基于MATLAB/Simulink的PSK传输系统仿真
卓秀钦
（福建信息职业技术学院，福建，福州350003）
摘 要 利用MATLAB/Simulink软件中的Communication Blockets（通信模块）对PSK数字传输系统进行动态、可
视化仿真，清晰地表现出PSK传输系统的系统组成及各项性能指标。
关键词：MATLAB/Simulink；Communication Blockets；PSK传输系统；性能指标
引言
通信的主要任务是可靠而有效地实现信息的传输。实际的通信系统通常是复杂的大规模系统，在噪声和各种随机因素的影响下，要完成实际设计的通信系统的试验研究比较困难，有时要改变系统的某一两个参数就可能意味着整个系统需要重做，利用MATLAB/Simulink的计算机仿真，具有经济、可靠、简便等特点，在工程领域得到了越来越广泛的应用。
1 MATLAB/Simulink的特点
MATLAB/Simulink属于一种通用的科学计算和系统仿真语言，而Simulink是MATLAB中的一个建立系统方框图和基于方框图级的系统仿真环境，该环境下提供许多专业模块库：如CDMA参考模块库、通信模块库、DSP（数字信号处理器）模块库等等。它是一个对动态系统进行建模、仿真并对仿真结果进行分析的软件包，具有以下特点：
（1）以调用模块代替程序的编写，以模块连成的框图表示系统，使得仿真系统建模与工程中的方框图统一起来，能较全面地研究通信系统，具有很高的开放性。
（2）允许用户随意修改模块参数，并且可以直接无缝地使用MATLAB的所有分析工具，具有很高的交互性。
（3）仿真结果可以近乎“实时”地以图形或数据显示出来，这与实验室操作是一样的。
2 相移键控PSK
PSK是利用载波振荡相位的变化来传送数字信息。最早出现的是二相相移键控BPSK，BPSK是利用载波的相位偏移直接表示数字信号，假若规定：已调载波与未调载波同相表示数字信号“0”，与未调载波反相表示数字信号“1”，则已调信号的表达式为uBPSK(t)?d(t)cos?ct，其中：d(t)为双极性数字基带信号，?c为载波频率。为了提高信道频带利用率，提出了多进制数字相移键控（MPSK），它用多个相位状态的正弦振荡分别代表不同的数字信息，最典型的是四相相移键控（QPSK）。BPSK和QPSK在码元转换点上都可能产生?相位突变，使得频谱高频滚降缓慢，带外辐射大。为了消除?相位跳变，在QPSK基础上提出了偏移四相相移键控(OQPSK)。它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期，信号相位只跳变0、??2。
3 性能指标测试
仿真一个通信系统经常要模拟真实世界的噪声，以便观察系统的正常响应。Communication Blockets（通信模块）中提供类似实际的噪声信道——加性高斯白噪声信道。图1为QPSK基带传输系统，该模型库展示了四进制随机数据通过QPSK基带调制、升余弦滤波（??0.3）、高斯白噪声信道、QPSK基带解调的传输系统，有关参数设置如下表。
随机信号/M-ary number（进位数） 随机信号/Sample time（取样时间） QPSK基带调制/Input type（输入类型） QPSK基带调制/Phase offset(相位偏置) 高斯白噪声信道/SNR（信噪比） 表1 QPSK传输系统参数设置
4 Simulation Parameters/Start time 0.001 Integer Pi/4 Simulation Parametes/Stop time 升余弦滤波器/FIR filter coefficients 眼图/offset（预置） 眼图/Symbols per trace(每迹符号数) 0 10 rcosine(1,8,[],0.3,1) 0 2 图1中的眼图、星座图等显示仪器用来完成QPSK传输系统主要性能指标测试，最终使系统达到最佳化。
3.1 噪声环境下的QPSK信号眼图观测
图1 QPSK传输系统
实际的基带传输系统不可能完全满足无码间串扰传输条件，评价基带传输系统性能的一种定性而方便的方法是用眼图观察接收端的基带信号波形。不同信噪比条件下的眼图见图2、图3，其中上图是I（同相信号），下图是Q（正交信号），图2显现的迹线是比较清晰的“眼睛”，图3显现的迹线就不清晰，“眼睛”张开得较小。眼图中改变预置参数设置，可以发现最佳判决时刻发生偏移，因此眼图不但反映串扰的大小，而且也反映信道噪声的影响。
图2 SNR=26dB时的眼图
图3 SNR=15dB的眼图
3.2 调制信号频谱测量
通信系统的有效性指标可以用频带利用率来衡量，利用频谱仪测量QPSK信号的频谱见图4，已知随机信号的取样时间为0.001s，传码率1000B，由图可得，QPSK信号的频带宽度2kHz，频带利用率为1bps/Hz。
3.3 噪声环境下的QPSK信号星座图观测
星座图展示了信号在空间的排列分布，即在噪声环境下信号之间的最小距离。QPSK信号（Π/4体系）的星座图见图5，此时信号之间的距离在1和2之间。 3.4 误码率测量
在数据通信的试验中，误码率是一个反映系统特性的指标。误码仪观察在不同传输条件下的误码率，将误码仪设置输出到端口—显示器上，显示器此时显示的三个窗分别是：第一行是误码率；第二行是
误码数量；第三行是码元总数。图1中的QPSK基带传输系统，为了改善高斯白噪声基带信道特性，降低误码率，在高斯白噪声基带信道之前插补了升余弦滤波器。在仿真过程中，误码率大小会随着高斯白噪声基带信道信噪比、调制方式等而改变，因此误码率的测试结果是评价试验系统的重要标准。
图4 QPSK信号频谱图
图5 SNR=15dBQPSK信号星座图
综上所述，用计算机仿真电子通信系统，具有广泛的适应性和极高的灵活性。在硬件试验中改变系统参数也许意味着重做硬件，而在软件中只需对特定参数进行相应设置，同时利用Simulink可视化建模仿真和MATLAB简单编程的特点，可以实现较为复杂的系统，因此，MATLAB/Simulink在通信系统仿真方面具有强大的功能和优越性。
参考文献
[1] 徐明远. MATLAB 仿真在通信与电子工程中的应用 [M].西安：西安电子科技大学出版社，2004 [2] 达新宇.通信原理实验与课程设计[M].北京：北京邮电大学出版社，2004