PAGE分類(lèi)號(hào)編號(hào)煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于MATLAB四相相移鍵控（QPSK）通信系統(tǒng)仿真SimulationofQPSKcommunicationsystembasedonMATLAB申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)學(xué)士系別：電子信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)系專(zhuān)業(yè)：通信工程班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院基于MATLAB的四相相移鍵控（QPSK）系統(tǒng)仿真姓名：導(dǎo)師：煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)院（系）：電子信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)系姓名學(xué)號(hào)畢業(yè)屆別專(zhuān)業(yè)通信工程畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目基于MATLAB的四相相移鍵控（QPSK）通信系統(tǒng)仿真指導(dǎo)老師學(xué)歷碩士職稱(chēng)副教授所學(xué)專(zhuān)業(yè)通訊與電子具體要求（主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等）：主要內(nèi)容：了解通信系統(tǒng)組成及調(diào)制解調(diào)的方法，QPSK通信系統(tǒng)的基本原理，設(shè)計(jì)QPSK仿真模型，利用MATLAB進(jìn)行仿真，并得到QPSK仿真波形。基本要求:著重培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及初步的科學(xué)研究能力，提出方案并論證方案的能力；程序設(shè)計(jì)的流程分析以及解決細(xì)節(jié)問(wèn)題的能力；著重培養(yǎng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試能力；外文閱讀、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、技術(shù)總結(jié)和論文的能力；語(yǔ)言表達(dá)、思辨能力。主要參考資料：MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用.劉衛(wèi)國(guó)：高等教育出版社；通信原理.樊昌信曹麗娜：國(guó)防工業(yè)出版社；MATLAB從入門(mén)到精通周建興等編著人民郵電出版社；進(jìn)度安排：4月1日4月7日：查閱資料，學(xué)習(xí)MATLAB軟件及Simulink模塊的應(yīng)用4月8日-4月14日：通過(guò)查資料深一步了解QPSK通信的調(diào)制解調(diào)的原理框圖、組成部分，分析調(diào)制解調(diào)過(guò)程。寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。4月15日-5月10日：利用MATLAB的Simulink模塊在通信系統(tǒng)方面仿真QPSK。5月11日—5月17日：調(diào)試及波形圖的分析，反復(fù)調(diào)試排除問(wèn)題，寫(xiě)論文初稿。5月18日—5月30日：修改論文，準(zhǔn)備答辯材料。指導(dǎo)教師（簽字）：年月日院（系）意見(jiàn)：教學(xué)院長(zhǎng)（主任）（簽字）：年月日備注：[摘要]隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，以前在數(shù)字通信系統(tǒng)中采用FSK、ASK、PSK等調(diào)制方式，逐漸被許多優(yōu)秀的調(diào)制技術(shù)所替代。本論文介紹了QPSK的調(diào)制和解調(diào)，對(duì)于QPSK調(diào)制和解調(diào)過(guò)程如何生成一個(gè)仿真模型進(jìn)行闡述，使用MATLAB軟件仿真模擬功能框圖，通過(guò)對(duì)仿真模型的運(yùn)行，得到信號(hào)在QPSK調(diào)制解調(diào)過(guò)程中初始碼元、轉(zhuǎn)換碼元、調(diào)制載波、已調(diào)信號(hào)、經(jīng)高斯信道后信號(hào)的變化圖及時(shí)域?qū)Ρ葓D，同時(shí)運(yùn)用MATLAB自帶的QPSK庫(kù)進(jìn)行了高品質(zhì)仿真，減少了誤碼率。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)中，可以大大提高設(shè)計(jì)的靈活性，節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率，從而降低了硬件電路設(shè)計(jì)的工作量，縮短了開(kāi)發(fā)周期。[關(guān)鍵詞]QPSK、數(shù)字通信、調(diào)制、解調(diào)、SIMULINK

[Abstract]

