PAGE0PAGE15目錄TOC\o"1-3"\h\u31141一、實(shí)驗(yàn)要求及開(kāi)發(fā)環(huán)境 112864二.實(shí)驗(yàn)原理 3138482.1調(diào)制方式簡(jiǎn)介 3241382.2OQPSK的含義 4216222.3Costas環(huán) 618394三.實(shí)驗(yàn)仿真 8177663.1Costas環(huán)單獨(dú)仿真 8310473.2OQPSK調(diào)制解調(diào)仿真 9320083.2.1科斯塔斯環(huán) 10258053.2.2串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換 1284043.2.3誤碼率測(cè)試 1228009四.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1413720五.待解決問(wèn)題 14881六.實(shí)驗(yàn)總結(jié) 1422055八.參考文獻(xiàn) 15一、實(shí)驗(yàn)要求及開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)驗(yàn)要求：1.數(shù)字相關(guān)器子系統(tǒng)

2.仿真結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解PSK直序擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的基本原理2.掌握Systemview的使用開(kāi)發(fā)環(huán)境：PC機(jī)開(kāi)發(fā)軟件：SystemviewSystemview簡(jiǎn)介Systemview是一個(gè)用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析平臺(tái)。從濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。直到一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立等各個(gè)領(lǐng)域，systemview在友好且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)精密的嵌入式分析工具。利用systemview，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)．可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。其特色是，利用它可以從各種不同角度、以不同方式，拉要求設(shè)計(jì)多種濾波器，并可自動(dòng)完成濾波器的各種指標(biāo)一如幅頻待件(波特圖)、傳遞函數(shù)、根軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。它還可以實(shí)時(shí)地仿真各種位真的DSP結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行各種系統(tǒng)的時(shí)域和頻域分析、諾、譜分析，以及對(duì)各種邏輯電路、射頻／模擬電路(混領(lǐng)器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析等。二.實(shí)驗(yàn)原理2.1調(diào)制方式簡(jiǎn)介在通信原理中把通信信號(hào)按調(diào)制方式可分為調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅三種。數(shù)字傳輸?shù)某Ｓ谜{(diào)制方式主要分為：正交振幅調(diào)制（QAM）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比高，適合有線電視電纜傳輸。鍵控移相調(diào)制（QPSK）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合衛(wèi)星廣播。殘留邊帶調(diào)制（VSB）：抗多徑傳播效應(yīng)好（即消除重影效果好），適合地面廣播。編碼正交頻分調(diào)制（COFDM）：抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。世廣數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的下行載波的調(diào)制技術(shù)采用TDMQPSK調(diào)制體制。它比編碼正交頻分多路復(fù)用（COFDM）調(diào)制技術(shù)更適合衛(wèi)星的大面積覆蓋。通信的最終目的是在一定的距離內(nèi)傳遞信息。雖然基帶數(shù)字信號(hào)可以在傳輸距離相對(duì)較近的情況下直接傳送，但如果要遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，特別是在無(wú)線或光纖信道上傳輸時(shí)，則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數(shù)字信號(hào)在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制。