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1、基于simulink設(shè)計(jì)QPSK調(diào)制解調(diào)器摘 要本文介紹了一種基于simulink設(shè)計(jì)的QPSK調(diào)制解調(diào)器，現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)、通信容量大、傳輸質(zhì)量好。作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制解調(diào)技術(shù)一直是人們研究的一個(gè)重要方向。從模擬調(diào)制到數(shù)字調(diào)制，從二進(jìn)制發(fā)展到多進(jìn)制調(diào)制，雖然調(diào)制的方式多種多樣，但都是朝著使通信系統(tǒng)更高速、更可靠的方向發(fā)展。一個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量，很大程度上依賴于所采用的調(diào)制方式。在數(shù)字通信中，常采用頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）這兩種方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，從而達(dá)到傳遞數(shù)字信息的目的。目前，相移鍵控（PSK）一般采用四相和多相制。相移鍵控(PSK)是一個(gè)數(shù)字調(diào)制方案，傳

2、遞數(shù)據(jù)，改變或者調(diào)制階段的載波信號(hào)。所有的數(shù)字調(diào)制方案利用有限的許多獨(dú)特的信號(hào)來代表數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。用PSK有限數(shù)目的階段，每個(gè)階段分配一個(gè)唯一的二進(jìn)制數(shù)字模式。一般情況下，各相位編碼的比特?cái)?shù)相等。每一個(gè)模式的位元符號(hào)的形式是特定的階段。這種解調(diào)器，其目的是特別為使用的symbol-set調(diào)制器，決定階段的接收信號(hào)和返回的符號(hào)，它也就代表了調(diào)制解調(diào)的輸出數(shù)據(jù)，從而恢復(fù)到原始數(shù)據(jù)。這就要求接收器能夠比較接收信號(hào)的參考信號(hào)這樣一個(gè)系統(tǒng)被稱為相干(或被稱為CPSK)。本文就四相制移相鍵控（QPSK）技術(shù)的概念，應(yīng)用和原理方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹。并且對(duì)QPSK進(jìn)行了系統(tǒng)仿真和實(shí)現(xiàn)方面也做了詳盡的闡述。摘要300

3、字左右，請(qǐng)按群共享中的提示修改中英文摘要關(guān)鍵詞：相移鍵控；四相移鍵控；QPSK調(diào)制；相干解調(diào)42Simulation design of QPSK modem based on simulinkAbstractThis paper describes a design based on simulink QPSK modems, modern communication systems require communication distance, large communication capacity, better transmission quality. As one of the

4、key technologies of modem technology it has been an important direction for researchers. From analog modulation to digital modulation, binary-ary modulation development, although modulation variety of ways, but they are moving in make communications systems more speed, more reliable direction. The c

5、ommunication quality of a system depends heavily on the modulation scheme used. In digital communication, often using frequency shift keying (FSK) and phase shift keying (PSK) both methods of digital signal modulation and demodulation, so as to achieve the purpose of transmitting the digital informa

6、tion.At present, phase shift keying (PSK) generally use the four-phase and multiphase system. Phase shift keying (PSK) is a digital modulation scheme, data transfer, or changing the phase of the modulated carrier signal. All digital modulation scheme uses a limited number of unique signals to repres

7、ent digital data. PSK with a limited number of stages, each stage is assigned a unique binary digital mode. In general, an equal number of bits of each phase encoding. In the form of a pattern of bits per symbol is a specific stage. Such a demodulator, which is designed specifically for the purpose

8、of using the symbol-set modulator, a received signal and determines the phase of the return symbol, which also represents the modulation and demodulation of the output data, thereby recovering the original data. This requires the receiver to the received signal, the reference signal comparison - of

9、such a system is called coherent (or called CPSK). Concepts and principles applied aspects of this paper, the four-phase system phase-shift keying (QPSK) technology is described in detail. And for QPSK, system simulation, and implementation also made a detailed statement.Keywords: phase shift keying