As

mobile

communications

technology,

and

previously

in

theadoption

of

digital

cellular

system,

ASK

FSK

PSK

modulation,

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technology

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keying

QPSK

technology

is

a

wireless

communications

technology

in

a

binary

modulation

method.ThispaperintroducestheQPSKmodulationanddemodulation，F(xiàn)orQPSKmodulationanddemodulationprocessdescribeshowtogenerateasimulationmodel，TheuseofMATLABsoftwaresimulationfunctionblockdiagram,andthroughthesimulationmodelofoperation,GetinQPSK,modulationsignaldemodulationintheprocessoftheinitialelement,conversionelement,modulatedcarrier,modulatedsignal,signalvariationafterGaussianchannelandtimedomaincontrastfigure,atthesametimeusingMATLABQPSKlibrary'sownhighqualitysimulation,toreducetheerrorrate.Throughsoftwareimplementation,cangreatlyimprovetheflexibilityofdesign,savedesigntimeandimprovethedesignefficiency,reducingtheworkloadofhardwarecircuitdesign,shortenthedevelopmentcycle.[Keywords]

QPSK、Digital

Communication、modulation、demodulation、SIMULINKPAGE1煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目錄緒論3通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介42.1通信系統(tǒng)的基本概念42.2數(shù)字通信系統(tǒng)42.2.1數(shù)字通信概念2.2.2數(shù)字通信的特點(diǎn)3.數(shù)字相位傳輸系統(tǒng)53.1數(shù)字信號(hào)的傳輸及數(shù)字調(diào)制53.2二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）53.2.1基本原理3.2.2調(diào)制解調(diào)原理框圖3.3多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）63.4QPSK的調(diào)制解調(diào)原理73.4.1QPSK的調(diào)制方法及原理3.4.2QPSK的解調(diào)方法及原理4.MATLAB及Simulink簡(jiǎn)介94.1MATLAB仿真軟件簡(jiǎn)介94.2Simulink功能介紹及特點(diǎn)95.QPSK調(diào)制在MATLAB平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)105.1QPSK調(diào)制的Simulink實(shí)現(xiàn)105.1.1QPSK調(diào)制過(guò)程的Simulink實(shí)現(xiàn)5.1.2QPSK調(diào)制過(guò)程中主要組件的功能5.2QPSK調(diào)制的仿真過(guò)程、組件參數(shù)設(shè)置、波形圖115.2.1QPSK調(diào)制過(guò)程組件參數(shù)設(shè)置5.2.2QPSK調(diào)制仿真過(guò)程及波形圖6.QPSK解調(diào)在MATLAB平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)176.1QPSK解調(diào)的Simulink實(shí)現(xiàn)176.1.1QPSK解調(diào)過(guò)程的Simulink實(shí)現(xiàn)6.1.2QPSK解調(diào)過(guò)程中主要組件的功能6.2QPSK解調(diào)的仿真過(guò)程、組件參數(shù)設(shè)置、波形圖186.2.1QPSK解調(diào)過(guò)程組件參數(shù)設(shè)置6.2.2QPSK解調(diào)仿真過(guò)程及波形圖7.QPSK發(fā)送信號(hào)與調(diào)制解調(diào)信號(hào)對(duì)比218.QOSK的模塊化仿真228.1模塊化仿真實(shí)現(xiàn)228.2模塊功能介紹228.3模塊參數(shù)設(shè)置248.4碼元調(diào)制解調(diào)前后圖對(duì)比及誤碼率比較26結(jié)論28參考文獻(xiàn)29附錄301緒論.人類(lèi)社會(huì)的巨大力量來(lái)源于信息的交換，通信促進(jìn)人類(lèi)文明和發(fā)展的進(jìn)展。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，近年來(lái)，通信技術(shù)有重大的卓越性能的快速發(fā)展，已被社會(huì)普遍公認(rèn)。隨著進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)科技飛速發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)都有了巨大的提高，人民生活水平都有了質(zhì)的改善。此時(shí)，正值我國(guó)通信行業(yè)迅速發(fā)展，各個(gè)運(yùn)營(yíng)商都在大力發(fā)展自己的業(yè)務(wù)，那么優(yōu)質(zhì)的服務(wù)就成為了競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。調(diào)制解調(diào)在通信系統(tǒng)中起著重要作用。調(diào)制是將基帶信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)；實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用及改善系統(tǒng)抗噪聲性能。而解調(diào)是如何從帶有噪聲干擾和畸變的信道輸出信號(hào)中，恢復(fù)還原原來(lái)基帶信號(hào)。好的調(diào)制解調(diào)方法可以提高信息傳遞速度、信息質(zhì)量、以及信息的安全.調(diào)制解調(diào)的好壞直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。