如同傳輸模擬信號(hào)時(shí)一樣，傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)也有三種基本的調(diào)制方式：幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對(duì)應(yīng)于用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來(lái)傳遞數(shù)字基帶信號(hào)，可以看成是模擬線性調(diào)制和角度調(diào)制的特殊情況。理論上，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制在本質(zhì)上沒(méi)有什么不同，它們都是屬正弦波調(diào)制。但是，數(shù)字調(diào)制是調(diào)制信號(hào)為數(shù)字型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是調(diào)制信號(hào)為連續(xù)型的正弦波調(diào)制。在數(shù)字通信的三種調(diào)制方式（ASK、FSK、PSK)中，就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用率）兩個(gè)方面來(lái)看，一般而言，都是PSK系統(tǒng)最佳。所以PSK在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。OQPSK是PSK調(diào)制方式中的一種。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。調(diào)制方式不同，解調(diào)方法也不一樣。與調(diào)制的分類(lèi)相對(duì)應(yīng)，解調(diào)可分為正弦波解調(diào)（有時(shí)也稱(chēng)為連續(xù)波解調(diào)）和脈沖波解調(diào)。正弦波解調(diào)還可再分為幅度解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)，此外還有一些變種如單邊帶信號(hào)解調(diào)、殘留邊帶信號(hào)解調(diào)等。同樣，脈沖波解調(diào)也可分為脈沖幅度解調(diào)、脈沖相位解調(diào)、脈沖寬度解調(diào)和脈沖編碼解調(diào)等。對(duì)于多重調(diào)制需要配以多重解調(diào)。2.2OQPSK的含義OQPSK也稱(chēng)為偏移四相相移鍵控（offset-QPSK），是QPSK的改進(jìn)型。它與QPSK有同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。不同點(diǎn)在于它將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)了半個(gè)碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩支路碼元極性同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSK信號(hào)相位只能跳變0°、±90°，不會(huì)出現(xiàn)180°的相位跳變。OQPSK信號(hào)可采用正交相干解調(diào)方式解調(diào)，其原理如圖5-49所示。由圖看出，它與QPSK信號(hào)的解調(diào)原理基本相同，其差別僅在于對(duì)Q支路信號(hào)抽樣判決時(shí)間比I支路延遲了/2，這是因?yàn)樵谡{(diào)制時(shí)Q支路信號(hào)在時(shí)間上偏移了/2，所以抽樣判決時(shí)刻也應(yīng)偏移/2，以保證對(duì)兩支路交錯(cuò)抽樣。OQPSK克服了QPSK的l80°的相位跳變，信號(hào)通過(guò)BPF后包絡(luò)起伏小，性能得到了改善，因此受到了廣泛重視。但是，當(dāng)碼元轉(zhuǎn)換時(shí)，相位變化不連續(xù)，存在90°的相位跳變，因而高頻滾降慢，頻帶仍然較寬。QPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì)應(yīng)的相位變化如圖1-1所示，OQPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì)應(yīng)相位變化如圖1-2所示。圖1-1QPSK相位變化圖圖1-2OQPSK相位變化圖對(duì)于QPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì)的相位變換由圖1-1求得為：可見(jiàn)，在QPSK中存在過(guò)零點(diǎn)的180°躍變。對(duì)于OQPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì)的相位變化由圖1-2求得為：可見(jiàn)，在OQPSK中，僅存在小于＝90°的相位躍變，而不存在過(guò)零點(diǎn)躍變。所以O(shè)QPSK信號(hào)的帶限不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)包絡(luò)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)。OQPSK包絡(luò)的變化小多了，因此對(duì)OQPSK的硬限幅或非線性放大不會(huì)再生出嚴(yán)重的頻帶擴(kuò)展，OQPSK即使再非線性放大后仍能保持其帶限的性質(zhì)。