤波器系数。将处理后的I/Q脉冲分别通过该滤波器进行平滑处理，减少频谱占用。

1. 载波调制

生成两路相位相差90度的正交载波（cos和-sin）。将成形后的I/Q信号分别乘以载波并求和，合成最终的OQPSK带通信号。

1. 信道与噪声模拟

在循环中遍历不同的Eb/No值。将Eb/No转换为信噪比（SNR），并利用AWGN函数向调制信号中添加高斯白噪声。

1. 相干解调与匹配滤波

接收端使用相干载波对信号进行下变频。下变频后的信号再次通过完全相同的根升余弦滤波器（即匹配滤波），以获得最佳接收信噪比。

1. 采样判决与比特恢复

考虑滤波器群延迟（span * sps / 2）和Q路特有的偏移。I路在特定采样点进行判决，Q路则需额外延迟半个符号周期的时间点进行采集。将两路判决出的1/0比特重新合并还原为原始比特流。

1. 性能分析与绘图

计算每个信噪比下的误码数，绘制仿真BER曲线和理论公式计算的曲线。此外，程序计算信号的功率谱密度，并展示前20个符号的时域波形，直观体现偏移效果。

关键算法与实现细节

1. 偏移量控制：程序通过 offset_samples = sps/2 精确控制Q路延迟。在发射端上采样阶段实现偏移，而在接收端采样阶段通过调整 sample_indices_q 补偿该偏移。
2. 匹配滤波延迟补偿：滤波器卷积会产生延迟。程序中 delay = span * sps 用于精确定位采样判决的起始位置，确保采样点位于码元能量中心。
3. 信噪比转换逻辑：根据窄带传输特性，利用 snr_dB = EbNo + 10*log10(2/sps) 实现比特能量与采样噪声功率的转换，确保仿真环境与通信理论模型一致。
4. 功率谱估计：采用 Welch 周期图法（pwelch）进行信号频谱分析，能够清晰观察到OQPSK信号在主瓣外的旁瓣抑制情况。

系统要求

1. 环境要求：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 必备工具箱：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）、Communications Toolbox（通信工具箱）。

使用方法

1. 打开MATLAB，将工作目录切换至主函数所在文件夹。
2. 在命令行窗口直接输入主函数名并回车。
3. 程序将自动运行仿真循环，并在完成后弹出五个波形窗口：

- 时序波形：展示I/Q路错位半个符号的情况。 - 功率谱密度曲线：展示信号占用的频带宽度。 - 星座图：展示解调后的信号分布，反映噪声对相位的影响。 - 眼图：评估脉冲成形的质量和码间串扰情况。 - 误码率曲线：对比仿真结果与理论值的重合度，验证系统正确性。