目前應(yīng)用的主流調(diào)制技術(shù)為8PSK,16QAM和64QAM.但在建筑物較多、地形復(fù)雜的地區(qū)就必須用QPSK調(diào)制確保信噪比從而確保通信的準(zhǔn)確性和有效性，QPSK已廣泛應(yīng)用在通信中的調(diào)制和解調(diào)，是一個(gè)非常重要的現(xiàn)代通信，其誤碼率隨信噪比的增加而減少并最終可能為零。同時(shí)QPSK調(diào)制方式是目前最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)、微波通信、寬帶接入、有限電視調(diào)制方式，因此深入研究QPSK通信系統(tǒng)將對(duì)未來(lái)通信發(fā)展起到重要作用。QPSK調(diào)制系統(tǒng)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(guò)程中的串-并變換，解調(diào)過(guò)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(wèn)題。同時(shí)，在國(guó)家能源節(jié)約計(jì)劃的原則下，三網(wǎng)融合還大力開(kāi)展。作為三網(wǎng)之一的通信行業(yè)，相信QPSK通信系統(tǒng)的發(fā)展將為三網(wǎng)融合貢獻(xiàn)出自己的力量。因此，研究QPSK通信具有明確的實(shí)際意義。2通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1通信系統(tǒng)的基本概念通信是通過(guò)時(shí)空來(lái)傳遞信息，要求傳輸?shù)南陌l(fā)送方到接收方。如手勢(shì)，電報(bào)信標(biāo)和現(xiàn)代社會(huì)、計(jì)算機(jī)通信無(wú)線通信、衛(wèi)星通信。這些都是消息傳遞的方式和信息交流的手段。進(jìn)行通信的目的是為了傳輸信息，通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信息源通過(guò)各種方式發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)目的地。在通信中，要做的第一件事就是把信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過(guò)傳輸設(shè)備改造，處理信號(hào)發(fā)送到信道，再作相應(yīng)的處理，在接收信號(hào)的接收端轉(zhuǎn)換為原始消息。2.2數(shù)字通信系統(tǒng).2.2.1使用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息這就是數(shù)字傳輸技術(shù)的原理，其涉及的技術(shù)問(wèn)題很多，其中主要有信源編解碼、信道編解碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、同步，和其他加密和解密等，其系統(tǒng)模型如下圖2.1所示信息源a信息源a加法器編碼器調(diào)制器信道解調(diào)器譯碼器解碼器噪聲源受信者圖2.1數(shù)字通信模型數(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，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)。2.2①、抗干擾能力強(qiáng)，而且噪聲不會(huì)被積累。②、傳輸差錯(cuò)控制。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，可通過(guò)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的信道編碼技術(shù)，降低了錯(cuò)誤率，提高了傳輸質(zhì)量。③、便于處理，儲(chǔ)存，變換利用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的數(shù)字信號(hào)。便于將來(lái)自不同信源的信號(hào)綜合到一起。④、易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。⑤、易于加密處理，且保密性好。3數(shù)字相位傳輸系統(tǒng)3.1數(shù)字信號(hào)的傳輸及數(shù)字調(diào)制發(fā)送數(shù)字信號(hào)的方式為基帶和帶通傳輸。未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻開(kāi)始，稱(chēng)為數(shù)字基帶信號(hào)，在某些具有低通特性的有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，基帶信號(hào)可以不經(jīng)過(guò)載波調(diào)制，直接傳輸，傳輸數(shù)字基帶信號(hào)不用調(diào)制，在此直接稱(chēng)為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。實(shí)際上，大多數(shù)信道因?yàn)榫哂袔ㄌ匦远荒苤苯觽鬏敾鶐盘?hào)，為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，這種數(shù)字基帶信號(hào)控制載波、數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制成數(shù)字帶通信號(hào)過(guò)程稱(chēng)為數(shù)字調(diào)制。通常把包括調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)叫做數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)。3.2二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）3.2.1基本原理二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）方式是受鍵控的載波相位按基帶脈沖而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。二進(jìn)制符號(hào)跟基帶波形和先前的假設(shè)相同，那么，2PSK的信號(hào)一般表示為（式3-1）即發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)（取+1）e（t）取0相位；發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1時(shí)（取-1）e(t)取π相位。這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)數(shù)字信息的相位鍵控，通常被稱(chēng)為絕對(duì)相移方式。3.2.22PSK調(diào)制有模擬調(diào)制法與鍵控法，分別如圖3.1(a)(b)S（t）碼變換S（t）碼變換相乘載波e（t）載波載波S（t）e（t）移相圖3.1（b）鍵控法3.1中兩圖都是用載波的0相位跟π相位分別表示碼元的0和1.2PSK解調(diào)信號(hào)，一種方法很容易想到相干解調(diào)，在3.3中所示的相應(yīng)塊圖

