1、通信原理課程設計題目：基于SIMULINK的QPSK的調制與解調仿真設計QPSK的解調設計學 院 計算機與通信工程學院專 業 通信工程 學 號 姓 名 指導老師 2015年12月通信原理課程設計評分標準評分項目得分報告書寫及格式具有題目、摘要、目錄、正文、參考文獻（10）正文格式，圖、表、參考文獻引用等正確，排版美觀（10）基礎原理報告中是否體現被仿真系統的原理以及原理框圖（10）仿真目的，仿真方法，仿真結果的意義表述清楚（10）M文件仿真 或Simulink仿真做出信源，調制信號，解調信號波形（15）仿真參量豐富（如對頻譜，信噪比，誤碼率等的分析），仿真波形直觀。（15）是否實現設計功能，各

2、個模塊的設計參數是否清晰（10）框圖直觀，有對不同參數條件下的仿真對比及結論（10）仿真參量豐富（如對頻譜，信噪比，誤碼率等的分析），仿真波形直觀。（10）答 辯是否存在抄襲（10）對所仿真系統原理的提問回答情況（10）對仿真過程提問的回答情況（10）總分（100）摘要隨著移動通信技術的發展，以前在數字通信系統中采用FSK、ASK、PSK等調制方式，逐漸被許多優秀的調制技術所替代。本文設計出一個產生QPSK信號的仿真模型，通過此次實驗，可以更好地了解QPSK系統的工作原理。正交相移鍵控，是一種數字調制方式。四相絕對移相鍵控(QPSK)技術具有抗干擾能力好、誤碼率低、頻譜利用效率高等一系列優點。

3、現正廣泛地應用于數字微波通信系統、數字衛星通信系統、寬帶接入、移動通信和有線電視系統之中。論文主要介紹了正交相移鍵控(QPSK)的概況，以及正交相移鍵控(QPSK)的解調概念和原理，了解Simulink中涉及到QPSK的各種模塊的功能，利用Matlab中的Simulink模塊對QPSK的調制系統進行了仿真，并對QPSK調制性能進行了分析。從中了解QPSK調制的原理及對現代通信的影響和意義。關鍵詞：QPSK調制 Simulink仿真 Matlab目 錄第1章 緒論1 1.1 引言1 1.2 概念及基本組成部分1 1.3 QPSK系統簡介2 1.4 課題研究現狀41.5 本文主要研究工作及研究目的

4、4 1.5.1 研究工作4 1.5.2選題的目的和意義51.6 本章小結5第2章 QPSK的調制與解調原理72.1 數字調相7 2.1.1 數字基帶傳輸系統7 2.1.2 正弦載波數字調制系統82.2 QPSK調制和解調原理10 2.2.1 調制8 2.2.2 解調9 2.2.3 QPSK的調制原理10 2.2.4 QPSK解調的工作原理112.3 QPSK的產生12 2.3.1 QPSK的星座圖12 2.3.2 QPSK的產生方法13 2.4 本章小結15第3章 Matlb/Simulink簡介13 3.1 Matlab簡介13 3.2 Simulink簡介13 3.2.1 Simulink

5、概述13 3.2.2 Simulink特點14 3.2.3 Simulink常用模塊庫14第4章 基于simulink的QPSK系統仿真分析16 4.1 正交調相法產生QPSK信號16 4.2 QPSK調制過程主要器件的功能及參數設置20 4.2.1 產生需要的信號源20 4.2.2 串并變換21 4.2.3 單極性信號轉雙極性信號模塊組22 4.2.4 調制模塊23 4.2.5 星座圖模塊24 4.3 simulink仿真結果25 4.3.1 仿真波形25 4.3.2 仿真星座圖30 4.4 仿真結果分析31 4.4.1 仿真結果31 4.4.2 遇到的問題及解決情況31 4.4.3 未解決

6、的問題32 4.5 本章小結32結 論33參考文獻25附錄 系統總框圖26天津理工大學 通信工程 通信原理課程設計第1章 緒 論1.1 引 言數字通信是用數字信號作為載體來傳輸消息,或用數字信號對載波進行數字調制后再傳輸的通信方式。它可傳輸電報、數字數據等數字信號,也可傳輸經過數字化處理的語聲和圖像等模擬信號。模擬信號數字化有多種方法,最基本的是脈碼調制(PCM)、差值編碼(DPCM)、自適應差值編碼(ADPCM)以及各種類型的增量調制。數字通信的早期歷史是與電報的發展聯系在一起的。1937 年,英國人A.H.里夫斯提出脈碼調制(PCM),從而推動了模擬信號數字化的進程。 1946年,法國人E

