基于Simulink的DPSK差分相移键控调制解调系统仿真

资 源 简 介

本项目旨在MATLAB/Simulink环境下设计并实现一套完整的差分相移键控（DPSK）通信系统模型。该系统解决了传统相移键控（PSK）在相干解调过程中存在的相位模糊问题。

详 情 说 明

基于MATLAB的DPSK差分相移键控调制解调系统仿真项目说明

项目介绍

本项目通过MATLAB脚本实现了差分相移键控（DPSK）通信系统的全过程仿真。DPSK作为一种改进的相移键控方式，通过利用前后码元的相对相位变化来传递信息，有效解决了传统PSK系统在相干解调时可能出现的相位模糊（倒逆现象）问题。本仿真涵盖了信号产生、差分编码、载波调制、信道模拟、相干解调、差分解码及性能评估等核心环节。

功能特性

1. 完整的信号传输链：实现了从原始二进制信息到最终恢复数据的闭环仿真。
2. 差分处理机制：包含发送端的差分编码逻辑（基于异或运算）与接收端的差分解码逻辑。
3. 噪声信道模拟：集成AWGN（加性高斯白噪声）信道，支持自定义信号信噪比（SNR）。
4. 专业谱分析：利用Welch法计算并展示调制信号的功率谱密度（PSD）。
5. 性能量化分析：通过循环测试生成误码率（BER）曲线，并将其与理论公式进行对比验证。
6. 多维度可视化：提供时域波形图、频域功率谱图、信号星座图以及误码率性能曲线。

使用方法

1. 确保计算机已安装MATLAB及其信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）。
2. 将仿真脚本文件放置在MATLAB当前工作路径下。
3. 在命令行窗口直接运行该脚本。
4. 程序将自动执行1000个码元的仿真计算，并弹出四个结果图表窗口，分别显示波形对比、功率谱、星座图及误码率分析。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本（需包含通信系统或信号处理相关工具箱）。
2. 硬件环境：建议主频2.0GHz以上，内存4GB以上。

实现逻辑与功能细节说明分析

#### 1. 参数初始化与信源产生 系统设置采样频率为10kHz，载波频率为1kHz，码元速率为100bps。原始信源采用Bernoulli二进制随机序列生成器，产生固定长度的0-1随机序列作为待传输信息。

#### 2. 发送端：差分编码 由于DPSK利用相位变化表示信息，系统首先对原始码元进行差分编码。其逻辑采用 dk = bk ⊕ dk-1（其中bk为原始位，dk为差分位）。代码通过添加一个初始参考位（0）并利用循环异或运算完成该转换，确保相位信息被嵌入到相邻码元的差异中。

#### 3. 调制实现 调制过程通过相位映射实现。当差分码元为0时，载波初相为0；当差分码元为1时，载波初相为π（即信号反相）。系统根据计算出的时间轴坐标，分段生成正弦载波。为了保证仿真严谨性，最后会截断信号以消除填充位的影响。

#### 4. 信道模型与解调预处理 为了评估抗噪声性能，系统在SNR为0dB到12dB的范围内进行步进测试。在接收端，首先设计了一个5阶Butterworth低通滤波器，其截止频率设定在载波频率的两倍左右，用于滤除相干解调产生的高频成分。

#### 5. 接收端：相干解调与抽样判决 接收信号首先与本地相干载波相乘（相干叠加）。随后通过低通滤波器提取包络。判决环节采用定时抽样法，在每个码元周期的中间时刻（0.5Ts）进行抽样。通过将样点值与阈值0进行比较，恢复出受干扰后的差分序列信息。

#### 6. 接收端：差分解码 在恢复出差分序列后，系统执行发送端的逆运算。通过对比当前时刻与前一时刻的差分码元，通过异或逻辑 bk_recovered = dk ⊕ dk-1 还原出原始二进制信息。

#### 7. 性能评估与可视化 系统从以下四个维度输出仿真结果：

• 波形图：直观对比原始序列、调制后的高频信号以及解调后的恢复序列。
• 功率谱密度：展示信号的主瓣宽度及旁瓣衰减情况。
• 星座图：在15dB信噪比下通过正交下变频技术提取I/Q分量，展示信号点的聚集程度及判决边界。
• BER曲线：将仿真的实际误码率与DPSK理论公式 Pe = 0.5 * exp(-SNR) 进行拟合，验证系统实现的准确性。