10、; quadrature phase shift keying; QPSK modulation; coherent demodulation前 言隨著經(jīng)濟(jì)?；牟粩喟l(fā)展，人們對(duì)通信的要求也越來越高。近年來，軟件無線電作為解決通信體制兼容性問題的重要方法受到各方面的注意。它的中心思想是在通用的硬件平臺(tái)上，用軟件來實(shí)現(xiàn)各種功能，包括調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議等。通過軟件的增加、修改或升級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)新的功能，充分體現(xiàn)了體制的靈活性、可擴(kuò)展性等。其中軟件的增加、高頻譜效率的調(diào)制解調(diào)模塊是移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，它的軟件化也是實(shí)現(xiàn)軟件無線電的重要環(huán)節(jié)。本文主要研究“MATLAB的QPOSK通信系

11、統(tǒng)仿真”利用MATLAB軟件SUMLINK仿真實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制方式。QPSK調(diào)制系統(tǒng)目前正廣泛地應(yīng)用在無線通信領(lǐng)域，它具有較高的頻譜利用率，較強(qiáng)的抗干擾性，在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單。使用SUMLINK對(duì)QPSK調(diào)制、解調(diào)進(jìn)行模擬。具體解決了二進(jìn)制信息在QPSK調(diào)制過程中的串-并變換，解調(diào)過程中對(duì)已調(diào)信號(hào)的濾波、抽樣判決、并-串變換一系列問題。 通過利用MATLAB軟件SUMLINK實(shí)現(xiàn)了QPSK通信系統(tǒng)的仿真，完成了QPSK通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)過程的仿真實(shí)現(xiàn)，使接收端能夠準(zhǔn)確地接收到來自發(fā)放的信息。QPSK調(diào)制方式在通信工程中的應(yīng)用十分廣泛，其誤碼率隨信噪比的增加而減少并最終可能為零。在QPSK調(diào)

12、制方式以后，還會(huì)出現(xiàn)進(jìn)制更多的調(diào)制方式。而我們著重要解決的問題也從如何提高相位譜利用率轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾螠p少誤差以及提高傳送速率。闡述QPSK調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)過程，并運(yùn)用軟件實(shí)現(xiàn)手段對(duì)信號(hào)變換過程加以分析，希望有所收獲。自1897年意大利科學(xué)家GMARCONI首次使用無線電波進(jìn)行信息傳輸并獲得成功后，在一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間中，在飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體技術(shù)的推動(dòng)下，無線通信的理論和技術(shù)不斷取得進(jìn)步，今天，無線移動(dòng)通信已經(jīng)發(fā)展到大規(guī)模商用并逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚闹匾ㄐ欧绞街?。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越重要。數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。頻帶傳

13、輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使其頻譜搬移到適合信道傳輸?shù)念l帶上數(shù)字調(diào)制信號(hào)有稱為鍵控信號(hào)。在調(diào)制的過程中可用鍵控的方法由基帶信號(hào)對(duì)載頻信號(hào)的振幅，頻率及相位進(jìn)行調(diào)制。最基本的方法有三種；正交幅度調(diào)制（QAM），頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和工藝的進(jìn)步，數(shù)字集成電路的復(fù)雜度和功能達(dá)到了前所未有的高度，推動(dòng)了社會(huì)的數(shù)字化進(jìn)程，以專用集成電路（ASIC）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列（FPGA）為代表的IC，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了大規(guī)模的應(yīng)用。在技術(shù)和工藝進(jìn)步的基礎(chǔ)上，數(shù)字通信中調(diào)制解調(diào)算法的實(shí)現(xiàn)已不再是一件可望不可及的事情?？?/p>

14、以說，無論是通信系統(tǒng)的內(nèi)在要求（即算法復(fù)雜性決定接收的質(zhì)量），還是外在條件（技術(shù)和工藝）都在促使通信系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)向數(shù)字化發(fā)展。通信的目的是傳輸消息。消息具有不同的形式，例如:符號(hào)、文字、話音、音樂、數(shù)據(jù)、圖片、活動(dòng)圖像等等。因而，根據(jù)所傳遞消息的不同，目前通信業(yè)務(wù)可分為電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸即可視電話等。如果從廣義的角度看，則廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、遙測(cè)、遙控等也可以列入通信范疇。QPSK是目前衛(wèi)星、微波和有線電視上行通信中最常用的一種單載波調(diào)制方式，在電路上實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單其頻帶利用率高，是BPSK的兩倍，具有較強(qiáng)的抗干擾性，當(dāng)發(fā)射功率一定時(shí)，和BPSK的誤碼率相同。1 QPSK調(diào)制解調(diào)器