7、.M.德洛雷因發明增量調制。1950 年C.C.卡特勒提出差值編碼。1947 年,美國貝爾實驗室研制出供實驗用的24 路電子管脈碼調制裝置,證實了實現PCM 的可行性。1953 年發明了不用編碼管的反饋比較型編碼器,擴大了輸入信號的動態范圍。1962 年,美國研制出晶體管24 路1.544兆比/秒脈碼調制設備,并在市話網局間使用。數字通信與模擬通信相比具有明顯的優點。它抗干擾能力強,通信質量不受距離的影響,能適應各種通信業務的要求,便于采用大規模集成電路,便于實現保密通信和計算機管理。不足之處是占用的信道頻帶較寬。20 世紀90 年代,數字通信向超高速大容量長距離方向發展,高效編碼技術日益成熟

8、,語聲編碼已走向實用化,新的數字化智能終端將進一步發展。1.2 概念及其基本組成部分數字通信是用數字信號作為載體來傳輸消息,或用數字信號對載波進行數字調制后再傳輸的通信方式。它可傳輸電報、數字數據等數字信號,也可傳輸經過數字化處理的語聲和圖像等模擬信號。圖1-1顯示了一個數字通信系統的功能性框圖和基本組成部分，信源輸出的可以是模擬信號，如音頻或視頻信號，在數字通信中，由信源產生的信息變換成二進制數字序列。理論上，應當用盡可能少的二進制數字表示信源輸出（消息）。換句話說，我們要尋求一種信源輸出的有效表示方法，使其很少產生或不產生冗余。將模擬或數字信源的輸出有效地變成二進制序列的處理過程成為信源編

9、碼或信源碼。信道和輸入變換器信源編碼器信道編碼器數字調制器信道數字解調器信道譯碼器信源譯碼器輸出變換器輸出信號圖1-1 數字通信系統基本組成部分由信源編碼器輸出的二進制序列成為信息序列，它被傳送到信道編碼器。信道編碼器的目的是在二進制信息序列中以受控的方式引入一些冗余，以便于在接收機中來克服信號在信道中傳輸所受的噪聲和干擾的影響。因此，所增加的冗余是用來提高接收數據的可靠性以及改善接收信號的逼真度。事實上，信息序列中的冗余有助于接收機譯出期望的信息序列。信道編碼器輸出的二進制序列送至數字調制器，它是通信信道的接口。因為在實際中遇到的幾乎所有的通信信道都能夠給傳輸電信號（波形），所以數字調制的主

10、要目的是將二進制信息序列映射成信號波形。通信信道是用來將發送機的信號發送給接收機的物理媒質。在無線傳輸中，信道可以是大氣。另一方面，電話信道通常使用各種各樣的物理媒質，包括有線線路、光纜和無線等。無論用什么物理媒質來傳輸信息，其基本特點是發送信號隨機地受到各種可能機理的惡化。在數字通信系統的接收端,數字解調器對受到信道惡化的發送波形進行處理,并將該波形還原成一個數的序列,該序列表示發送數據符號的估計值。這個數的序列被送至信道編碼器,它根據信道編碼器所用的關于碼的知識及接收數據所含的冗余度重構初始的信息序列。解調器和譯碼器工作性能好壞的一個度量是譯碼序列忠發生差錯的頻度。更準確地說,在譯碼器輸出

11、端的平均比特錯誤概率是解調器-譯碼器組合性能的一個量度。作為最后一步,需要模擬輸出時,信源譯碼器從信道譯碼器接收其輸出序列,并根據所采用的信源編碼方法的有關知識重構由信源發出的原始信號。由于信道譯碼的差錯以及信源編碼器可能引入失真,在信源譯碼器輸出端的信號只是原始信源輸出的一個近似。在原始信號與重構信號之間的信號差或信號差的函數就是數字通信系統引入失真的一個量度。1.3 QPSK的系統簡介 數字通信現已廣泛應用于各個頻段和各種通信方式中, 成為當今通信發展的一種必然趨勢。所謂數字通信即用數字信號傳送信息進行通信, 也可以說通信的數字化。數字通信的主要優點在于用數字信號傳送信息易于再生, 可減小

12、傳輸中的失真易于用脈沖數字電路來實現, 設備可做到體積小、重量輕可以引入計算技術, 應用微處理器及單片微機, 發揮各種數字信號處理及智能化控制功能數字信號易于加密便于采用糾錯編碼和擴頻技術, 提高抗干擾能力。數字通信之所以取得迅速的發展不是偶然的現象, 有其理論上、技術上和客觀需求上的基礎從理論分析開始, 人們早就認識到數字通信在理論上比模擬通信具有一系列優點。除上述各點外, 在頻帶和功率的有效利用方面也更為有利計算技術和微電子學的進展為通信的數字化提供了堅實的技術基礎人們在社會生活中對多種功能綜合服務的需要是數字通信發展的強大動力。全數字調制技術作為通信領域中極其重要的一個方面，近些年得到了

