基于DQPSK的通信系统设计与误码率性能仿真分析

资 源 简 介

本项目通过MATLAB软件平台完整构建了DQPSK（差分正交相移键控）系统的仿真模型，实现了从基带信号产生到最终误码率评估的全流程。 在调制过程中，系统首先生成随机的二进制比特流，经过串并转换后，利用差分编码规则将绝对相位信息转化为相对相位变化，有效解决了相干解调中常见的载波相位模糊问题。 随后通过QPSK相位映射生成复数基带信号，并根据预设的载波频率进行上变频处理。 信号传输阶段模拟了加性高斯白噪声（AWGN）信道环境，以此考察不同信噪比（Eb/No）对通信质量的影响。 解调端采用了差分解调技术，通过对

详 情 说 明

基于MATLAB的DQPSK通信系统设计与误码率性能仿真分析

本项目通过MATLAB软件平台构建了一个完整的DQPSK（差分正交相移键控）通信系统仿真模型。系统实现了从原始比特流生成、差分编码、调制、AWGN信道模拟到差分解调及误码率统计的全过程，旨在验证DQPSK在噪声环境下的传输可靠性。

项目核心功能特性

• 实现了基于Gray码映射的DQPSK调制与差分解调算法。
• 引入差分编码机制，通过利用相邻码元的相对相位变化传递信息，从根本上解决了相干解调中的相位模糊（0/pi相位模糊）问题。
• 构建了标准的AWGN（加性高斯白噪声）信道模型，支持自定义信噪比（Eb/No）范围。
• 提供多维度的结果可视化方案，包括调制信号波形、含噪信号星座图以及仿真的BER与理论曲线对比。

系统实现逻辑说明

系统的实现严格遵循数字通信系统的信号处理流程。

1. 数据源生成

系统首先利用随机函数产生指定长度（100,000比特）的二进制序列作为原始待传输信息。

1. 串并转换与Gray码映射

输入的二进制比特流被分为同相（I）和正交（Q）两路。每两个比特组成一个符号，并按照Gray码规则映射为增量相位。映射关系为：00对应0，01对应pi/2，11对应pi，10对应3pi/2。这种映射方式确保了相邻符号间只有一位比特差异，降低了误比特率。

1. 差分编码

系统通过差分递归公式计算绝对相位：当前码元的绝对相位等于前一码元的绝对相位与当前增量相位之和（对2pi取模）。系统预设初始参考相位为0。

1. 信号调制与上变频

将编码后的相位信息转换为复基带符号。为了模拟实际硬件发射过程，系统通过矩形脉冲成形（rectpulse）将符号扩展到采样级别，并与正弦/余弦载波进行乘积运算，合成最终的带通调制信号。

1. 信道仿真

在误码率测试循环中，系统根据当前的Eb/No（每比特能量与噪声功率谱密度之比）计算噪声方差。为了提高效率，信道模拟在复基带等效模型下进行，为每个复符号添加对应的复高斯白噪声。

1. 差分解调与判决

解调端无需复杂的相干载波恢复。系统利用当前接收符号与前一符号共轭相乘，并取其辐角（angle），提取出相邻码元间的相位差。之后通过预设的判决门限（如pi/4, 3pi/4等区间）将相位差映射回最初的二进制比特对。

1. 性能评估

通过逐比特比对发送端与接收端的数据，统计误码总数并计算误码率（BER）。

关键算法与实现细节分析

• 相位累加算法：通过 absolute_phi(k+1) = mod(absolute_phi(k) + delta_phi(k), 2*pi) 实现了数字域的差分控制，这是DQPSK系统的技术核心。
• 差分解调数学实现：利用 rx_symbols(k) * conj(rx_symbols(k-1)) 的运算，通过复数相乘自动抵消了信道中可能存在的恒定相位偏移，简化了接收机结构。
• 信噪比转换逻辑：代码准确实现了从Eb/No到噪声方差的转换，考虑了进制数（M=4）对能量分布的影响，确保了仿真结果与理论模型的可比性。
• 理论曲线对比：系统内置了DQPSK在非相干解调下的理论近似公式（0.5 * exp(-EbNo)），作为验证仿真准确性的基准。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 将相关项目文件置于MATLAB当前工作路径下。
3. 运行主仿真脚本文件。
4. 程序将自动进行数据循环计算，并在命令行窗口打印最终误码率报告。
5. 仿真结束后将自动弹出三个图层，分别展示时域信号、符号星座分布及误码率对比曲线。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本（需安装 Communications Toolbox 以支持 biterr 等特定函数）。
• 硬件环境：建议 4GB 以上内存，以支持高长度比特流（N_bits = 100,000）的高效仿真。