OQPSK的調(diào)制和相干解調(diào)框圖如圖1-3、圖1-4所示圖1-3OQPSK調(diào)制器框圖圖1-4OQPSK相干解調(diào)器框圖當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測(cè)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)相干載波的獲取就稱(chēng)為載波提取，或稱(chēng)為載波同步。提取載波的方法一般分為兩類(lèi)：一類(lèi)是在發(fā)送有用信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個(gè)（或多個(gè)）稱(chēng)作導(dǎo)頻的正弦波，接收端就由導(dǎo)頻提取出載波，這類(lèi)方法稱(chēng)為插入導(dǎo)頻法；另一類(lèi)是不專(zhuān)門(mén)發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號(hào)中提取載波，這類(lèi)方法稱(chēng)為直接法。2.3Costas環(huán)Costas環(huán)用來(lái)提取同步載波，又稱(chēng)為同相正交環(huán)，其原理框圖如下：輸入已調(diào)信號(hào)輸入已調(diào)信號(hào)90°相移壓控振蕩器環(huán)路濾波器低通低通輸出V3V5V4V6V7V1V2在科斯塔斯環(huán)中，誤差信號(hào)V7是由低通濾波器及兩路相乘提供的。壓控振蕩器輸出信號(hào)直接供給一路相乘器，供給另一路的則是壓控振蕩器輸出經(jīng)90°移相后的信號(hào)。兩路相乘器的輸出均包含有調(diào)制信號(hào)，兩者相乘以后可以消除調(diào)制信號(hào)的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關(guān)的控制電壓，從而準(zhǔn)確地對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號(hào)?，F(xiàn)在從理論上對(duì)科斯塔斯環(huán)的工作過(guò)程加以說(shuō)明。設(shè)輸入調(diào)制信號(hào)為，則經(jīng)低通濾波器后的輸出分別為：將和在相乘器中相乘得到==其中θ是壓控振蕩器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)載波之間的相位誤差，當(dāng)θ較小時(shí)上式中的大小與相位誤差θ成正比，它就相當(dāng)于一個(gè)鑒相器的輸出。用去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號(hào)的相位，最后使穩(wěn)定相位誤差減小到很小的數(shù)值。這樣壓控振蕩器的輸出就是所需提取的載波。在systemview上的仿真如下：1.在systemview器件庫(kù)中可以直接調(diào)出一個(gè)Costas環(huán)仿真圖符，只需設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)即可。該器件圖標(biāo)如左圖示。參數(shù)設(shè)置窗口如下：在“VCOFreq”欄輸入鎖相環(huán)的壓控振蕩器頻率，一般設(shè)置為與要提取載波頻率非常接近的值“ModGain”為鎖相環(huán)VCO的頻率調(diào)制增益，另外還需在“LoopFltra/b”欄輸入鎖相環(huán)低通濾波器的傳輸函數(shù)的兩個(gè)系數(shù)。三.實(shí)驗(yàn)仿真3.1Costas環(huán)單獨(dú)仿真下面通過(guò)連接器件來(lái)進(jìn)行仿真模擬Costas環(huán)。其中PN碼發(fā)生（圖符17）頻率為10Hz，調(diào)制載波（圖符16）為200HzIQ兩路低通濾波器（圖符7和5）頻率設(shè)置為100Hz。環(huán)路濾波（圖符9）頻率設(shè)置為180Hz。增益（圖符11）為4，增益(圖符4)為2。Fm頻率調(diào)制器件（圖符3）參數(shù)設(shè)置為，VCO調(diào)制增益為20Hz/V頻率在194Hz至206Hz之間均可以解調(diào)出來(lái)原始信號(hào)。相位與調(diào)制信號(hào)相同均為0。其功能函數(shù)為通過(guò)調(diào)整增益G的大小來(lái)改變頻率范圍，當(dāng)超過(guò)這一頻率范圍則不能恢復(fù)出原始信號(hào)。當(dāng)Fm頻率為203Hz時(shí)仿真波形如下：原始信號(hào)為通過(guò)解調(diào)后波形為信號(hào)基本被恢復(fù)出來(lái)。若用Pm器件進(jìn)行解調(diào)，使頻率與調(diào)制載波相同，而相位不同。其功能函數(shù)為通過(guò)調(diào)整增益G的大小可以調(diào)整相位范圍，當(dāng)超過(guò)該相位范圍則不能解調(diào)出原始信號(hào)。這里不再做仿真。