13、飛速的發展。數字專用集成電路的發展使得通信傳輸中的發送與接收設備可以更加變得更加緊湊，使用的成本更低，并大大減小了功耗，同時也提高了設備的安全性。另一方面，全數字調制解調技術的采用有可能使各類現代調制解調技術融合一體，使該調制解調器不僅適用于各種調制和解調的體制，同時它還具有可變速率這一特性。目前，無論是模擬通信還是數字通信，在不同的通信業務中都得到了廣泛的應用。但是，數字通信的發展速度已明顯超過模擬通信，成為當代通信技術的主流。與模擬通信相比，數字通信具有以下一些優點：易于控制傳輸中的差錯。具有較強的抗干擾能力，且噪聲不積累。易于加密處理，且保密性好。易于集成，使通信設備微型化，重量輕。便于

14、和現今用數字信號處理技術去處理、存儲需要的數字信息。QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的縮略語簡稱,意為正交相移鍵控，是一種數字調制方式。四相相移調制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數字信息,是四進制移相鍵控。QPSK是在M=4時的調相技術,它規定了四種載波相位,分別為 45°,135°,225°,315°,調制器輸入的數據是二進制數字序列,為了能和四進制的載波相位配合起來,則需要把二進制數據變換為四進制數據,這就是說需要把二進制數字序列中每兩個比特分成一組，共有四種組合,即00,01,10,11,其中每一組稱

15、為雙比特碼元。每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成,它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSK中每次調制可傳輸2個信息比特,這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調器根據星座圖及接收到的載波信號的相位來判斷發送端發送的信息比特。 在數字信號的調制方式中QPSK四相移鍵控是目前最常用的一種衛星數字信號調制方式,它具有較高的頻譜利用率、較強的抗干擾性、在電路上實現也較為簡單。 在HFC網絡架構中,從用戶線纜調制解調器發往上行通道的數據采用QPSK方式調制并用TDMA方式復用到上行通道。 在有線電視系統中,衛星,大鍋,輸出的就是QPSK信號。在實際的調諧解調電路中,采用的是非相干載

16、波解調。本振信號與發射端的載波信號存在頻率偏差和相位抖動因而解調出來的模擬I、Q基帶信號是帶有載波誤差的信號。這樣的模擬基帶信號即使采用定時準確的時鐘進行取樣判決,得到的數字信號也不是原來發射端的調制信號,誤差的積累將導致抽樣判決后的誤碼率增大,因此數字QPSK解調電路要對載波誤差進行彌補,減少非相干載波解調帶來的影響。此外,ADC的取樣時鐘也不是從信號中提取的,當取樣時鐘與輸入的數據不同步時,取樣將不在最佳取樣時刻進行所得到的取樣值的統計信噪比就不是最高，誤碼率就高，因此，在電路中還需要恢復出一個與輸入符號率同步的時鐘，來校正固定取樣帶來的樣點誤差，并且準確的位定時信息可為數字解調后的信道糾

17、錯解碼提供正確的時鐘。校正辦法是由定時恢復和載波恢復模塊通過某種算法產生定時和載波誤差，插值或抽取器在定時和載波誤差信號的控制下，對A/D轉換后的取樣值進行抽取或插值濾波，得到信號在最佳取樣點的值，不同芯片采用的算法不盡相同，例如可以采用據輔助法(DA)載波相位和定時相位聯合估計的最大似然算法。1.4 課題研究現狀人類社會通信建立在信息交流的基礎上，通信是推動人類社會文明進步與發展的巨大動力。近年來，移動通信已顯著的技術特點和優越性能得以迅速發展，已經得到社會各界用戶的廣泛認同。隨著這個通信行業向3G時代發展的同時基帶調制技術也在飛速發展，目前應用的主流技術為8PSK,16QAM和64QAM.

18、但在建筑物較多、地形復雜的地區就必須用QPSK調制確保信噪比從而確保通信的準確性和有效性。QPSK調制全稱Quadrature Phase Shift Keying意為正交相移鍵控，是一種數字調制方式。QPSK是一種頻譜利用率高、抗干擾性強的數字調制方式，它被廣泛用于各種通信系統中，適合衛星廣播。目前已經廣泛用于無線通信中，成為現代通信中一種十分重要的調制解調方式。隨著數字技術的飛速發展與應用數字信號處理在通信系統中的應用越來越重要。數字信號傳輸系分為基帶傳輸系統和頻帶傳輸系統。頻帶傳輸系統也叫數字調制系統,該系統對基帶信號進行調制，使其頻譜搬移到適合信道傳輸的頻帶上數字調制信號又稱為鍵控信號