15、的總體設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1. 了解且掌握QPSK調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2. 在通信原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與分析通信系統(tǒng)； 3. 學(xué)習(xí)MATLAB知識(shí)，熟悉Simulink在MATLAB集成環(huán)境下的仿真平臺(tái)；4. 利用通信原理相關(guān)知識(shí)在仿真平臺(tái)中設(shè)計(jì)QPSK調(diào)制與解調(diào)仿真系統(tǒng)并用示波器觀察解調(diào)后的波形；5. 在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容，能正確的闡述和分析設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1.2 設(shè)計(jì)目的和意義近年來，軟件無線電作為解決通信體制兼容性問題的重要方法受到各方面的注意。它的中心思想是在通用的硬件平臺(tái)上，用軟件來實(shí)現(xiàn)各種功能，包括調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議等。通過軟件的增加、修

16、改或升級(jí)就可以實(shí)現(xiàn)新的功能，充分體現(xiàn)了體制的靈活性、可擴(kuò)展性等。其中軟件的增加、高頻譜效率的調(diào)制解調(diào)模塊是移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，它的軟件化也是實(shí)現(xiàn)軟件無線電的重要環(huán)節(jié)。通過完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，復(fù)習(xí)QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，同時(shí)也要復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)的主要組成部分，了解調(diào)制解調(diào)方式中最基礎(chǔ)的方法。了解QPSK的實(shí)現(xiàn)方法及數(shù)學(xué)原理。并對(duì)“通信”這個(gè)概念有個(gè)整體的理解，學(xué)習(xí)數(shù)字調(diào)制中誤碼率測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法。同時(shí)還要復(fù)習(xí)隨機(jī)信號(hào)中時(shí)域用自相關(guān)函數(shù)，頻域用功率譜密度來描述平穩(wěn)隨機(jī)過程的特性等基礎(chǔ)知識(shí)，來理解高斯信道中噪聲的表示方法，以便在編程中使用。理解QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，并使用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)

17、QPSK信號(hào)在高斯信道和瑞利衰落信道下傳輸，以及該方式的誤碼率測(cè)試。復(fù)習(xí)MATLAB編程的基礎(chǔ)知識(shí)和編程的常用算法以及使用MATLAB仿真系統(tǒng)的注意事項(xiàng)，并鍛煉自己的編程能力，通過編程完成QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真，以及誤碼率測(cè)試，并得出響應(yīng)波形。在完成要求任務(wù)的條件下，嘗試優(yōu)化程序。1.3 Matlab的簡(jiǎn)介MATLAB是MATrix LABoratory的縮寫，是一款由美國Math Works公司出品 的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MATLAB 是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。除了矩陣算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創(chuàng)建用戶界

18、面及與調(diào)用其它語言(包括C，C+和FORTRAN)編寫的程序。盡管MATLAB主要用于數(shù)值計(jì)算，但是因?yàn)榇罅康念~外的工具箱它也適合于不領(lǐng)域的應(yīng)用，如控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、圖像處理和信號(hào)處理和通信、金融建模和分析等。除了一個(gè)完整Simulink包，提供了一個(gè)可視化的開發(fā)環(huán)境，通常用于系統(tǒng)仿真、動(dòng)態(tài)/嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等。1.4 Matlab下的simulink簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中只要通過簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)

19、操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、效率高、貼近實(shí)際、等優(yōu)點(diǎn)，基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件應(yīng)用于Simulink。1.5 Simulink的功能與特點(diǎn)1.5.1 Simulink的功能連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間的需求都可以使用工具Simulink進(jìn)行建模，在這種仿真平臺(tái)之中，不同的系統(tǒng)部分可以運(yùn)用不同的速率，即不同部分可以使用不一樣的采樣速率Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用

20、戶接口（GUI）以創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，這個(gè)過程只需要使用鼠標(biāo)即可，操作簡(jiǎn)單方便。大量產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能這是構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的。Simulink是MATLAB中的一個(gè)仿真平臺(tái)，它能夠使用MATLAB中的各種的工具來進(jìn)行各種所需的運(yùn)算和仿真。1.5.2 Simulink的特點(diǎn)1. 以設(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理；2. 豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫；3. 提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成并且可以交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖；4. 使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATL

21、AB算法；5. 診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為的仿真結(jié)果觀察方便。1.6 通信系統(tǒng)的模型通信的目的是傳輸信息，進(jìn)行信息的時(shí)空轉(zhuǎn)移。通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信源發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)目的地。實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段很多，如手勢(shì)、語言、旌旗、烽火臺(tái)和擊鼓傳令，以及現(xiàn)代社會(huì)的電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測(cè)、因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通信等，這些都是消息傳遞的方式和信息交流的手段。伴隨著人類的文明、不和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電信技術(shù)也是以一日千里的速度飛速發(fā)展，如今，在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及“通信”這一術(shù)語時(shí)，一般指“電通信”。廣義來講，光通信也屬于電通信，因?yàn)楣庖彩且环N電磁波。1.6.1 一般模型通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)

22、設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者)，它的一般模型如圖1.6.1所示。圖 1.6.1 通信系統(tǒng)一般模型1.信息源 信息源（簡(jiǎn)稱信源）的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。根據(jù)消息的種類不同，信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。模擬信源輸出連續(xù)的模擬信號(hào)，如話筒（聲音音頻符號(hào)）、攝像機(jī)（視頻信號(hào)）；數(shù)字信源則輸出離散的數(shù)字信號(hào)，如電傳機(jī)（鍵盤字符數(shù)字信號(hào)）、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端。并且，模擬信源送出的信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后也可送出數(shù)字信號(hào)。2.發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的作用是產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，即使發(fā)送信號(hào)的特性和信道特性相匹配，具有抗信道干擾的能力，并且具有足夠的功率

23、以滿足遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枰?。因此，發(fā)送設(shè)備涵蓋的內(nèi)容很多，可能包含變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制等過程。對(duì)于 信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源多路傳輸系統(tǒng)，發(fā)送設(shè)備還包括多路復(fù)用器。3.信道信道是一種物理媒質(zhì)，用來將來自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接收端。在無線信道中，信道可以是自由空間；在有線信道中，可以是明線、電纜和光纖。有線信道和無線信道均有多種物理煤質(zhì)。信道既給信號(hào)以通路，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生各種干擾和噪聲。信道的固有特性及引入的干擾和噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。上圖中的噪聲源是信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)及其他各處的噪聲的集中表示。噪聲通常是隨機(jī)的，形式多樣的，它的出現(xiàn)干擾了正常信號(hào)的傳輸。4.接收

24、設(shè)備接收設(shè)備的功能是將信號(hào)放大和反變換（如譯碼、解調(diào)等），其目的是從收到減損的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，接收設(shè)備中還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路的功能。此外，它還要盡可能減小在傳輸過程中噪聲與干擾所帶來的影響。5.受信者受信者（簡(jiǎn)稱信箱）是傳送消息的目的地，其功能與信源相反，即把原始電信號(hào)還原成相應(yīng)的消息，如揚(yáng)聲器等。上圖概括的描述了一個(gè)通信系統(tǒng)的組成。根據(jù)我們研究的對(duì)象以及所關(guān)注的問題不同，因而相應(yīng)有不同形式的、更具體的通信模型。通常按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)的把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。1.6.2 模擬通信模型圖 1.6.2 模擬通

25、信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)，其模型如圖1.6.2所示，其中包含兩種重要變換，第一種變換是，在發(fā)送端把連續(xù)消息變換成原始電信號(hào)，在接收端進(jìn)行相反的變換，這種變換由信源和信宿完成，這里所說的原始電信號(hào)通常稱為基帶信號(hào)。有些信道可以直接傳輸基帶信號(hào)，而以自由空間作為信道的無線電傳輸卻無法直接傳輸這些信號(hào)，因此，模擬通信系統(tǒng)中常常需要進(jìn)行第二種變換：把基帶信號(hào)變換成適合在信道傳輸?shù)男盘?hào)，并在接收端進(jìn)行反變換，完成這種變換和反變換的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。除了上述兩種變換，實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、無線輻射等過程，上述兩種變換其主要作用，而其他過程不會(huì)使信號(hào)發(fā)生質(zhì)的變