3.2OQPSK調(diào)制解調(diào)仿真OQPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)總框圖該實(shí)驗(yàn)的仿真過(guò)程為用一路頻率為10HZ的PN序列作為輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換一路變兩路，然后分別用同一頻率但相互正交的載波對(duì)兩路信號(hào)分別進(jìn)行調(diào)制，變?yōu)槟M信號(hào)，調(diào)制后的信號(hào)通過(guò)一模擬的加性高斯白噪聲信道，然后用一科斯塔斯環(huán)進(jìn)行接收解調(diào)，對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行抽樣判決再并串轉(zhuǎn)換之后得到最終解調(diào)信號(hào)。另外還添加了器件對(duì)該系統(tǒng)的誤碼性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。3.2.1科斯塔斯環(huán)如圖所示，科斯塔斯環(huán)的工作原理在前面已經(jīng)介紹過(guò)了，它主要是通過(guò)頻率調(diào)制器Fm，即圖符72，并不斷濾除載波中2wc的高頻部分，不斷循環(huán)，從而使解調(diào)時(shí)能與發(fā)射端的載波同頻同相，準(zhǔn)確解調(diào)的目的。這部分中器件參數(shù)設(shè)置如下：圖符72(頻率調(diào)制器Fm)：圖符59（增益）：③圖符69、70、71、73、74（低通濾波器）：3.2.2串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換關(guān)鍵點(diǎn)在于兩個(gè)方波脈沖頻率設(shè)置均為5HZ，即串行數(shù)據(jù)的一半頻率。3.2.3誤碼率測(cè)試該實(shí)驗(yàn)中影響誤碼率的關(guān)鍵因素為加性高斯噪聲的大小，當(dāng)噪聲取不同的值時(shí)對(duì)應(yīng)的誤碼率分別如下圖Stddeviation=1VStddeviation=2VStddeviation=3V可見(jiàn)隨著噪聲的加大誤碼率明顯增大，并且當(dāng)噪聲增到到一定值時(shí)，信號(hào)完全被噪聲掩蓋，誤碼率達(dá)到極限不再增大。四.實(shí)驗(yàn)結(jié)論如圖，解調(diào)結(jié)果和輸入的PN序列相比波形幾乎完全一致，只是產(chǎn)生了0.4s的時(shí)延，說(shuō)明仿真成功。五.待解決問(wèn)題全局關(guān)聯(lián)變量的設(shè)置當(dāng)一個(gè)高斯噪聲信道的RBE測(cè)試模型設(shè)置基本完畢后,并不能繪出完整正確的RBE/RSN曲線,還必須將噪聲增益控制與系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)進(jìn)行全局變量關(guān)聯(lián),使信道的信噪比(RSN)由0dB開(kāi)始逐步加大,即噪聲逐步減小,噪聲每次減小的步長(zhǎng)與循環(huán)次數(shù)相關(guān)。然而具體設(shè)置過(guò)程中卻總是出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤，從而無(wú)法完整繪制誤碼率曲線。六.實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)OQPSK的調(diào)制與解調(diào)，通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，正交載波調(diào)制及載波恢復(fù)和并串轉(zhuǎn)換，其中還引入了科斯塔斯環(huán)使解調(diào)載波和調(diào)制載波同頻同相從而正確解調(diào)出輸入信號(hào)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，但是需要注意的細(xì)節(jié)也不少，通過(guò)自己認(rèn)真實(shí)踐還是可以學(xué)到不少東西的。在整個(gè)做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我搜集了許多資料，也請(qǐng)教過(guò)同學(xué)。一開(kāi)始總是不能仿真出正確的結(jié)果，調(diào)整參數(shù)遇到許多問(wèn)題，最開(kāi)始甚至連一些原件的參數(shù)都搞不懂是起什么作用。通過(guò)不斷的摸索仿真，對(duì)仿真波形的觀察，逐步了解了每個(gè)元件的作用。這次試驗(yàn)讓我受益頗多，加深了自己對(duì)通信原理課程理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)程度和對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，學(xué)會(huì)了Systemview的操作。在驗(yàn)收時(shí)通過(guò)老師的講解，了解到了自己實(shí)驗(yàn)中不足的地方，以及許多原理上的推導(dǎo)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)：1善于查找資料同樣開(kāi)始做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，有一本好的指導(dǎo)書(shū)，就比別人起步要高，做實(shí)驗(yàn)也是事半功倍。有很多不會(huì)的，不懂的問(wèn)題都可以從書(shū)中找到答案，實(shí)在前任的基礎(chǔ)上前進(jìn)。在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中遇到的問(wèn)題都可以到網(wǎng)上或查閱資料找尋答案。