19、。在調制的過程中可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅，頻率及相位進行調制。在技術和工藝進步的基礎上，數字通信中調制解調算法的實現已不再是一件可望不可及的事情。可以說，無論是通信系統的內在要求 （即算法復雜性決定接收的質量），還是外在條件（技術和工藝）都在促使通信系統的調制解調向數字化發展。1.5 本文主要研究工作及研究目的1.5.1 研究工作本文研究的主要內容是利用軟件來實現QPSK的調制。本次課題利用的軟件是MATLAB軟件SUMLINK仿真功能模塊來進行對QPSK調制過程的仿真。其主要內容包括：1.研究QPSK的調制原理和解調原理；2.分析QPSK的調制過程；3.利用SUMULINK設

20、計QPSK調制仿真模型，并使用示波器顯示調制過程中各點波形，驗證是否與理論相符。4.掌握Matlab的基本用法，以及Simulink的基本方法使用，和Simulink中各個模塊的使用。1.5.2 選題的目的和意義 隨著經濟危化的不斷發展，人們對通信的要求也越來越高。本文主要研究“基于Simulink的QPOSK通信系統仿真”利用MATLAB軟件SUMLINK仿真實現QPSK調制方式。QPSK調制系統目前正廣泛地應用在無線通信領域，它具有較高的頻譜利用率，較強的抗干擾性，在電路上實現也較為簡單。使用SUMLINK對QPSK調制、解調進行模擬。具體解決了二進制信息在QPSK調制過程中的串-并變換，

21、解調過程中對已調信號的濾波、抽樣判決、并-串變換一系列問題。通過利用MATLAB軟件SUMLINK實現了QPSK通信系統的仿真，完成了QPSK通信系統的調制解調過程的仿真實現，使接收端能夠準確地接收到來自發放的信息。QPSK調制方式在通信工程中的應用十分廣泛，其誤碼率隨信噪比的增加而減少并最終可能為零。在QPSK調制方式以后，還會出現進制更多的調制方式。而我們著重要解決的問題也從如何提高相位譜利用率轉變為如何減少誤差以及提高傳送速率。闡述QPSK調制的實現過程，并運用軟件實現手段對信號變換過程加以分析，希望有所收獲。1.6 本章小結隨著計算機技術的發展，信號處理技術，得到越來越多的關注。任何信

22、息攜帶的一切都可以作為一個信號，信號是信息的物理性能。信號處理的主要目標是一個物理信號，如電信號，光信號，聲信號和振動信號。對信號包含的信息進行處理，提取人想要的信息。數字信號處理技術作為一門新興學科，由于先進的技術和應用的廣度，越來越顯示出強大的生命力，那些需要各種信號的頻譜分析，過濾，壓縮，其他領域的科學和工程領域使用它，這種趨勢還在發展。數字信號處理技術已廣泛應用于語音處理，通信系統，聲納，雷達，地震信號，空間技術，自動化控制系統，儀器儀表，生物醫學工程和家用電器及其他。信號處理一直為通信技術的發展提供了各種分析工具，如：壓縮，轉換編碼，過濾，洗澡，檢測，評估，績效評估工具，還提供了多種

23、實施工具，如： VI.SI，收縮陣列，但同時也促進一代在通信技術領域具有劃時代意義的事件，如：速度和數字視頻，調制解調器，均衡器，天線陣列。再加上集成的半導體技術，計算機和通信設備的發展，通過WWW廣泛的互聯網接入，電纜連接的快速發展和最終用戶對服務的需求增加蜂窩，所有這一切都鼓勵人們努力實現“任何人，任何時間，任何地點”可以實現通信的夢想。現代通信技術正在經歷一個戲劇性的變化。通信和計算設備集成，互聯網的廣泛使用提供潛力無限的電話會議，視頻點播，萬維網和互聯網電話的用戶。同時，近年來快速發展的無線接入，是世界電信業發展的最強動力。在不久的將來，“任何人，任何時間，任何地方都可以很方便的通信的

24、夢想成為現實，但也有困難的技術挑戰：需要新的理論和復雜的信號處理技術，高速光纖連接，包括無線，有線和數字預環為未來的多媒體通信網絡的設計技術，最重要的特征之一，在今天的通信技術的發展趨勢是多樣化的通信需求。正交相位偏移鍵控(QPSK)是目前微波、衛星和有線電視上行通信中最常用的一種單載波調制方式，其在電路上實現比較簡單，頻帶利用率高，具有較強的抗干擾性等特點。隨著數字技術的快速發展和應用數字信號處理在通信系統中的應用越來越廣泛，正交相位偏移鍵控(QPSK)將會發揮越來越重要的作用。第2章 QPSK的調制與解調原理2.1 數字調相2.1.1 數字基帶傳輸系統從消息傳輸的角度看，一個數字通信系統包