，對(duì)應(yīng)3.3上框圖所示，又考慮到相干解調(diào)在這里實(shí)際上起鑒相作用，故相干解調(diào)中的“相乘-低通”又可用各種鑒相器替代，如圖3.3下框圖所示。圖中的解調(diào)過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是輸入已調(diào)信號(hào)與本地載波信號(hào)進(jìn)行極性比較的過(guò)程，故常稱(chēng)為極性比較法解調(diào)。帶通濾波器帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器本地載波帶通濾波器鑒相器抽樣判決器本地載波數(shù)據(jù)輸出圖3.22PSK解調(diào)方法3.3多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的原理是利用多進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)去調(diào)制載波的各個(gè)參數(shù)，如振幅、頻率或者相位，因此，相應(yīng)地有多進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制、多進(jìn)制數(shù)字頻率調(diào)制以及多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制等三種基本方式。先討論M(M>2)相調(diào)制波形如何表示。由于M種相位可以用來(lái)表示K比特碼元的2的K次方種狀態(tài)，故有。假設(shè)K比特碼元的持續(xù)時(shí)間仍為T(mén)s，則M相調(diào)制波形可以表示為：公式中受調(diào)相位可以有M種不同取值。由此式可以看出，多相調(diào)制信號(hào)的波形可以看作是對(duì)兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)制所得信號(hào)之和。通常，多相制中使用最廣泛的是四相制和八相制，即M=4或M=8。3.4QPSK的調(diào)制解調(diào)原理3.4.1QPSK信號(hào)的調(diào)制產(chǎn)生方法與2PSK信號(hào)的調(diào)制產(chǎn)生方法類(lèi)似，可分為相位調(diào)制法和相位選擇法。（1）調(diào)相位調(diào)制法。用相位調(diào)制法產(chǎn)生QPSK信號(hào)的方框圖如圖3-3所示。主要包括串并轉(zhuǎn)換器，載波振蕩器，相乘調(diào)制器，相加器。串/并轉(zhuǎn)換器作用是將輸入的二進(jìn)制序列分為兩個(gè)并行的序列。然后經(jīng)過(guò)兩個(gè)相乘調(diào)制器，調(diào)制載波為相干的正弦信號(hào)。最后將兩路輸出信號(hào)疊加，即得四相移相信號(hào)。串/并轉(zhuǎn)換串/并轉(zhuǎn)換平衡調(diào)制器-π/2移相平衡調(diào)制器載波振蕩相加圖3-3QPSK相位調(diào)制法框圖（2）相位選擇法。QPSK信號(hào)的相位選擇法產(chǎn)生組成方框圖如圖3-4所示。圖中，調(diào)相所需的四種不同相位的載波由四相載波發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生并分別送出。根據(jù)串/并轉(zhuǎn)換器輸出的碼元的不同，邏輯選相電路也會(huì)隨之輸出相應(yīng)相位的載波。串/并轉(zhuǎn)換串/并轉(zhuǎn)換邏輯選相電路帶通濾波器四相載波發(fā)生器45135225315圖3-4相位選擇法3.4.2由于兩個(gè)正交2PSK信號(hào)的合成可以看做是四相移相信號(hào)，故四相移相信號(hào)的解調(diào)可以采用與2PSK信號(hào)類(lèi)似的解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，包括2個(gè)2PSK信號(hào)相干解調(diào)器、低通濾波、抽樣判決、并/串轉(zhuǎn)換。其組成框圖如圖3-5所示。相乘器相干載波π/2移相相乘器相乘器相干載波π/2移相相乘器低通濾波器抽樣判決低通濾波器抽樣判決并/串轉(zhuǎn)換定時(shí)定時(shí)4.MATLAB及Simulink簡(jiǎn)介4.1MATLAB仿真軟件簡(jiǎn)介matrix跟laboratory兩個(gè)詞的前三個(gè)字母組合成為MATLAB，意為矩陣工廠。