26、化，只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和 改善信號(hào)特性等。1.6.3 數(shù)字通信模型目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過了模擬通信，其模型如圖1.6.3-1，數(shù)字通信成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 抗干擾能力強(qiáng)（數(shù)字信號(hào)可多次再生，自動(dòng)檢錯(cuò)、糾錯(cuò)信道），可消除噪聲積累； 2. 差錯(cuò)可控，傳輸性能好?？刹捎眯诺谰幋a技術(shù)使誤碼率降低，提高傳輸?shù)目煽啃裕?. 便于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)，從而形成智能網(wǎng)；4. 便于集成化，從而使通信設(shè)備微型化；5. 便于加密處理，且保密強(qiáng)度高；6. 占用信道頻

27、帶寬流。圖 1.6.3-1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型1. 信源編碼與譯碼 信源編碼有兩個(gè)基本功能：一是提高信息傳輸?shù)挠行?，而是完成?數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，信源編碼是信源譯碼的逆過程。 2. 信道編碼與譯碼信道編碼的目的是增強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力。接收端的信道譯碼器按相應(yīng)的逆規(guī)則進(jìn)行解碼，從中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，提高通信系統(tǒng)的可靠性。3. 加密與解密在需要事先保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的拿權(quán)，人為地將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字學(xué)列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來的信息。 4. 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，

28、形成適合在信道中那個(gè)傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)。在接收端可以利用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原數(shù)字基帶信號(hào)。 數(shù)字調(diào)制的主要目的是將二進(jìn)制信息序列映射成信號(hào)波形，是對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行處理，使其變成適合傳輸?shù)倪^程。即把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶信號(hào)而言頻率非常高的帶通信號(hào)，易于發(fā)送。數(shù)字調(diào)制一般是指調(diào)制信號(hào)是離散的，而載波是連續(xù)的調(diào)制方式。主要的數(shù)字調(diào)制方式有：1) ASK，又稱幅移鍵控法。這種調(diào)制方式是根據(jù)信號(hào)的不同調(diào)節(jié)正弦波波幅度。2) PSK，相移鍵控法，載波相位受數(shù)字基帶信號(hào)控制。如基帶信號(hào)為1時(shí)相位為，基帶信號(hào)為0時(shí)相位為0。3) FSK，頻移鍵控法，即用數(shù)字信號(hào)去調(diào)節(jié)載波頻率。4) QAM，正交幅度調(diào)制法

29、，根據(jù)數(shù)字信號(hào)的不同，載波相位和幅度都發(fā)生變化。 5. 同步同步是使收發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致，是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序/準(zhǔn)確/可靠工作的前提條件。 6. 信道信道是通信傳輸信號(hào)的通道，是通信系統(tǒng)的重要組成部分。其基本特點(diǎn)是發(fā)送信號(hào)隨機(jī)地受到各種可能機(jī)理的惡化。在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，人們往往根據(jù)信道的數(shù)學(xué)模型來設(shè)計(jì)信道編碼，以獲得更好的通信性能。常用的信道數(shù)學(xué)模型有：加性噪聲信道，線性濾波信道，線性時(shí)變?yōu)V波信道。(1)加性噪聲信道：加性噪聲信道是最簡(jiǎn)單的一種信道數(shù)學(xué)模型，噪聲對(duì)信號(hào)的影響是加性的。如下圖1.6.3-2所示， 圖 1.6.3-2 加性噪聲數(shù)學(xué)模型輸入信號(hào)為s(t) ，噪聲為n

30、(t) ，輸出為r(t)=s(t)+n(t)若加上衰減函數(shù)，則r(t) = s(t)+ n(t)。(2)線性濾波信道：實(shí)際信道中，帶寬均有所限制，所以為了確保信號(hào)不超出帶寬一般會(huì)加上線性濾波器。這樣的信道便稱為線性濾波信道，如圖1.6.3-3所示。輸入信號(hào)為s(t) ，噪聲為n(t) ，輸出為r(t) ：r(t)=s(t)*c(t)+n(t)= 圖 1.6.3-3 線性濾波數(shù)學(xué)模型(3)線性時(shí)變?yōu)V波信道：很多物理信道如電離層無線電信道等，其信道特點(diǎn)是時(shí)變的，于是線性濾波器也加上時(shí)變特性，如下圖1.6.3-4，時(shí)變信道脈沖響應(yīng)為c(;t)，表示可變的過去時(shí)間，則 r(t) = s(t)* c(;