25、括兩個重要的變換，即消息與數字基帶信號之間的變換；數字基帶信號與信道信號之間的變換。通常，前一個變換由發收終端設備來完成，它把無論是離散的還是連續的消息轉換成數字的基帶信號，而后一變換則由調制和解調器完成。在數字通信中，有些場合可以不經過載波調制和解調過程而讓基帶信號直接進行傳輸。例如，在市內利用電傳機直接進行電報通信，或者利用中繼方式在長距離上直接傳輸PCM信號等。這種不用載波調制解調裝置而直接傳送基帶信號的系統，我們稱它為基帶傳輸系統，它的基本結構如下：信道信號形成信道接受濾波器抽樣判決器基帶脈沖輸入干擾輸出 圖2-1 基帶傳輸系統圖2-1信道信號形成器用來產生適合于信道傳輸的基帶信號，信

26、道可以是允許基帶信號通過的媒質（例如能夠通過從直流到高頻的有線線路）；接收濾波器用來接收信號和盡可能排除信道噪聲和其他干擾；抽樣判決器則是在噪聲背景下用來判定與再生基帶信號。與此對應，我們把包括了載波調制和解調過程的傳輸系統稱為頻帶傳輸系統，如圖2-2所示：調制器信道解調器基帶脈沖輸入基帶脈沖輸出干擾圖2-2 頻帶傳輸系統的基本結構雖然在實際使用的數字通信系統中基帶傳輸不如頻帶傳輸那樣廣泛，但是，對于基帶傳輸系統的研究仍然是十分有意義的。第一，即使在頻帶傳輸制里也同樣存在基帶傳輸問題，也就是說，基帶傳輸系統的許多問題也是頻帶傳輸系統必須考慮的問題；第二，隨著數字通信技術的發展，基帶傳輸這種方式

27、也有迅速發展的趨勢，目前，它不僅用于低速數據傳輸，而且還用于高速數據傳輸；第三，理論上也可以證明，任何一個采用線形調制的頻帶傳輸系統，總是可以由一個等效的基帶傳輸系統所替代。 2.1.2 正弦載波數字調制系統上面我們簡單的提了一下數字基帶傳輸系統。然而，實際通信中不少信道都不能直接傳送基帶信號，必須用基帶信號對載波波形的某些參量進行控制，使載波的這些參量隨基帶信號的變化而變化，即所謂正弦載波調制。下面，我們將以QPSK為主討論以正弦波作為載波的數字調制系統。從原理上來說，受調載波的波形可以是任意的，只要已調信號適合于信道傳輸就可以了。但實際上，在大多數數字通信系統中，都選擇正弦信號作為載波。這

28、是因為正弦信號形式簡單，便于產生及接收。和模擬調制一樣，數字調制也有調幅、調頻和調相三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。數字調制與模擬調制相比，其原理并沒有什么區別。不過模擬調制是對載波信號的參量進行連續調制在接收端則對載波信號的調制參量連續地進行估值；而數字調制都是用載波信號的某些離散狀態來表征所傳送的信息，在接收端也只要對載波信號的離散調制參量進行檢測。根據已調信號的頻譜結構特點的不同，數字調制也可分為線形調制和非線形調制。在線形調制中，已調信號的頻譜結構與基帶信號的頻譜結構相同，只不過頻率位置搬移了；在非線形調制中，已調信號的頻譜結構與基帶信號的頻譜結構不同，不是簡單的頻譜搬移，而是

29、有其他新的頻率成分出現。振幅鍵控屬于線形調制，而移頻鍵控常屬于非線形調制。我們主要討論的是多進制的相位調制，因此，先來看看與二進制數字調制相比，它有哪些特點：1.在相同的碼元傳輸速率下，多進制系統的信息傳輸速率顯然比二 進制系統的高。四進制系統的信息速率是二進制系統的兩倍；2. 在相同的信息速率下，由于多進制碼元傳輸速率比二進制的低，因而多進制信號碼元的持續時間要比二進制的長。顯然，增大碼元寬度，就會增加碼元的能量，并能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響。2.2 QPSK調制和解調原理2.2.1 調制原理在無線電通信系統中，為實現電信號的傳輸，需要將待傳送信號的頻譜移到較高的頻率范圍，這種頻

30、譜的搬移稱為信號的調制。需要調制的原因有兩方面。一方面，由電磁波輻射理論可知，只有當發射天線的尺寸等于信號波長的1/10或更大些，新號才能有效的通過天線發射出去；因為聲音、圖像等形成的電信號的頻率很低，所以需要的天線尺寸應達到幾十公里甚至幾百公里，這顯然是不可行的。另一方面，即使能把低頻信號發射出去，也會造成各種低頻信號的相互干擾，無法接受。 利用調制過程將每一個信號的頻譜搬移到互不重疊的頻率范圍，使接受信號時，不致相互干擾。這個問題的解決使得在一個信道中可以傳輸多個信號，即實現了信道的“頻分多路復用”。 調制，通常是由低頻信號（又稱調制信號）去控制一個高頻振蕩的振幅、頻率或初相位等參數之中的

31、任意一個來達到的，分別稱為幅度調制、頻率調制和相位調制；頻率調制和相位調制又稱角度調制。QPSK的調制中，QPSK信號可以看成是兩個載波正交的2PSK信號調制器構成。原理分析如下：基本原理和系統結構QPSK與二進制PSK一樣，傳輸信號包含的信息都存在于相位中。個別的載波相位取四個等間隔值之一，如/4, 3/4,5/4,和7/4。相應的，可將發射信號定義為 （） （2.2-5） 其他 其中，i1，2，3，4；E是發射信號的每個符號的能量，T為符號的持續時間，載波頻率f等于nc/T，nc為固定整數。每一個可能的相位值對應于一個特定的二位組。下面介紹QPSK信號的產生和檢測。如圖為典型的QPSK發射

32、機框圖。輸入的二進制數據序列首先被不歸零(NRZ)電平編碼轉換器轉換為極性形式，即負號1和0分別用和-表示。該二進制波形被分接器分成兩個分別由輸入序列的奇數位偶數位組成的彼此獨立的二進制波形，這兩個二進制波形分別用a1(t)和a2(t)表示。此時，在任何一信號時間間隔內a1(t)，和a2(t)的幅度恰好分別等于Si1和 Si2，即由發送的二位組決定。這兩個二進制波形a1(t)和a2(t)被用來調制一對正交載波：,。這樣就得到一對二進制PSK信號。和的正交性使這兩個信號可以被獨立地檢測。最后，將這兩個二進制PSK信號相加，從而得期望的QPSK。調制部分原理方框圖如下：圖2-4 調制原理框圖2.2

33、.2 解調原理QPSK信號是兩個正交的2PSK信號的合成,所以可仿照2PSK信號的相平解調法,用兩個正交的相干載波分別檢測A和B兩個分量,然后還原成串行二進制數字信號,即可完成。原理圖如圖2.5所示。低通相乘抽判/2相乘低通抽判并/串載波提取定時提取-QPSK信號輸出信號圖2.5 QPSK解調原理圖相干解調中，正交路和同相路分別設置兩個相關器，得到I(t) 和Q(t)，經電平判決和并一串變換后即可恢復原始信息。當然，如果調制端是差分編碼的，那么解調中并串變換后還需一個差分解碼。假如已調信號為，I(t) 和Q(t) 分別為和正交路，為載波頻率，那么相干解調后，同相路相乘可得 (2-5) 正交路為

34、 (2-6) 經過低通濾波器后，可得 (2-7)經過判決電路后，由上式，不難得到如下表所示結果（同相路和正交路是經過極性轉換的，1對應于二進制數據1，-1對應于二進制數據0）。解調過程中涉及到信號的采樣、數字下變頻、載波同步、位同步等關鍵技術。信號的采樣是模擬信號與數字信號之間的一個通道，是數字化解調過程中一個及其關鍵的步驟。數字下變頻DDC(Digital Down Converter)是隨著數字信號處理技術的發展而出現的，目前大量使用在數字中頻技術中，它的根本任務就是實現數字中頻到基帶信號的變換。數字下變頻的組成與模擬下變頻器類似，包括數字混頻器、數字控制振蕩器(NCo)和低通濾波器(LP

35、F)三部分組成。影響數字下變頻器性能的主要因素有兩個：一是表示數字本振、輸入信號以及混頻乘法運算的樣本數值的有限字長所引起的誤差；二是數字本振相位分辨率不夠而引起數字本振樣本數值的近似取值。也就是說，數字混頻器和數字本振的數據位數不夠寬，存在尾數截斷的情況；數字本振相位的樣本值存在近似的情況。它主要涉及數控振蕩器NCO，抽取濾波器(即積分清洗濾波器)等技術。在數字通信系統中，解調器的任務是恢復出傳輸來的原始數據系列。解調器的構成方案通常可以分為兩類：同步解調和異步解調。兩者的區別在于，同步解調需要一個相干同步的本地載波。一般地說，同步解調性能較為優良。但是，對于抑制載波分量的調制信號來說，要從

36、接收的信號中恢復出參考載波，必須進行相應的處理。在數字通信中，除了載波同步外，還需要位同步。因為消息是一串連續的碼元系列，解調時必須知道碼元的起止時刻，即碼同步。位同步可分為自同步和外同步兩種。自同步是直接從接收的信號中提取位同步信息，而外同步是在發射端專門發射導頻信號。例如，在基帶信號頻譜的零點，插入所需的導頻信號，在接收端，利用窄帶濾波器，就可以從解調后的基帶信號中提取所需的同步信息。插入導頻也可以使數字信號的包絡，隨同步信號的某種波形而變化。在相移或頻移鍵控時，在接收端只要進行包絡檢波就可得到同步信號。第3章 Matlab/Simulink簡介3.1 Matlab簡介MATLAB是MAT

37、rix LABoratory的縮寫，是一款由美國Math Works公司出品的商業數學軟件。MATLAB 是一種用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境。除了矩陣運算、繪制函數/數據圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創建用戶界面及與調用其它語言(包括C，C+和FORTRAN)編寫的程序。 盡管MATLAB主要用于數值計算,但是因為大量的額外的工具箱它也適合于不同領域的應用,如控制系統設計與分析、圖像處理和信號處理和通信、金融建模和分析等。除了一個完整的Simulink包,提供了一個可視化的開發環境,通常用于系統仿真、動態/嵌入式系統開發等。3.2 Si

38、mulink簡介3.2.1 Simulink概述Matlab是一個數值計算，先進的圖形和可視化，高層次的編程語言綜合科學計算環境。 MATLAB工具箱提供面向專業圖書館延伸MATLAB capabilities.MATLAB編譯MATLAB M文件自動轉換成獨立的應用程序開發的C和C代碼。 SIMU字可以用計算機模擬，在Simulink和鏈接詞說，它連接到系統，系列模塊連接在一起，構成一個復雜的系統模型。 Simulink是MATLAB最重要的組成部分，它可以提供一個動態系統建模，仿真和集成環境的綜合分析。在這種環境下，工作人員不必編寫復雜的程序，用鼠標進行簡單的操作，你可以構造不同的系統。

39、Simulink中有許多優點，以適應清除的結構和流程仿真精細，貼近實際，高效率，靈活的基于Simulink的上述優勢，廣泛已被廣泛用于在復雜的模擬和設計控制理論與數字信號處理。 Simulink是用于動態系統建模，仿真和分析軟件包。 SIMULINK動態系統（包括連續系統，離散系統和混合動力系統的建模，分析和模擬），這將是一件容易的事情。它提供了一個圖形化的，互動的環境，只需用鼠標拖動的方法將能夠迅速建立系統框圖模型，甚至不寫一行代碼。 Simulink系統建模與仿真，其最大的優點是易于學習，易于使用和依靠基于MATLAB仿真的豐富資源。7Simulink具有如下特點：交互式、圖形化的建模環境

40、：Simulink中提供了豐富的模塊庫，以幫助用戶快速建立一個動態的系統模型。實驗者只需使用鼠標單擊庫中的系統模塊不同的模塊，然后通過連接的設計原理建模。 交互式的仿真環境：Simulink的框圖提供強大的交互式仿真環境，實驗者可以使用命令行模擬，模擬，通過下拉菜單。 專用模塊庫(Blocksets)：Simulink建模系統的補充，MathWorks公司還開發了一個特殊的功能塊，如DSP模塊庫和通信模塊庫，包。實驗者使用這些軟件包，用戶可以快速系統建模，仿真和分析。更方便，用戶也可以下載代碼自動生成系統模型和生成的代碼應用到不同的目標機。 提供了仿真庫的擴充和定制機制： Simulink的開

41、放式架構允許用戶擴展的模擬環境：MATLAB，C代碼生成自定義模塊庫，并有自己的圖標和界面。因此，用戶可以使用C鏈接寫的代碼，或購買更先進的系統設計，仿真和分析，使用由第三方開發商提供的模塊庫。 與MATLAB工具箱的集成：由于Simulink的MATLAB的資源和功能，使用戶可以直接在Simulink的，如數據分析，模擬，過程自動化，優化參數。工具箱中提供了先進的設計和分析能力，可以快速集成到模擬過程。 架構擴展Simulink的基礎上的建模也提供設計，實施，驗證和確認任務相應的工具。 Simulink和MATLAB緊密集成，可以直接訪問大量用于算法開發，仿真分析和可視化的MATLAB工具，

42、批處理腳本來創建定制的建模環境，信號參數和測試數據的定義。3.2.2 Simulink的特點Simulink中有豐富的擴展模塊庫的預定義以及交互式圖形編輯，混合和管理的分割模型直觀的框圖設計特征的水平，實現管理復雜的設計模型瀏覽器的導航，創建，任何信號配置搜索模型，參數，屬性，生成的模型代碼，并能提供與其他模擬程序或手寫代碼集成的API，可以使用嵌入式MATLAB模塊在Simulink和嵌入式Systemscall的MATLAB算法實現，運行時使用一個固定的步變步運行仿真，根據仿真模式(正常，加速器，快速加速器)確定解釋性運行到運行或編譯的C代碼，在模型的形式; graphicalof調試器和

43、分析器來檢查模擬的結果，可以自我診斷性能和行為異常;可以訪問MATLAB為了對結果進行分析和可視化，自定義建模環境，信號參數和測試數據，模型分析anddiagnostic工具的定義，以確保模型的一致性確定模型的誤差。3.2.3 Simulink常用模塊庫Simulink有幾個常用的模塊：1、信宿(Sinks)模塊庫Display顯示輸入的值；Output創建子系統的輸出端口或外部輸出端口；Scope、Float Scope顯示仿真時產生的信號；StopSimulation表示停止仿真；Terminator將未使用的輸出端作為終端來避免告警；XY Graph顯示XY坐標圖。2、信源(Source

44、s)模塊庫包括產生各種信號的模塊。BandLimited White Noise為連續系統引入白噪聲；Chirp Signal產生一個掃頻信號；Clock產生和顯示仿真時間；Constant產生一個常量值； Ground表示接地等。3、連續(Continuous)模塊庫包括線性函數模型。包括有微分單元(Derivative)、積分單元(Integrator)、線性狀態空間系統單元(StateSpace)、線性傳遞函數單元(Transfer Fen)、延時單元(Transport Delay)、可變傳輸延時單元(Variable Transport Delay)、指定零極點輸入函數單元(Zero

45、Pole)。4、數學操作(Simulink Math Operations和FixedPoint Blocket Math)模塊庫包含常用的數學函數模塊。包括輸入信號絕對值單元(Abs)等。5、通信模塊庫(Comunications Blockset)信源(Comm Sources)：產生需要的隨機或偽隨機信號，或者是文件或模擬壓控振蕩器(VCO)的非隨機信號。 Bernoulli Random Binary Generator模塊：產生由伯努利分布得到的二進制隨機數。 Binary Vector Noise Generator模塊：產生二進制隨機向量。 RandomInteger Gener

46、ator模塊：產生一個在一定范圍內的隨機整數。 Poission Int Generator模塊：產生洎松分布所需的隨機整數。 PN Sequence Generator模塊：產生偽隨機序列。 Gaussian Noise Generator模塊：產生離散高斯白噪聲。 Rayleigh Noise Generator模塊：產生瑞利分布的噪聲。 Uniform Noise Generator模塊：產生一個在特定條件下的均勻噪聲。 Voltage-Controlled Oscillator模塊：實現壓控振蕩器。 信宿(Comm Sinks)：此庫中提供了信宿和顯示的模塊，以使對通信系統的分析更加簡

47、便。 Triggered Write to File模塊：利用上升沿的觸發向文件寫入數據。Enor Rate Calculation模塊：統計輸入信號的誤碼率。6、信源編碼(Source Coding)模塊庫信源編碼分為兩個步驟：信源編碼和信源譯碼。得到一個數字信號需要用到量化。所得信號的符號都是在某個有限范圍內的非負整數。信源譯碼就是從傳輸得到的信號恢復出源信息流。7、信道(Channel)模塊庫提供各種不同通信環境的信道模型，比如高斯白噪聲信道等。 8、錯誤偵測與校驗(Enor Detection Correction)模塊庫利用輸入輸出的數據，得到分析數據的模塊，比如誤碼率計算的模塊。

48、9、調制解調(Modulation)模塊分為數字調制和模擬調制，再細分又可分為相位調制、幅度調制和頻率調制。第4章 基于Simulink的QPSK系統仿真分析4.1 QPSK信號的相干解調本課題采用MATLAB自帶的SIMULINK來設計QPSK解調的仿真過程，仿真如圖4-1所示。 圖4-1 QPSK解調仿真圖4.1.1 QPSK解調過程主要組件的功能及參數設置1 正弦相干載波產生器圖4-1 正弦相干載波產生器功能：如圖4-1所示此模塊組是實現給輸入的信號加相干正弦載波，實現頻譜搬移。2 低通濾波器圖4-5低通濾波器功能：如圖4-5所示此模塊組是實現濾除高頻信號、帶外噪聲、帶外干擾。3 抽樣判

49、決器圖4-6抽樣判決器功能：如圖4-6所示此模塊組是實現對輸出信號進行抽樣判決的作用。4 并/串轉換圖4-7 并/串轉換器功能：如圖4-7所示此模塊組是實現將奇數位信號和偶數位信號合并成一路串信號，即所謂的并/串轉換器。4.1.2 QPSK解調過程主要組件的參數設置1 正弦相干載波產生器 (a)上支路載波參數設置 (b)下支路載波參數設置圖4-8載波參數設置2 低通濾波器 (a)上支路低通濾波器參數設置 (b)下支路低通濾波器參數設置圖4-9低通濾波器參數設置3 抽樣判決器 (a)上支路抽樣判決器參數設置 (b)下支路抽樣判決器參數設置圖4-10抽樣判決器參數設置4 并/串轉換 （a） 并/串轉換器參數設置 （b）時鐘脈沖參數設置圖4-11并/串轉換器參數設置4.1.3 QPSK解調過程及其波形圖QPSK信號通過加兩路相位分別為0和的正弦載波進行相干解調。解調后信號上下支路的波形如圖4-12所示：圖4-12載波