由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)提供了方便，同時(shí)對(duì)于有些要進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的學(xué)科領(lǐng)域，使用MATLAB將得心應(yīng)手。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，所以使用起來(lái)要比用C語(yǔ)言，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言簡(jiǎn)捷得多，同時(shí)MATLAB也吸收了其他軟件的優(yōu)點(diǎn)，將MATLAB設(shè)計(jì)成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。新版本中有些程序可以直接調(diào)用，也可以將自己提前編寫(xiě)完成的程序?qū)氲組ATLAB庫(kù)中方便自己調(diào)用或者與朋友分享。4.2Simulink功能介紹及特點(diǎn)功能：（1）Simulink是MATLAB中的一個(gè)模塊，可視化框圖仿真模塊，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。（2）Simulink可以用多種采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)。同時(shí)，Simulink還提供了一個(gè)創(chuàng)建模型方塊圖的GUI，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程簡(jiǎn)單方便，并且可以立即看到仿真結(jié)果。特點(diǎn)：（1）預(yù)定義模塊庫(kù)豐富，并且可以根據(jù)自己的需要擴(kuò)充（2）模塊圖豐富直觀，可以通過(guò)交互式的圖形編輯器來(lái)管理，方便快捷（3）設(shè)計(jì)過(guò)程模塊化，各模塊不相干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理。（4）提供用于與其他仿真程序相連接或與手寫(xiě)代碼集成的實(shí)用API。5.QPSK調(diào)制在MATLAB平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)5.1QPSK調(diào)制的Simulink實(shí)現(xiàn)5.本論文采用simulink對(duì)QPSK調(diào)制過(guò)程進(jìn)行仿真，調(diào)制仿真電路圖如下圖5.1：5.1調(diào)制仿真電路圖首先在simulink原件庫(kù)中選取圖示元器件，有buffer、randominteger、gain、constant、sinewave、product、add、AWGNchannel、scope。連接仿真圖，設(shè)置參數(shù)，scope5示波器觀察上支路雙極性碼元、正弦載波、已調(diào)信號(hào)三路。Scope4示波器觀察下支路雙極性碼元、正弦載波、已調(diào)信號(hào)三路。對(duì)原始信號(hào)先經(jīng)三個(gè)buffer組成的串并轉(zhuǎn)換器變換成兩路信號(hào)，分別將單極性信號(hào)變?yōu)殡p極性信號(hào)（在原信號(hào)基礎(chǔ)上乘2減1），再與兩個(gè)相干的載波信號(hào)相乘進(jìn)行調(diào)制，最后兩路信號(hào)相加得到QPSK信號(hào)，經(jīng)過(guò)AWGN信道后再進(jìn)行解調(diào)。5.（1）串/并轉(zhuǎn)換器如圖5.25.2串/并轉(zhuǎn)換器此模塊由三個(gè)buffer加demux連接組成，把一路輸入變?yōu)閮陕份敵?。功能：此模塊組是實(shí)現(xiàn)將一路串信號(hào)轉(zhuǎn)換按照奇數(shù)位輸出一路信號(hào)，然后按照偶數(shù)位輸出另一路信號(hào)，即所謂的串/并轉(zhuǎn)換器。（2）單極性信號(hào)變雙極性信號(hào)模塊組如圖5.35.3單極性信號(hào)變雙極性信號(hào)模塊組此模塊由一個(gè)常數(shù)器、倍數(shù)放大器和加法器組成。將原來(lái)二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行乘2減1完成轉(zhuǎn)換。