31、t)+ n(t)= 圖 1.6.3-4 線性時(shí)變?yōu)V波數(shù)學(xué)模型此種模型很好地反映了物理信道中的多路徑信號(hào)傳播，如手機(jī)蜂窩信道。這是其中的一種特殊例子，若時(shí)變脈沖響應(yīng)為：；其中表現(xiàn)出時(shí)變信道的可能衰減， 代表時(shí)間延時(shí)，L則表示傳播路徑的數(shù) 目。將這一特例帶到線性時(shí)變?yōu)V波信道中則可得輸出信號(hào)為：。以上三個(gè)信道模型描述了我們?cè)趯?shí)際中利用的物理信道的大多數(shù)重要特點(diǎn)，便于我們對(duì)實(shí)際通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析。 圖1.6.3-1是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型，實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖中的所有環(huán)節(jié)。此外，模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸，當(dāng)然，數(shù)字信號(hào)也可以通過傳統(tǒng)的電話往來傳輸，但需要使用調(diào)制解

32、調(diào)器。2 Simulink下的QPSK 2.1 QPSK系統(tǒng)的應(yīng)用背景QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的縮略語簡(jiǎn)稱，意為正交相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式。在19世紀(jì)80年代初期，人們選用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制。這類數(shù)字調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已調(diào)信號(hào)具有相對(duì)窄的功率譜和對(duì)放大設(shè)備沒有線性要求，不足之處是其頻譜利用率低于線性調(diào)制技術(shù)。19世紀(jì)80年代中期以后，四相絕對(duì)移相鍵控(QPSK)技術(shù)以其抗干擾性能強(qiáng)、誤碼性能好、頻譜利用率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于數(shù)字微波通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、寬帶接入、移動(dòng)通信及有線電視系統(tǒng)之中。2.2 QPSK的簡(jiǎn)介Quadrature Ph

33、ase Shift Keying通過使用載波的四個(gè)各不相同的相位差來表示輸入的信息，是具有四進(jìn)制的相移鍵控。QPSK是在M=4時(shí)的數(shù)字的調(diào)相技術(shù)，它通過約定的四種載波相位，分別為45，135，225，275，輸入數(shù)據(jù)為二進(jìn)制的數(shù)字序列，因?yàn)檩d波相位是四進(jìn)制的，所有我們需要把二進(jìn)制的數(shù)據(jù)變?yōu)樗倪M(jìn)制的，即把二進(jìn)制序列中每兩個(gè)比特分成一組，四種排列組合，即00，01，10，11，雙比特碼元即為一組。每兩位二進(jìn)制信息比特構(gòu)成每一組，它們分別表示著著四個(gè)符號(hào)中的某一個(gè)符號(hào)。2.3 QPSK仿真設(shè)計(jì)的意義 通過完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，復(fù)習(xí)QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，同時(shí)也要復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)的主要組成部分，了解調(diào)制解調(diào)方

34、式中最基礎(chǔ)的方法。了解QPSK的實(shí)現(xiàn)方法及數(shù)學(xué)原理。并對(duì)“通信”這個(gè)概念有個(gè)整體的理解，學(xué)習(xí)數(shù)字調(diào)制中誤碼率測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法。同時(shí)還要復(fù)習(xí)隨機(jī)信號(hào)中時(shí)域用自相關(guān)函數(shù)，頻域用功率譜密度來描述平穩(wěn)隨機(jī)過程的特性等基礎(chǔ)知識(shí)，來理解高斯信道中噪聲的表示方法，以便在編程中使用。 理解QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，并使用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)QPSK信號(hào)在高斯信道和瑞利衰落信道下傳輸，以及該方式的誤碼率測(cè)試。復(fù)習(xí)MATLAB編程的基礎(chǔ)知識(shí)和編程的常用算法以及使用MATLAB仿真系統(tǒng)的注意事項(xiàng)，并鍛煉自己的編程能力，通過編程完成QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真，以及誤碼率測(cè)試，并得出響應(yīng)波形。在完成要求任務(wù)的條件