功能：此模塊組是實(shí)現(xiàn)將單極性二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙極性二進(jìn)制信號(hào)，方便調(diào)制傳輸。（3）正弦相干載波產(chǎn)生器如圖5.45.4正弦相干載波產(chǎn)生器此模塊由正弦信號(hào)發(fā)生器跟乘法器組成。實(shí)現(xiàn)信號(hào)與載波的相乘調(diào)制。功能：此模塊組實(shí)現(xiàn)給輸入的信號(hào)加相干正弦載波，完成調(diào)制。（4）加法器如圖5.55.5加法器功能：加法器將并行的兩路已調(diào)信號(hào)相加，輸入為QPSK信號(hào)。5.2QPSK調(diào)制解調(diào)的仿真過(guò)程、組件參數(shù)設(shè)置、波形圖5.圖5.6信源與串并轉(zhuǎn)換參數(shù)設(shè)置Randominteger作為模擬信號(hào)源，發(fā)出碼元序列M-arynumber設(shè)置為2其將產(chǎn)生0,1序列，buffer設(shè)置緩沖區(qū)為2，每當(dāng)緩沖數(shù)據(jù)兩個(gè)時(shí)輸出到后面兩路buffer。圖5.7串并轉(zhuǎn)換器參數(shù)設(shè)置Buffer2和buffer1緩沖區(qū)設(shè)置為1，每當(dāng)buffer滿(mǎn)兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出時(shí)buffer2跟buffer1每個(gè)接收buffer發(fā)送的一個(gè)數(shù)據(jù)然后輸出，實(shí)現(xiàn)了串并轉(zhuǎn)換。圖5.8調(diào)制正弦波參數(shù)設(shè)置上下兩支路正弦載波設(shè)置為幅度1，頻率為8π，相位分別為0和π/2，因?yàn)镼PSK信號(hào)可以看成是兩路由正交載波調(diào)制的2PSK信號(hào)之和。圖5.9高斯信道參數(shù)設(shè)置5.圖5.10仿真參數(shù)設(shè)置設(shè)置仿真參數(shù)，仿真時(shí)間為1000，開(kāi)始仿真。波形圖：（1）原始隨機(jī)信號(hào)、串轉(zhuǎn)并上支路、串轉(zhuǎn)并下支路圖5.11原始隨機(jī)信號(hào)+串轉(zhuǎn)并上支路+串轉(zhuǎn)并下支路信號(hào)波形（2）上支路雙極性信號(hào)、上支路載波、上支路已調(diào)信號(hào)?？梢詮牟ㄐ沃锌闯錾下芬颜{(diào)信號(hào)有兩種不同相位，所以下路已調(diào)信號(hào)也是兩種相位，相加可的四種相位。圖5.12上支路雙極性信號(hào)+上支路載波+上支路已調(diào)信號(hào)（3）下支路雙極性信號(hào)、下支路載波、下支路已調(diào)信號(hào)圖5.13下支路雙極性信號(hào)+下支路載波+下支路已調(diào)信號(hào)（4）QPSK信號(hào)、經(jīng)過(guò)AWGN信號(hào)后QPSK信號(hào)由此可以看出經(jīng)過(guò)信道后QPSK信號(hào)受到噪聲干擾，幅度變大。圖5.14QPSK信號(hào)+經(jīng)過(guò)AWGN信號(hào)后QPSK信號(hào)6.QPSK解調(diào)在MATLAB平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)6.1QPSK解調(diào)的Simulink實(shí)現(xiàn)6.1.1QPSK采用simulink對(duì)QPSK解調(diào)過(guò)程進(jìn)行仿真，解調(diào)仿真電路圖如下圖：圖6.1解調(diào)仿真電路圖首先在simulink元件庫(kù)中選取product、sinewave、analogfilterdesign、sign、relationaloperator、constant、pulsegenerator、unitdalay、switch、scope。連接仿真圖，設(shè)置參數(shù)，scope2觀察上下支路解調(diào)信號(hào)、解調(diào)信號(hào)經(jīng)低通濾波后的信號(hào)，scope5觀察上下支路解調(diào)的單極性碼元。Scope3觀察的是原始碼元跟解調(diào)碼元，進(jìn)行對(duì)比觀察仿真是否合理經(jīng)過(guò)AWGN信道的信號(hào)分別經(jīng)兩路相干的正弦波解調(diào)，然后經(jīng)過(guò)低通濾波，進(jìn)行抽樣判決成為二進(jìn)制信號(hào)，并/串轉(zhuǎn)換器將兩路信號(hào)合并成一路信號(hào)完成解調(diào)。6.1（1）抽樣判決器如圖6.2圖6.2抽樣判決器此模塊作用為對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行抽樣判決的作用，輸出為二進(jìn)制信號(hào)。（2）并/串轉(zhuǎn)換器如圖6.3圖6.3抽樣判決器功能：此模塊實(shí)現(xiàn)將奇數(shù)位信號(hào)和偶數(shù)位信號(hào)合成并一路串信號(hào)，即所謂的并/串轉(zhuǎn)換器6.2QPSK解調(diào)的仿真過(guò)程、組件參數(shù)設(shè)置、波形圖6.圖6.4解調(diào)正弦波參數(shù)設(shè)置設(shè)置解調(diào)正弦波的振幅為1，頻率為8π，相位為π/2跟0，兩路相干的正弦波對(duì)經(jīng)過(guò)信道的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)圖6.5抽樣判決器參數(shù)設(shè)置設(shè)置抽樣判決器的參數(shù)為大于等于，當(dāng)信號(hào)大于等于0時(shí)輸出為1.6.設(shè)置仿真參數(shù)，仿真時(shí)間為100，開(kāi)始仿真。波形圖：（1）上支路經(jīng)正弦相干解調(diào)+經(jīng)低通濾波+經(jīng)抽樣判決圖6.6上支路經(jīng)正弦相干解調(diào)+經(jīng)低通濾波+經(jīng)抽樣判決信號(hào)波形（2）下支路經(jīng)正弦相干解調(diào)+經(jīng)低通濾波+經(jīng)抽樣判決圖6.7下支路經(jīng)正弦相干解調(diào)+經(jīng)低通濾波+經(jīng)抽樣判決7.QPSK發(fā)送信號(hào)與調(diào)制解調(diào)信號(hào)對(duì)比為了最后能夠更好的驗(yàn)證此次課題的正確性，將QPSK調(diào)制與解調(diào)過(guò)程放置于一個(gè)系統(tǒng)中。所以從理論上來(lái)說(shuō)，信號(hào)源發(fā)送的二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制之后，再經(jīng)過(guò)解調(diào)，結(jié)果得到信號(hào)應(yīng)該與信號(hào)源發(fā)送的二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)相一致。經(jīng)驗(yàn)證，解調(diào)后的波形和調(diào)制前的波形基本上是相一致，波形如圖所示，圖7.1調(diào)制解調(diào)信號(hào)波形對(duì)比圖由此圖也可以看出，此種方法調(diào)制解調(diào)后的誤碼率還是比較高的，主要是因?yàn)榉抡嬷杏玫搅?個(gè)buffer模塊，此模塊不僅會(huì)產(chǎn)生與緩沖區(qū)大小的延時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較高的誤碼率，所以要對(duì)仿真進(jìn)行改進(jìn)。Simulink中模塊庫(kù)中有現(xiàn)成的QPSK調(diào)制與解調(diào)模塊，如下圖圖7-2QPSK調(diào)制解調(diào)模塊這兩個(gè)模塊就是QPSK的調(diào)制解調(diào)模塊，所以下面將介紹QPSK的模塊化調(diào)制解調(diào)。8.simulink模塊化QPSK系統(tǒng)的仿真8.1模塊化仿真實(shí)現(xiàn)由于采用buffer會(huì)產(chǎn)生時(shí)延，誤碼率較高，所以在設(shè)計(jì)時(shí)采用simulink里已有的QPSK調(diào)制模塊QPSKModulatorbaseband和解調(diào)模塊QPSKDemodulatorBaseband對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，信號(hào)源采用隨機(jī)信號(hào)源RandomIntegerGenerator,搭建出QPSK的調(diào)制解調(diào)仿真圖，如圖8.1所示：圖8.1QPSK的調(diào)制解調(diào)仿真圖對(duì)該信道進(jìn)行了改良，加入Square

root模塊，目的是為了使系統(tǒng)性能得到提高，由于加入了Square

root模塊，信號(hào)有了改變，對(duì)信道有了一定的影響，所以我們引入了變數(shù)部分的時(shí)延，因此輸入了2.66的延時(shí)。后面再加上相位頻率偏移，這樣的調(diào)制比較適合在高斯信道中傳輸，減少噪聲對(duì)信號(hào)的影響，在經(jīng)過(guò)Square

root后恢復(fù)信號(hào)找回原來(lái)的濾波信號(hào)，再通過(guò)解調(diào)，就得到了原信號(hào)。在此原理圖中我們從調(diào)制端引出（Goto）了一個(gè)信號(hào)，然后在輸入（From）解調(diào)端。最后通過(guò)ErrorRateCalculation模塊統(tǒng)計(jì)出誤碼率。8.2模塊功能介紹（1）隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器圖8.2隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器隨機(jī)整數(shù)生成器塊產(chǎn)生均勻分布的隨機(jī)整數(shù)范圍(0,M-1)，用來(lái)模擬QPSK通信過(guò)程中四種不同的符號(hào)。0代表二進(jìn)制00,1代表二進(jìn)制01,2代表二進(jìn)制10,3代表二進(jìn)制11.（2）QPSK調(diào)制解調(diào)模塊圖8.3QPSK調(diào)制解調(diào)模塊QPSK調(diào)制模塊使用四相相移鍵控方法產(chǎn)生QPSK基帶信號(hào)。輸出是一個(gè)已調(diào)信號(hào)的基帶表示。QPSK解調(diào)模塊解調(diào)使用四相相移鍵控調(diào)制方法產(chǎn)生的信號(hào)。輸入是一個(gè)已調(diào)信號(hào)的基帶表示。（3）平方根升余弦傳輸濾波器+平方根升余弦接收濾波器圖8.4平方根升余弦濾波器升余弦成形濾波器是常用的低通濾波器，升余弦濾波器的傳輸函數(shù)是整個(gè)系統(tǒng)的合成傳輸函數(shù)

H(f)，即從發(fā)送端開(kāi)始，經(jīng)信道到接收濾波器的整個(gè)傳輸函數(shù)。接收端的濾波是對(duì)整個(gè)傳輸函數(shù)的補(bǔ)償，它使得整體傳輸函數(shù)成為一個(gè)能夠滿(mǎn)足奈奎斯特第一準(zhǔn)則（實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_）的傳輸函數(shù)。通常，把它放置在收發(fā)兩端，即將接收濾波器和發(fā)送濾波器設(shè)計(jì)（匹配）為平方根升余弦函數(shù)。（4）延遲模塊圖8.5延遲模塊VariableFractionalDelay給發(fā)送信號(hào)加延時(shí)，增加模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中的延時(shí)。（5）相位/頻率偏移模塊圖8.6相位/頻率偏移模塊對(duì)信號(hào)的相位或者頻率進(jìn)行偏移，使其比較適合在高斯信道中傳輸，減少噪聲對(duì)信號(hào)的影響。（6）定時(shí)恢復(fù)圖8.7定時(shí)恢復(fù)SquaringTimingRecovery是平方定時(shí)回復(fù)算法，和其它定時(shí)回復(fù)算法結(jié)構(gòu)一樣，差別只在定時(shí)誤差檢測(cè)器算法的不同，補(bǔ)償接受信號(hào)在傳輸過(guò)程中的定時(shí)誤差，需要四倍的碼元速率進(jìn)行解調(diào)（7）相位恢復(fù)圖8.8相位恢復(fù)對(duì)QPSK信號(hào)的四種調(diào)制相位的恢復(fù)，用于信號(hào)的解調(diào)。（8）誤碼率分析圖8.9誤碼率分析對(duì)信號(hào)調(diào)制前與解調(diào)后進(jìn)行分析，計(jì)算誤碼率。8.3模塊參數(shù)設(shè)置圖8.10調(diào)制解調(diào)模塊參數(shù)設(shè)置圖8.11平方根升余弦濾波器參數(shù)設(shè)置圖8.12延遲模塊、相位/頻率偏移模塊參數(shù)設(shè)置圖8.13隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器、高斯信道參數(shù)設(shè)置圖8.14相位恢復(fù)與定時(shí)恢復(fù)模塊參數(shù)設(shè)置圖8.15緩沖器與誤碼率計(jì)算模塊參數(shù)設(shè)置8.4碼元調(diào)制解調(diào)前后圖對(duì)比及誤碼率比較波形圖：調(diào)制解調(diào)星座圖圖8.16調(diào)制解調(diào)星座圖調(diào)制前與解調(diào)后碼元圖圖8.17調(diào)制前與解調(diào)后碼元圖由此圖可以看出采用simulink的專(zhuān)業(yè)庫(kù)中QPSK調(diào)制解調(diào)模塊的方法產(chǎn)生的波形好誤碼率低，其次也可以知道QPSK的誤碼主要來(lái)源于高斯信道的噪聲干擾，以及信號(hào)的碼間串?dāng)_。其次由于位定時(shí)不準(zhǔn)確也會(huì)造成抽樣判決錯(cuò)誤，導(dǎo)致信號(hào)與原始信號(hào)不同，產(chǎn)生誤碼。結(jié)論經(jīng)過(guò)研究?jī)蓚€(gè)多月，終于完成了基于MATLAB的QPSK系統(tǒng)的仿真。