35、下，嘗試優(yōu)化程序。2.4 仿真平臺(tái)與仿真內(nèi)容2.4.1 仿真平臺(tái)本設(shè)計(jì)是基于Matlab下的simulink軟件仿真，只需PC機(jī)上安裝MATLAB 6.0或者以上版本即可。2.4.2 仿真內(nèi)容1) 構(gòu)建一個(gè)理想信道基本QPSK仿真系統(tǒng)，要求仿真結(jié)果有a.基帶輸入波形及其功率譜 b.QPSK信號(hào)及其功率譜c.QPSK信號(hào)星座圖2) 構(gòu)建一個(gè)在AWGN（高斯白噪聲）信道條件下的QPSK仿真系統(tǒng)，要求仿真結(jié)果有a.QPSK信號(hào)及其功率譜b.QPSK信號(hào)星座圖c.高斯白噪聲信道條件下的誤碼性能以及高斯白噪聲的理論曲線，要求所有誤碼性能曲線在同一坐標(biāo)比例下繪制 3) 驗(yàn)可選做擴(kuò)展內(nèi)容要求：構(gòu)建一個(gè)先經(jīng)過

36、Rayleigh（瑞利衰落信道），再通過AWGN（高斯白噪聲）信道條件下的條件下的QPSK仿真系統(tǒng)，要求仿真結(jié)果有a.QPSK信號(hào)及其功率譜b.通過瑞利衰落信道之前和之后的信號(hào)星座圖，前后進(jìn)行比較c.在瑞利衰落信道和在高斯白噪聲條件下的誤碼性能曲線，并和2.c中所要求的誤碼性能曲線在同一坐標(biāo)比例下繪制。3 QPSK的調(diào)制3.1 QPSK調(diào)制原理QPSK的調(diào)制有兩種產(chǎn)生方法相乘電路法和選擇法。3.1.1 相乘法輸入信號(hào)是二進(jìn)制不歸零的雙極性碼元，它通過“串并變換”電路變成了兩路碼元。變成并行碼元后，每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間是輸入碼元的兩倍。用兩路正交載波去調(diào)制并行碼元，如圖3.1.1。圖 3.1.1

37、相乘法3.1.2 選擇法輸入基帶信號(hào)經(jīng)過串并變換后用于控制一個(gè)相位選擇電路，按照當(dāng)時(shí)的輸 入雙比特ab，決定選擇哪個(gè)相位的載波輸出，如圖3.1.2。圖 3.1.2 選擇法3.2 QPSK調(diào)制原理框圖圖 3.2 調(diào)制原理框圖QPSK的調(diào)制中，QPSK信號(hào)可以看成是兩個(gè)載波正交的2PSK信號(hào)調(diào)制器構(gòu)成。原理分析如下：基本原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)QPSK與二進(jìn)制PSK一樣，傳輸信號(hào)包含的信息都存在于相位中。個(gè)別的載波相位取四個(gè)等間隔值之一，如/4、3/4、5/4、7/4。相應(yīng)的，可將發(fā)射信號(hào)定義為：其中，i1，2，3，4；E是發(fā)射信號(hào)的每個(gè)符號(hào)的能量，T為符號(hào)的持續(xù)時(shí)間，載波頻率f等于nc/T，nc為固定整數(shù)

38、。每一個(gè)可能的相位值對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定的二位組。下面介紹QPSK信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)。如圖為典型的QPSK發(fā)射機(jī)框圖。輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列首先被不歸(NRZ)電平編碼轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為極性形式，即負(fù)號(hào)1和0分別用和-表示。該二進(jìn)制波形被分接器分成兩個(gè)分別由輸 入序列的奇數(shù)位偶數(shù)位組成的彼此獨(dú)立的二進(jìn)制波形，這兩個(gè)二進(jìn)制波形分別用a1(t)和a2(t)表示。此時(shí)，在任何一信號(hào)時(shí)間間隔內(nèi)a1(t)，和a2(t)的幅度恰好分別等于Si1和Si2，即由發(fā)送的二位組決定。這兩個(gè)二進(jìn)制波形a1(t)和a2(t)被用來調(diào)制一對(duì)正交載波：。這樣 就得到一對(duì)二進(jìn)制PSK信號(hào)。和的正交性使這兩個(gè)信號(hào)可以被獨(dú)立地檢測(cè)。最后，將這

39、兩個(gè)二進(jìn)制PSK信號(hào)相加，從而得期望的QPSK。3.3 QPSK調(diào)制方式的Matlab仿真I 路信號(hào)是用余弦載波，由2進(jìn)制數(shù)據(jù)流的奇數(shù)序列組成；Q路信號(hào)用正弦載波，由2進(jìn)制數(shù)據(jù)流的偶數(shù)序列組成。下面的a是Idata，b就是Qdata，它們分布與各自的載波相乘分別輸出 I 路信號(hào)和 Q 路信號(hào)。I 路信號(hào)加上Q路信 7 號(hào)就是QPSK輸出信號(hào)。當(dāng) I 路載波信號(hào)是0相位時(shí)為1，是180相位時(shí)為0；當(dāng)Q路載波信號(hào)是0相位時(shí)為1，是180相位時(shí)為0。圖 3.3 Matlab仿真圖3.4 QPSK調(diào)制方式Matlab-simulink仿真3.4.1 simulink調(diào)制建模如下圖3.4.1-1：圖 3

40、.4.1-1 調(diào)制框圖（1)產(chǎn)生需要的信號(hào)源在搭建QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中使用伯努力信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)的01比特序列，每兩比特代表就一個(gè)符號(hào)。Bernoulli Binary Generator模塊利用伯努利分布的原理，相應(yīng)得到參數(shù)為p的伯努利分布。伯努利分布的均值1 - p和方差p(1 p)的。一個(gè)零概率參數(shù)指定p。本次實(shí)驗(yàn)中的p設(shè)置為0.5，即0和1等概。采樣時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，例如測(cè)誤碼率時(shí)采樣時(shí)間設(shè)為0.01s，如下圖 3.41-2：圖 3.4.1-2 信號(hào)源參數(shù)設(shè)置（2）串并變換我們先通過使用buffer 這個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)將信號(hào)源信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕沸盘?hào)。Buffer 模塊可以重新分配緩沖

41、區(qū)塊的輸入樣本，用到了Demux，可以將一個(gè)復(fù)合輸入轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一輸出，即可以輸出多個(gè)采樣率較低的幀信號(hào)。但會(huì)產(chǎn)生與緩沖區(qū)容量相同的時(shí)延。所以，我們可以設(shè)置buffer的參數(shù)容量為2，如下圖3.4.1-3：圖 3.4.1-3 buffer的參數(shù)設(shè)置（3）單極性信號(hào)轉(zhuǎn)化為雙極性信號(hào)因?yàn)镼PSK的調(diào)制信號(hào)要求的是雙極性信號(hào)，所以用伯努利隨機(jī)生成二進(jìn)制Generator模塊產(chǎn)生的信號(hào)必須經(jīng)過轉(zhuǎn)化才能夠被使用。利用加法模塊和常數(shù)產(chǎn)生模塊將1和0的序列各自減去1/2，再利用比例運(yùn)算模塊乘以2，就得到了1和-1的雙極性序列。（4）調(diào)制模塊分別將兩路信號(hào)乘以相位相差/ 2的載波，然后相加。載波由正弦信號(hào)發(fā)生

42、器產(chǎn)生。正弦波模塊的參設(shè)置為可基于時(shí)間的模式，時(shí)間設(shè)為使用仿真時(shí)間，我們?cè)O(shè)載波信號(hào)的幅度為1，載波頻率可根據(jù)需要來進(jìn)行設(shè)置，兩路載波同頻正交，相位相差/ 2。我們?cè)O(shè)上支路的相位為0，下支路的相位為/ 2，如下圖:圖 3.4.1-4 上支路載波參數(shù)圖 3.4.1-5 下支路載波參數(shù)3.4.2 Simulink調(diào)制仿真結(jié)果圖 3.4.2-1信號(hào)源和轉(zhuǎn)變后的雙極性信號(hào)圖 3.4.2-2 上支路載波圖3.4.2-3 下支路載波圖 3.4.2-4 調(diào)制信號(hào)4 QPSK的解調(diào)4.1 QPSK解調(diào)原理QPSK接收機(jī)由一對(duì)共輸入地相關(guān)器組成。這兩個(gè)相關(guān)器分別提供本地產(chǎn)生地相干參考信號(hào)和。相關(guān)器接收信號(hào)x(t)，相關(guān)器輸出地x1和x2被用來與門限值0進(jìn)行比較。如果x10，則判決同相信道地輸出符號(hào)1；如果x10，則判決同相信道地輸出為符號(hào)1；如果x10.5; datanrz=data.*2-1; data1=zeros(1,nb/delta_T); for q=1: