正交相位偏移鍵控(QPSK)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)Simulink(Matlab)建模分析畢業(yè)論文x

編號(hào)：審定成績(jī)：設(shè)計(jì)（論文）題目：正交相位偏移鍵控(QPSK)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)Simulink(Matlab)建模分析

摘要在現(xiàn)今新技術(shù)革命的高速推動(dòng)下，在信息高速公路建設(shè)和全球網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展浪潮的推動(dòng)下，通信技術(shù)得到迅猛發(fā)展，

載波通信、衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信技術(shù)正在向數(shù)字化、智能化、寬帶化發(fā)展。信息的數(shù)字轉(zhuǎn)換處理技術(shù)走向成熟，為大規(guī)模、多領(lǐng)域的信息產(chǎn)品制造和信息服務(wù)創(chuàng)造了條件。高新技術(shù)層出不窮。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，利用計(jì)算機(jī)軟件的仿真，可以大大地降低通信過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)成本。本文設(shè)計(jì)出一個(gè)QPSK仿真模型，以分析QPSK在高斯信道中的性能，通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)，可以更好地了解QPSK系統(tǒng)的工作原理。正交相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式。四相絕對(duì)移相鍵控(QPSK)技術(shù)具有抗干擾能力好、誤碼率低、頻譜利用效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)正廣泛地應(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)通信和有線電視系統(tǒng)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)的調(diào)制解調(diào)概念和原理，傳輸比特錯(cuò)誤率和符號(hào)錯(cuò)誤率的計(jì)算，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(duì)QPSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，對(duì)QPSK在高斯白噪聲信道中的性能進(jìn)行分析。其中解調(diào)器使用相關(guān)器接收機(jī)。通過(guò)多次運(yùn)行仿真得到比特錯(cuò)誤率與信噪比之間的關(guān)系?！娟P(guān)鍵詞】MatlabQPSKSimulnk仿真

ABSTRACTDrivenbythehigh-speedrevolutionofnewtechnology,theinformationhighwayconstructionandglobalnetworkdevelopment,communicationtechnologyhasrapidlydeveloped.Carriercommunication,satellitecommunicationsandmobilecommunicationtechnologyarealsodevelopedindigital,intelligent,broadbandway.Thetechnologyofinformationdigitalconversionbecamematurewhichcancreateabettercircumstanceforinformationproductsmanufacturinganinformationservice.Advancedtechnologyaretoemergeinanendlessstream.Asthedevelopmentofthecommunicationtechnology,communicationsystemdesignalsowillbemoreandmorecomplicated,theuseofcomputersoftwareofthesimulation,cangreatlyreducethecostintheprocessofcommunication.ThispaperdesignedaQPSKsimulationmodeltoanalyzetheperformanceoftheGaussianchannelQPSK.Throughthisexperiment,wecanbetterunderstandQPSKsystemprincipleofwork.QPSKisakindofdigitalmodulationmodewhichhasaseriesofadvantages,suchastheanti-interferenceability,lowBER(BitErrorRate),spectrumefficiency.QPSKiswidelyusedindigitalmicrowavecommunicationsystem,digitalsatellitecommunicationsystem,broadbandaccess,mobilecommunicationandcableTVsystemnow.ThispapermainlyintroducedisthesituationofQPSK,andtheconceptandprincipleofdemodulation.Toknowthetransmissionerrorrateandsymbolscalculation,thenunderstandthefunctionofthevariousmodulesinsimulinkusingQPSKmoduleofthesimulinkindemodulationsystem.ItcanalsoanalysistheQPSKGaussianwhitenoiseinthechannelperformance.Usingofmodemcorrelatorreceiverthroughtherunmultipletimesitcangetbiterrorratesimulationandtherelationshipbetweenthesignal-to-noiseratio.【Keywords】MatlabQPSKSimulinkSimulation

目錄前言 1第一章正交相移鍵控(QPSK)系統(tǒng)概述 2第一節(jié)QPSK的系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2第二節(jié)論文的仿真意義 3第三節(jié)論文的主要內(nèi)容和任務(wù) 3一、研究主要內(nèi)容 3二、論文需要完成的任務(wù) 4第四節(jié)本章小結(jié) 4第二章基帶數(shù)字信號(hào)傳輸 6第一節(jié)二進(jìn)制信號(hào)的傳輸 6一、基帶信號(hào) 6二、加性高斯白噪聲(AGWN)下的最佳接收機(jī) 7三、雙極性矩形波的最佳接收機(jī) 7第二節(jié)多維信號(hào)的傳輸與最佳接受機(jī) 9一、多維正交信號(hào) 9二、AGWN下的多進(jìn)制信號(hào)傳輸 9三、檢測(cè)器 10第三節(jié)本章小結(jié) 11第三章QPSK的調(diào)制與解調(diào) 12第一節(jié)數(shù)字調(diào)相的介紹 12第二節(jié)QPSK的產(chǎn)生方法 12一、相乘法 12二、選擇法 12第三節(jié)QPSK的調(diào)制與解調(diào)原理 13第四節(jié)本章小結(jié) 15第四章基于Simulink的QPSK系統(tǒng)仿真分析 17第一節(jié)Simulink平臺(tái)簡(jiǎn)介 17一、MATLAB簡(jiǎn)介 17二、Simulink簡(jiǎn)介 17三、Simulink的特點(diǎn) 18四、Simulink常用模塊庫(kù) 18第二節(jié)使用Simulink搭建QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) 20一、產(chǎn)生需要的信號(hào)源 20二、QPSK的系統(tǒng)平臺(tái)建模 21三、仿真結(jié)果分析 25四、舉例分析 25第三節(jié)仿真總結(jié)及遇到的問(wèn)題 29一、仿真結(jié)果 29二、遇到的問(wèn)題及解決情況 29三、未解決的問(wèn)題 30第四節(jié) 本章小結(jié) 31結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄 36一、英文原文： 36BandwidthEfficientQPSKinCochannelInterferenceandFading 36二、英文翻譯： 42在共信道干擾和衰落下的QPSK的帶寬效率 42前言在當(dāng)今高度信息化的社會(huì)，信息和通信已成為現(xiàn)代社會(huì)的“命脈”。信息作為一種資源，只有通過(guò)廣泛地傳播與交流，才能促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作，推動(dòng)生產(chǎn)力的發(fā)展，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。從1837年莫爾斯發(fā)明的有線電報(bào)開(kāi)始，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，通信的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：以1837年友明電報(bào)(莫爾斯電碼)為標(biāo)志的通信初級(jí)階段；以1948年香農(nóng)提出的信息論開(kāi)始的近代通信階段；以20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的光纖通信為代表的和以綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)崛起為標(biāo)志的現(xiàn)代通信階段。光纖通信技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)成為了現(xiàn)代通信技術(shù)的三大主流發(fā)展方向。相較于模擬通信，數(shù)字通信還是有很多的優(yōu)點(diǎn)。但是，正是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)，也使得它需要較多的帶寬和復(fù)雜的設(shè)備?，F(xiàn)今，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展應(yīng)用，這些缺點(diǎn)也在得到解決。現(xiàn)今數(shù)字系統(tǒng)所需設(shè)備正得到簡(jiǎn)化和改進(jìn)，技術(shù)難度也得到大大降低，與此同時(shí)，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及光纖等大容量傳輸介質(zhì)的發(fā)展和使用正逐漸解決數(shù)字系統(tǒng)的帶寬問(wèn)題。因此數(shù)字傳輸方式正逐漸受到更廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，全數(shù)字調(diào)制技術(shù)作為這些領(lǐng)域中極為重要的一個(gè)方面，也得到迅速發(fā)展。

第一章正交相移鍵控(QPSK)系統(tǒng)概述第一節(jié)QPSK的系統(tǒng)簡(jiǎn)介數(shù)字通信現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)頻段和各種通信方式中,成為當(dāng)今通信發(fā)展的一種必然趨勢(shì)。所謂數(shù)字通信即用數(shù)字信號(hào)傳送信息進(jìn)行通信,也可以說(shuō)通信的數(shù)字化。數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)在于用數(shù)字信號(hào)傳送信息易于再生,可減小傳輸中的失真易于用脈沖數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn),設(shè)備可做到體積小、重量輕可以引入計(jì)算技術(shù),應(yīng)用微處理器及單片微機(jī),發(fā)揮各種數(shù)字信號(hào)處理及智能化控制功能數(shù)字信號(hào)易于加密便于采用糾錯(cuò)編碼和擴(kuò)頻技術(shù),提高抗干擾能力。數(shù)字通信之所以取得迅速的發(fā)展不是偶然的現(xiàn)象,有其理論上、技術(shù)上和客觀需求上的基礎(chǔ)從理論分析開(kāi)始,人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到數(shù)字通信在理論上比模擬通信具有一系列優(yōu)點(diǎn)。除上述各點(diǎn)外,在頻帶和功率的有效利用方面也更為有利計(jì)算技術(shù)和微電子學(xué)的進(jìn)展為通信的數(shù)字化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)人們?cè)谏鐣?huì)生活中對(duì)多種功能綜合服務(wù)的需要是數(shù)字通信發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。全數(shù)字調(diào)制技術(shù)作為通信領(lǐng)域中極其重要的一個(gè)方面，近些年得到了飛速的發(fā)展。數(shù)字專(zhuān)用集成電路的發(fā)展使得通信傳輸中的發(fā)送與接收設(shè)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(shí)也提高了設(shè)備的安全性。另一方面，全數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)的采用有可能使各類(lèi)現(xiàn)代調(diào)制解調(diào)技術(shù)融合一體，使該調(diào)制解調(diào)器不僅適用于各種調(diào)制和解調(diào)的體制，同時(shí)它還具有可變速率這一特性。目前，無(wú)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(guò)模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，數(shù)字通信具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：=1\*GB3①易于控制傳輸中的差錯(cuò)。=2\*GB3②具有較強(qiáng)的抗干擾能力，且噪聲不積累。=3\*GB3③易于加密處理，且保密性好。=4\*GB3④易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。=5\*GB3⑤便于和現(xiàn)今用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)去處理、存儲(chǔ)需要的數(shù)字信息。QPSK是英文QuadraturePhaseShiftKeying的縮略語(yǔ)的簡(jiǎn)稱(chēng)，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，人們利用具有恒定包絡(luò)特性的調(diào)制技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。因?yàn)檫@類(lèi)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)對(duì)放大設(shè)備沒(méi)有相應(yīng)的線性要求，并且已調(diào)信號(hào)只需要具有相對(duì)窄的功率譜即可，其缺點(diǎn)是它的頻譜利用率低于線性調(diào)制技術(shù)。后來(lái)，QuadraturePhaseShiftKeying技術(shù)逐漸以具有較強(qiáng)的抗干擾能力、誤碼率低、具有較高的頻譜利用率等一系列優(yōu)點(diǎn)，大量的應(yīng)用在寬帶接入、數(shù)字微波通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信及有線電視系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)之中。第二節(jié)論文的仿真意義通過(guò)完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，加深對(duì)通信原理理論的理解，熟悉通信系統(tǒng)的基本概念，復(fù)習(xí)正交相位偏移鍵控(QPSK)調(diào)制解調(diào)的基本原理和誤比特率的計(jì)算方法，了解調(diào)制解調(diào)方式中最基礎(chǔ)的方法。包括模擬調(diào)制中的幅度調(diào)制(AM)如雙邊帶幅度調(diào)制(DSB)、單邊帶幅度調(diào)制(SSB)、常規(guī)幅度調(diào)制；角度調(diào)制中的相位調(diào)制(FM)和頻率調(diào)制(PM)。以及數(shù)字調(diào)制中的幅度調(diào)制，相位調(diào)制，頻率調(diào)制等方式，了解QPSK的實(shí)現(xiàn)方法及數(shù)學(xué)原理，掌握通信系統(tǒng)Simulink仿真建模方法。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)及其計(jì)算方法。同時(shí)復(fù)習(xí)隨機(jī)信號(hào)中的頻域是用功率譜密度來(lái)描述平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的特性等的基礎(chǔ)知識(shí)，時(shí)域用自相關(guān)函數(shù)，來(lái)理解高斯信道中噪聲的表示方法，以便在以后的仿真中使用。理解了QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理后，使用MATLAB工具建模實(shí)現(xiàn)QPSK信號(hào)在高斯信道下傳輸，以及該方式下的誤碼率測(cè)試。，通過(guò)Simulink建模完成QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真，以及誤碼率測(cè)試，通過(guò)整個(gè)仿真建模的系統(tǒng)了解QPSK整個(gè)的調(diào)制解調(diào)流程，并通過(guò)示波器觀察各點(diǎn)的波形，拿得出的響應(yīng)波形與理論波形進(jìn)行比較，分析仿真的結(jié)果。在完成要求的任務(wù)的前提條件下，嘗試優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的模型。并使用Simulink中最基礎(chǔ)的模塊來(lái)搭建QPSK調(diào)制解調(diào)電路模塊，從而了解和優(yōu)化電路的結(jié)構(gòu)。對(duì)電路的設(shè)計(jì)稍作一些了解。第三節(jié)論文的主要內(nèi)容和任務(wù)一、研究主要內(nèi)容學(xué)習(xí)QPSK系統(tǒng)的傳輸原理，并使用Simulink搭建QPSK調(diào)制和解調(diào)模塊，利用高斯信道模塊使信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆抡妫檬静ㄆ饔^察各個(gè)點(diǎn)的波形，通過(guò)與理論波形對(duì)比，驗(yàn)證電路的正確與否。二、論文需要完成的任務(wù)設(shè)計(jì)使用Simulink基礎(chǔ)模塊搭建QPSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并使用示波器顯示調(diào)制解調(diào)過(guò)程中各點(diǎn)波形，驗(yàn)證是否與理論相符。設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的主要理論有QPSK的調(diào)制解調(diào)原理，高斯信道噪聲的主要特性，二進(jìn)制相關(guān)接收機(jī)和多進(jìn)制相關(guān)接收機(jī)以及加性高斯白噪聲下的最佳接收機(jī)的誤碼率公式的理解以及通信系統(tǒng)中誤碼率測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。需要掌握的基礎(chǔ)知識(shí)有Matlab的基本用法，以及Simulink的基本方法使用，和Simulink各個(gè)模塊的使用。第四節(jié)本章小結(jié)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)處理技術(shù)，得到越來(lái)越多的關(guān)注。任何信息攜帶的一切都可以作為一個(gè)信號(hào)，信號(hào)是信息的物理性能。信號(hào)處理的主要目標(biāo)，是一個(gè)物理信號(hào)，如電信號(hào)，光信號(hào)，聲信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)。信號(hào)包含的信息進(jìn)行處理，提取人想要的信息。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)作為一門(mén)新興學(xué)科，由于先進(jìn)的技術(shù)和應(yīng)用的廣度，越來(lái)越顯示出強(qiáng)大的生命力，那些需要各種信號(hào)的頻譜分析，過(guò)濾，壓縮，其他領(lǐng)域的科學(xué)和工程領(lǐng)域使用它，這種趨勢(shì)還在發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音處理，通信系統(tǒng)，聲納，雷達(dá)，地震信號(hào)，空間技術(shù)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)，儀器儀表，生物醫(yī)學(xué)工程和家用電器及其他。信號(hào)處理一直為通信技術(shù)的發(fā)展提供了各種分析工具，如：壓縮，轉(zhuǎn)換編碼，過(guò)濾，洗澡，檢測(cè)，評(píng)估，績(jī)效評(píng)估工具，還提供了多種實(shí)施工具，如：，收縮陣列，但同時(shí)也促進(jìn)一代在通信技術(shù)領(lǐng)域具有劃時(shí)代意義的事件，如：速度和數(shù)字視頻，調(diào)制解調(diào)器，均衡器，天線陣列。再加上集成的半導(dǎo)體技術(shù)，計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的發(fā)展，通過(guò)WWW廣泛的互聯(lián)網(wǎng)接入，電纜連接的快速發(fā)展和最終用戶對(duì)服務(wù)的需求增加蜂窩，所有這一切都鼓勵(lì)人們努力實(shí)現(xiàn)“任何人，任何時(shí)間，任何地點(diǎn)”可以實(shí)現(xiàn)通信的夢(mèng)想?，F(xiàn)代通信技術(shù)正在經(jīng)歷一個(gè)戲劇性的變化。通信和計(jì)算設(shè)備集成，互聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用提供潛力無(wú)限的會(huì)議，視頻點(diǎn)播，萬(wàn)維網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的用戶。同時(shí)，近年來(lái)快速發(fā)展的無(wú)線接入，是世界電信業(yè)發(fā)展的最強(qiáng)動(dòng)力。在不久的將來(lái)，“任何人，任何時(shí)間，任何地方都可以很方便的通信的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)，但也有困難的技術(shù)挑戰(zhàn)：需要新的理論和復(fù)雜的信號(hào)處理技術(shù)，高速光纖連接，包括無(wú)線，有線和數(shù)字預(yù)環(huán)為未來(lái)的多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)技術(shù)，最重要的特征之一，在今天的通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是多樣化的通信需求。正交相位偏移鍵控(QPSK)是目前微波、衛(wèi)星和有線電視上行通信中最常用的一種單載波調(diào)制方式，其在電路上實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，頻帶利用率高，具有較強(qiáng)的抗干擾性等特點(diǎn)。隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，正交相位偏移鍵控(QPSK)將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

第二章基帶數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)谝还?jié)二進(jìn)制信號(hào)的傳輸一、基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)所占據(jù)的頻譜是從零頻或很低頻率開(kāi)始且未經(jīng)調(diào)制。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)制而直接進(jìn)行傳輸。例如，在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中直接傳輸基帶脈沖。這種不經(jīng)過(guò)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)，稱(chēng)為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)數(shù)字信息的電波形表示，它可以用不同的電平或脈沖來(lái)表示相應(yīng)的消息代碼。在二進(jìn)制通信系統(tǒng)中，由1和0的序列組成二進(jìn)制數(shù)據(jù)來(lái)傳輸波形。我們現(xiàn)在假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸速率為r(bit/s),則每個(gè)比特按照規(guī)則：發(fā)送1傳輸，0發(fā)送0傳輸，0假設(shè)數(shù)據(jù)比特流中1和0是等概率的話，那么每個(gè)出現(xiàn)的概率都為。并且是互為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。加性高斯白噪聲信道(AWGN)，即傳輸信號(hào)的信道假設(shè)是被加性噪聲n(t)所干擾。(n(t)的功率譜為n0/2(W/Hz))那么，接收信號(hào)可以表示為r(t)=+n(t)，i=1,00(2-1)最佳接收機(jī)，即接受機(jī)的任務(wù)就是觀察收到信號(hào)r(t)后，要判斷該碼元區(qū)間發(fā)送的是1還是0，并利用最小差錯(cuò)概率原則，此時(shí)即為最佳接收機(jī)。[1]圖最佳接收機(jī)二、加性高斯白噪聲(AGWN)下的最佳接收機(jī)AGWN下的最佳接收機(jī)由以下兩個(gè)部分組成：檢測(cè)器，信號(hào)相關(guān)器或匹配濾波器。此次實(shí)驗(yàn)涉及的是信號(hào)相關(guān)器，下面對(duì)其進(jìn)行介紹。信號(hào)相關(guān)器將所接收到的信號(hào)r(t)與兩個(gè)可能發(fā)送的信號(hào)和作互相關(guān)，如圖所示，當(dāng)信號(hào)在一個(gè)碼元期間有下面兩個(gè)輸出(2-2)(2-3)在t=時(shí)，這對(duì)兩個(gè)輸出采樣，并將已采樣輸出反饋給檢測(cè)器。圖2.2接收信號(hào)與兩個(gè)發(fā)送信號(hào)互相關(guān)其中，(2-4)所以，可以看出，當(dāng)t=T時(shí)，相關(guān)器與匹配濾波器是等效的。[2]三、雙極性矩形波的最佳接收機(jī)如圖，因QPSK使用的是雙極性矩形信號(hào)，所以我們可以簡(jiǎn)化接收機(jī)圖2.3傳播信號(hào)為矩形波的最佳接收機(jī)當(dāng)調(diào)制信號(hào)為雙極性矩形信號(hào)時(shí)，=S(t)，=-S(t)，此時(shí),S(t)是能量為ε的雙極性矩形信號(hào)，假設(shè)發(fā)送s(t)時(shí)，接收信號(hào)為r(t)=s(t)+n(t)。在瞬時(shí)采樣t=時(shí)刻，相關(guān)器的輸出為r=ε+n，(n為加性噪聲分量)因?yàn)榧有愿咚拱自肼暿蔷禐榱愕?，所以n的方差為(2-5)那么當(dāng)發(fā)送為S(t)時(shí)，信號(hào)r的概率密度為(2-6)同理可得，當(dāng)發(fā)送為-S(t)時(shí)，輸入為r=ε+n，此時(shí)，r的概率密度為(2-7)對(duì)于等概率的波形，最佳檢測(cè)器將r與閥值0進(jìn)行比較。若r>0，則判決為s(t)。被發(fā)送；若r<0，則判決為-s(t)被發(fā)送。信號(hào)的噪聲引起檢測(cè)差錯(cuò)。檢測(cè)器的差錯(cuò)概率可由2-7式計(jì)算出。假定發(fā)射s(t)，那么差錯(cuò)概率就等于r<0的概率，即(2-8)因?yàn)椴ㄐ涡盘?hào)是等概的，此時(shí)檢測(cè)器將r與閥值0比較。若r<0，則判決為-s(t)被發(fā)送；若r>0，則判決為s(t)被發(fā)送。[3]第二節(jié)多維信號(hào)的傳輸與最佳接受機(jī)一、多維正交信號(hào)當(dāng)信號(hào)滿足等能量且互為正交，那么信號(hào)可表示為(2-9)此時(shí)可構(gòu)成多維信號(hào)波形。此次實(shí)驗(yàn)中，我們假設(shè)信號(hào)是經(jīng)過(guò)加性高斯白噪聲信道傳輸?shù)?，傳輸若為，此時(shí)接收信號(hào)為r(t)=+n(t),接收機(jī)接收信號(hào)并作出判斷。其中為每個(gè)波形的能量，是單位沖擊函數(shù)。二、AGWN下的多進(jìn)制信號(hào)傳輸我們將信號(hào)r(t)通過(guò)一組并聯(lián)的M個(gè)相關(guān)器。因?yàn)橄嚓P(guān)器與匹配濾波器在采樣時(shí)刻輸出相同，所以，只討論相關(guān)器的情況。R(t)和M個(gè)信號(hào)中每一個(gè)作互相關(guān)，在t=T時(shí)刻進(jìn)行采樣，相關(guān)器的輸出為(2-10)假設(shè)傳輸?shù)氖切盘?hào)波形那么,則(2-11)(2-12)其中，(2-13)我們可知，輸出是由一個(gè)信號(hào)分量和一個(gè)噪聲分量所組成，而其余的M-1個(gè)分量輸出是僅由噪聲組成。這個(gè)噪聲分量是高斯型的，且均值為零，方差為(2-14)此時(shí)，相關(guān)器的輸出的概率密度函數(shù)為(2-15)(2-16)三、檢測(cè)器檢測(cè)器觀察到M個(gè)相關(guān)器的輸出，i=0,1,2,,,,,,M-1,選出對(duì)應(yīng)于最大相關(guān)器的輸出信號(hào)。在被傳輸?shù)那闆r下，得到正確的結(jié)果的概率是的概率，或者可以得到如下結(jié)論(2-17)當(dāng)M=2時(shí)，(2-18)當(dāng)傳輸其他M-1個(gè)信號(hào)中的任意一個(gè)時(shí)，得到同一的差錯(cuò)概率表達(dá)式。因?yàn)槿縈個(gè)信號(hào)都可能是等概率的，所以由公式2-17式得出的表達(dá)式就是一個(gè)符號(hào)的差錯(cuò)的平均概率。有時(shí)希望把符號(hào)差錯(cuò)概率轉(zhuǎn)換成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字差錯(cuò)的等效概率。對(duì)于等概率的正交信號(hào)，所有符號(hào)差錯(cuò)都是等概率的，并且其發(fā)生概率為(2-19)在差錯(cuò)中有(由k比特中的n個(gè)比特)種可能方式，所以每k比特符號(hào)的平均比特差錯(cuò)數(shù)為：(2-20)平均比特差錯(cuò)概率就是上式的結(jié)果除以k，即第三節(jié)本章小結(jié)數(shù)字信號(hào)的最佳接收是按照錯(cuò)誤概率最小作為“最佳”的準(zhǔn)則。誤碼率分析的基本原理是將一個(gè)接收信號(hào)碼元的全部抽樣值當(dāng)作為K維接收矢量空間中的一個(gè)矢量，并將接收矢量空間劃分為兩個(gè)區(qū)域。按照接受矢量落入哪個(gè)區(qū)域來(lái)判斷是否發(fā)生錯(cuò)誤。由判決準(zhǔn)則可以得出最佳接收機(jī)的原理方框圖和計(jì)算出誤碼率。第三章QPSK的調(diào)制與解調(diào)第一節(jié)數(shù)字調(diào)相的介紹前面討論的都是數(shù)字信息經(jīng)由基帶的傳輸。在這種情況下，載有信息的信號(hào)是直接通過(guò)信道傳輸而不用某一正弦波。然而，在實(shí)際生活中，大多數(shù)通信信道都是帶通信道，因此通過(guò)這類(lèi)信道傳輸信號(hào)的唯一辦法是將載有信息的信號(hào)頻率搬移到信道的頻帶之內(nèi)。適合于帶通信道的載波調(diào)制信號(hào)形式有四種：幅度調(diào)制信號(hào)(AM)；正交幅度調(diào)制信號(hào)(QAM)；相位鍵控(PSK)和頻率鍵控(FSK)。本節(jié)著重介紹的是角度調(diào)制(PSK)。PSK通過(guò)調(diào)制的發(fā)射波形的相位，不同階段，代表不同的數(shù)據(jù)。數(shù)字相位調(diào)制(PSK)是角度調(diào)制，通過(guò)改變傳輸波形的相位的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，除了輸入信號(hào)是數(shù)字信號(hào)和輸出相位受限以外，它與恒定振幅數(shù)字調(diào)制非常相似。有四種可能的離散相態(tài)，QPSK信號(hào)是正弦載波，QPSK的可以采取的四個(gè)不同階段的代表數(shù)字信息的載體優(yōu)勢(shì)。應(yīng)分組輸入二進(jìn)制數(shù)字序列，每?jī)蓚€(gè)位編一組，然后他們四個(gè)不同的載波相位特性。第二節(jié)QPSK的產(chǎn)生方法QPSK的調(diào)制有兩種產(chǎn)生方法相乘電路法和選擇法。一、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(guò)“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。二、選擇法輸入基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)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。圖選擇法圖相乘法第三節(jié)QPSK的調(diào)制與解調(diào)原理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л/4,3л/4,5л/4,和7л/4。相應(yīng)的，可將發(fā)射信號(hào)定義為：=，0其中，i＝1，2，3，4；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)。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)序列首先被不歸零(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(lái)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，將這兩個(gè)二進(jìn)制PSK信號(hào)相加，從而得期望的QPSK。調(diào)制部分原理方框圖如下：圖調(diào)制原理框圖原理分析：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(lái)與門(mén)限值0進(jìn)行比較。如果x1>0,則判決同相信道地輸出為符號(hào)1；如果x1<0,則判決同相信道的輸出為符號(hào)0。如果正交通道也是如此判決輸出。最后同相信道和正交信道輸出這兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列被復(fù)加器合并，重新得到原始的二進(jìn)制序列。在AWGN信道中，判決結(jié)果具有最小的負(fù)號(hào)差錯(cuò)概率。用兩路具有相互正交特性的載波來(lái)解調(diào)信號(hào)，可以分離這兩路正交的2PSK信號(hào)。相干解調(diào)后，并行碼元經(jīng)過(guò)并/串變換后，最終得到串行的數(shù)據(jù)流。圖3.4解調(diào)原理框圖第四節(jié)本章小結(jié)本章著重介紹了QPSK的調(diào)制原理和解調(diào)原理。產(chǎn)生QPSK的方法是使用相乘電路，首先把二進(jìn)制不歸零雙極性碼，它被串并變換電路變成兩路碼元，與載波相乘后，這兩路信號(hào)在相加電路中相加后得到輸出結(jié)果。由于QPSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交2PSK信號(hào)的疊加，所以用兩路相干正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易的分離這兩路正交的2PSK信號(hào)。相干解調(diào)后的兩路并行碼元，經(jīng)過(guò)變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。QuadraturePhaseShiftKeying通過(guò)使用載波的四個(gè)各不相同的相位差來(lái)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(guò)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\o"相位"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?jī)蓚€(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?jī)晌欢M(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)。QuadraturePhaseShiftKeying中每次調(diào)制通過(guò)載波的相位差來(lái)傳輸所需要的信息。利用星座圖和接收到的載波信號(hào)的相位來(lái)還原原先發(fā)送端發(fā)送的信息。

第四章基于Simulink的QPSK系統(tǒng)仿真分析第一節(jié)Simulink平臺(tái)簡(jiǎn)介一、MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB是MATrixLABoratory的縮寫(xiě)，是一款由美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是一種用于算法開(kāi)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(yǔ)言和交互式環(huán)境。除了矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來(lái)創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語(yǔ)言(包括C，C++和FORTRAN)編寫(xiě)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同領(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)完整的Simulink包,提供了一個(gè)可視化的開(kāi)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(kāi)發(fā)等。[4]二、Simulink簡(jiǎn)介Matlab是一個(gè)數(shù)值計(jì)算，先進(jìn)的圖形和可視化，高層次的編程語(yǔ)言綜合科學(xué)計(jì)算環(huán)境。MATLAB工具箱提供面向?qū)I(yè)圖書(shū)館延伸編譯MATLABM文件自動(dòng)轉(zhuǎn)換成獨(dú)立的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的C和C代碼。SIMU字可以用計(jì)算機(jī)模擬，在Simulink和鏈接詞說(shuō)，它連接到系統(tǒng)，系列模塊連接在一起，構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)模型。Simulink是MATLAB最重要的組成部分，它可以提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模，仿真和集成環(huán)境的綜合分析。在這種環(huán)境下，工作人員不必編寫(xiě)復(fù)雜的程序，用鼠標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，你可以構(gòu)造不同的系統(tǒng)。Simulink中有許多優(yōu)點(diǎn)，以適應(yīng)清除的結(jié)構(gòu)和流程仿真精細(xì)，貼近實(shí)際，高效率，靈活的基于Simulink的上述優(yōu)勢(shì)，廣泛已被廣泛用于在復(fù)雜的模擬和設(shè)計(jì)控制理論與數(shù)字信號(hào)處理。Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模，仿真和分析軟件包。SIMULINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（包括連續(xù)系統(tǒng)，離散系統(tǒng)和混合動(dòng)力系統(tǒng)的建模，分析和模擬），這將是一件容易的事情。它提供了一個(gè)圖形化的，互動(dòng)的環(huán)境，只需用鼠標(biāo)拖動(dòng)的方法將能夠迅速建立系統(tǒng)框圖模型，甚至不寫(xiě)一行代碼。Simulink系統(tǒng)建模與仿真，其最大的優(yōu)點(diǎn)是易于學(xué)習(xí)，易于使用和依靠基于MATLAB仿真的豐富資源。[7]Simulink具有如下特點(diǎn)：=1\*GB3①交互式、圖形化的建模環(huán)境：Simulink中提供了豐富的模塊庫(kù)，以幫助用戶快速建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)模型。實(shí)驗(yàn)者只需使用鼠標(biāo)單擊庫(kù)中的系統(tǒng)模塊不同的模塊，然后通過(guò)連接的設(shè)計(jì)原理建模。

=2\*GB3②交互式的仿真環(huán)境：Simulink的框圖提供強(qiáng)大的交互式仿真環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以使用命令行模擬，模擬，通過(guò)下拉菜單。

=3\*GB3③專(zhuān)用模塊庫(kù)(Blocksets)：Simulink建模系統(tǒng)的補(bǔ)充，MathWorks公司還開(kāi)發(fā)了一個(gè)特殊的功能塊，如DSP模塊庫(kù)和通信模塊庫(kù)，包。實(shí)驗(yàn)者使用這些軟件包，用戶可以快速系統(tǒng)建模，仿真和分析。更方便，用戶也可以下載代碼自動(dòng)生成系統(tǒng)模型和生成的代碼應(yīng)用到不同的目標(biāo)機(jī)。

=4\*GB3④提供了仿真庫(kù)的擴(kuò)充和定制機(jī)制：Simulink的開(kāi)放式架構(gòu)允許用戶擴(kuò)展的模擬環(huán)境：MATLAB，C代碼生成自定義模塊庫(kù)，并有自己的圖標(biāo)和界面。因此，用戶可以使用C鏈接寫(xiě)的代碼，或購(gòu)買(mǎi)更先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，仿真和分析，使用由第三方開(kāi)發(fā)商提供的模塊庫(kù)。

=5\*GB3⑤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(shù)據(jù)分析，模擬，過(guò)程自動(dòng)化，優(yōu)化參數(shù)。工具箱中提供了先進(jìn)的設(shè)計(jì)和分析能力，可以快速集成到模擬過(guò)程。

架構(gòu)擴(kuò)展Simulink的基礎(chǔ)上的建模也提供設(shè)計(jì)，實(shí)施，驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)相應(yīng)的工具。Simulink和MATLAB緊密集成，可以直接訪問(wèn)大量用于算法開(kāi)發(fā)，仿真分析和可視化的MATLAB工具，批處理腳本來(lái)創(chuàng)建定制的建模環(huán)境，信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。三、Simulink的特點(diǎn)Simulink中有豐富的擴(kuò)展模塊庫(kù)的預(yù)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(shè)計(jì)特征的水平，實(shí)現(xiàn)管理復(fù)雜的設(shè)計(jì)模型瀏覽器的導(dǎo)航，創(chuàng)建，任何信號(hào)配置搜索模型，參數(shù)，屬性，生成的模型代碼，并能提供與其他模擬程序或手寫(xiě)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(shí)現(xiàn)，運(yùn)行時(shí)使用一個(gè)固定的步變步運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(正常，加速器，快速加速器)確定解釋性運(yùn)行到運(yùn)行或編譯的C代碼，在模型的形式;graphicalof調(diào)試器和分析器來(lái)檢查模擬的結(jié)果，可以自我診斷性能和行為異常;可以訪問(wèn)MATLAB為了對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和可視化，自定義建模環(huán)境，信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)，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。四、Simulink常用模塊庫(kù)Simulink有幾個(gè)常用的模塊：信宿(Sinks)模塊庫(kù)Display顯示輸入的值；Output創(chuàng)建子系統(tǒng)的輸出端口或外部輸出端口；Scope、FloatScope顯示仿真時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)；StopSimulation表示停止仿真；Terminator將未使用的輸出端作為終端來(lái)避免告警；XYGraph顯示XY坐標(biāo)圖。信源(Sources)模塊庫(kù)包括產(chǎn)生各種信號(hào)的模塊。Band－LimitedWhiteNoise為連續(xù)系統(tǒng)引入白噪聲；ChirpSignal產(chǎn)生一個(gè)掃頻信號(hào)；Clock產(chǎn)生和顯示仿真時(shí)間；Constant產(chǎn)生一個(gè)常量值；Ground表示接地等。連續(xù)(Continuous)模塊庫(kù)包括線性函數(shù)模型。包括有微分單元(Derivative)、積分單元(Integrator)、線性狀態(tài)空間系統(tǒng)單元(State－Space)、線性傳遞函數(shù)單元(TransferFen)、延時(shí)單元(TransportDelay)、可變傳輸延時(shí)單元(VariableTransportDelay)、指定零極點(diǎn)輸入函數(shù)單元(Zero－Pole)。4.數(shù)學(xué)操作(SimulinkMathOperations和FixedˉPointBlocketMath)模塊庫(kù)包含常用的數(shù)學(xué)函數(shù)模塊。包括輸入信號(hào)絕對(duì)值單元(Abs)等。5.通信模塊庫(kù)(ComunicationsBlockset)信源(CommSources)：產(chǎn)生需要的隨機(jī)或偽隨機(jī)信號(hào)，或者是文件或模擬壓控振蕩器(VCO)的非隨機(jī)信號(hào)。BernoulliRandomBinaryGenerator模塊：產(chǎn)生由伯努利分布得到的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)。BinaryVectorNoiseGenerator模塊：產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)向量。Random－IntegerGenerator模塊：產(chǎn)生一個(gè)在一定范圍內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)。PoissionIntGenerator模塊：產(chǎn)生洎松分布所需的隨機(jī)整數(shù)。PNSequenceGenerator模塊：產(chǎn)生偽隨機(jī)序列。GaussianNoiseGenerator模塊：產(chǎn)生離散高斯白噪聲。RayleighNoiseGenerator模塊：產(chǎn)生瑞利分布的噪聲。UniformNoiseGenerator模塊：產(chǎn)生一個(gè)在特定條件下的均勻噪聲。Voltage-ControlledOscillator模塊：實(shí)現(xiàn)壓控振蕩器。信宿(CommSinks)：此庫(kù)中提供了信宿和顯示的模塊，以使對(duì)通信系統(tǒng)的分析更加簡(jiǎn)便。TriggeredWritetoFile模塊：利用上升沿的觸發(fā)向文件寫(xiě)入數(shù)據(jù)。EnorRateCalculation模塊：統(tǒng)計(jì)輸入信號(hào)的誤碼率。6.信源編碼(SourceCoding)模塊庫(kù)信源編碼分為兩個(gè)步驟：信源編碼和信源譯碼。得到一個(gè)數(shù)字信號(hào)需要用到量化。所得信號(hào)的符號(hào)都是在某個(gè)有限范圍內(nèi)的非負(fù)整數(shù)。信源譯碼就是從傳輸?shù)玫降男盘?hào)恢復(fù)出源信息流。7.信道(Channel)模塊庫(kù)提供各種不同通信環(huán)境的信道模型，比如高斯白噪聲信道等。8.錯(cuò)誤偵測(cè)與校驗(yàn)(EnorDetectionCorrection)模塊庫(kù)利用輸入輸出的數(shù)據(jù)，得到分析數(shù)據(jù)的模塊，比如誤碼率計(jì)算的模塊。9.調(diào)制解調(diào)(Modulation)模塊分為數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制，再細(xì)分又可分為相位調(diào)制、幅度調(diào)制和頻率調(diào)制。第二節(jié)使用Simulink搭建QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)一、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?jī)杀忍卮砭鸵粋€(gè)符號(hào)。BernoulliBinaryGenerator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，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。圖信號(hào)源參數(shù)設(shè)置二、QPSK的系統(tǒng)平臺(tái)建模1.串并變換我們先通過(guò)使用buffer這個(gè)模塊來(lái)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。圖4.2Buffer的參數(shù)設(shè)置2.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(guò)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。3.調(diào)制模塊分別將兩路信號(hào)乘以相位相差л/2的載波，然后相加。載波由正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生。正弦波模塊的參數(shù)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(lái)進(jìn)行設(shè)置，兩路載波同頻正交，相位相差л/2。我們?cè)O(shè)上支路的相位為0，下支路的相位為л/2。圖調(diào)制框圖圖上支路載波信號(hào)圖下支路載波4.傳輸信道本次實(shí)驗(yàn)使用的是高斯信道和理想信道。實(shí)驗(yàn)所需的高斯噪聲我們可以由高斯信道模塊來(lái)提供，用到了Zero-OrderHold，和子模塊，即SubSystem，通過(guò)子模塊建立新的封裝(Mask)功能模塊其中參數(shù)設(shè)置中信噪比為Es/No，Es/No為信號(hào)能量比噪聲功率譜密度。AWGN信道模塊可以將加性高斯白噪聲加到一個(gè)實(shí)數(shù)的或復(fù)數(shù)的輸入信號(hào)?，F(xiàn)在輸入信號(hào)是實(shí)數(shù)，這個(gè)模塊增加了實(shí)數(shù)的高斯噪聲，產(chǎn)生一個(gè)實(shí)數(shù)的輸出信號(hào)。此塊繼承它的輸入信號(hào)的采樣時(shí)間。模塊使用信號(hào)處理模塊隨機(jī)產(chǎn)生的噪聲。初始種子可以是一個(gè)標(biāo)量或矢量的長(zhǎng)度相匹配的輸入信號(hào)通道數(shù)。種子的詳細(xì)資料初次，查看隨機(jī)源模塊庫(kù)文件參考頁(yè)面中設(shè)置的信號(hào)處理。該端口的數(shù)據(jù)類(lèi)型都繼承自該驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)塊。注意權(quán)力的所有值假設(shè)一個(gè)1歐姆的標(biāo)稱(chēng)阻抗。圖高斯信道模塊5.解調(diào)模塊首先將從高斯信道送過(guò)來(lái)的信號(hào)分別乘以與調(diào)制時(shí)的載波同頻的載波，且相位相差為л/2的載波。解調(diào)可以使用相關(guān)器或者匹配濾波器進(jìn)行解調(diào)，本次實(shí)驗(yàn)使用的是相關(guān)器，這時(shí)信號(hào)需要通過(guò)設(shè)置的積分器。因?yàn)榉e分器設(shè)置為使用積分器時(shí)，需要在時(shí)間t=T時(shí)使得積分器復(fù)位，所以需要設(shè)置積分模塊續(xù)設(shè)置在時(shí)鐘下降沿時(shí)復(fù)位。并需要設(shè)置參數(shù)為使用外部信號(hào)，此時(shí)，時(shí)鐘設(shè)置為與該支路碼元時(shí)間相同，即是發(fā)送信號(hào)碼元時(shí)間的兩倍輸入。然后積分后的信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣并保持模塊，即sampleandhold模塊，此時(shí)，設(shè)置這個(gè)模塊為觸發(fā)上升沿，同樣使用時(shí)鐘設(shè)置為與該支路碼元時(shí)間相同，即是發(fā)送信號(hào)碼元時(shí)間的兩倍輸入。此時(shí)各路傳輸?shù)男盘?hào)相應(yīng)地會(huì)使一個(gè)單位的時(shí)延產(chǎn)生。然后使用autothreshold模塊，該模塊根據(jù)輸入的信號(hào)數(shù)據(jù)自動(dòng)設(shè)置出閥值，由此，可對(duì)輸入信號(hào)做出判定，再輸出相應(yīng)的二進(jìn)制比特序列，并可輸出閥值。最后使用N-sampleswitch模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)并串轉(zhuǎn)換，因?yàn)槲覀冏詈笮枰氖亲钤嫉男盘?hào)，將兩路信號(hào)合二為一，在第一路信號(hào)發(fā)出一個(gè)樣本時(shí)間后，樣本時(shí)間設(shè)置為發(fā)送信號(hào)碼元時(shí)間，開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到第二路信號(hào)，此時(shí)換做第二路信號(hào)輸入，一個(gè)碼元時(shí)間后模塊重置，如此循環(huán)。同樣的，此模塊也需要兩倍的發(fā)送信號(hào)碼元時(shí)間輸入。圖時(shí)鐘設(shè)置圖積分器設(shè)置圖采樣和保持設(shè)置6.誤碼率的統(tǒng)計(jì)我們可以使用ErrorRateCalculation這個(gè)模塊來(lái)對(duì)誤碼率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，ErrorRateCalculation模塊能夠自行去比對(duì)發(fā)送序列和接收序列，同時(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后得到誤碼率。前面buffer模塊是每個(gè)支路產(chǎn)生一個(gè)單位的時(shí)延，采樣保持模塊是每個(gè)支路產(chǎn)生一個(gè)單位的時(shí)延，所以這個(gè)調(diào)制解調(diào)模塊最后會(huì)產(chǎn)生四個(gè)時(shí)延，所以ErrorRateCalculation模塊中延遲參數(shù)設(shè)置為4，最后我們使用display這個(gè)模塊來(lái)顯示傳輸個(gè)數(shù)、誤碼個(gè)數(shù)和誤碼率。[7]三、仿真結(jié)果分析通過(guò)設(shè)置不同的Es/No的值，可得到不同的誤碼率。本次實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)誤碼率時(shí)，設(shè)置的載波頻率為4000Hz，信號(hào)源的采樣時(shí)間為s，除了在理想信道時(shí)誤碼率為零，高斯信道的采樣時(shí)間與Zero-OrderHold的參數(shù)時(shí)間設(shè)置皆以載波的頻率為參考依據(jù)，現(xiàn)載波頻率為4000Hz，則我們?cè)O(shè)這兩個(gè)時(shí)間參數(shù)設(shè)置為，即得到下表。當(dāng)然如果這兩個(gè)時(shí)間參數(shù)設(shè)置的更小的話，會(huì)得到更小的誤碼率。表信噪比與誤碼率的關(guān)系Es/No(dB)-5013誤碼率四、舉例分析為了能更好的觀察波形變換，我們現(xiàn)把載波的頻率參數(shù)設(shè)置為4Hz，信號(hào)源的采樣時(shí)間設(shè)置為s。圖信號(hào)源和轉(zhuǎn)變后的雙極性信號(hào)圖上支路的載波及調(diào)制信號(hào)圖4.12下支路的載波及調(diào)制信號(hào)圖上下支路相加后得到的調(diào)制信號(hào)圖經(jīng)過(guò)高斯信道后的調(diào)制信號(hào)圖上支路積分和采樣后的信號(hào)圖上支路判決后的信號(hào)圖7下支路積分和采樣后的信號(hào)圖下支路判決后的信號(hào)圖源信號(hào)流和經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)后的信號(hào)流對(duì)比從上述圖中可以看出，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)模塊有引進(jìn)噪聲，以及電路使用了積分、采樣保持模塊，還原后的信號(hào)幅度差異較大，通過(guò)判決門(mén)限后，得到原來(lái)的二進(jìn)制信號(hào)。我們從仿真結(jié)果圖中看出，信道噪聲功率譜密度越大，信號(hào)信噪比越小，誤碼率越高，這也符合實(shí)際情況。仿真的各種條件都是理想化的，除了噪聲之外不會(huì)發(fā)生任何錯(cuò)誤，和實(shí)際情況相比，在相同的信噪比之下，比特錯(cuò)誤率理應(yīng)要小的多，但是仿真所得結(jié)果的誤碼率偏大，可能是因?yàn)槭褂昧藌ero-orderhold這個(gè)器件，但如不使用zero-orderhold這個(gè)器件，高斯信道模塊會(huì)在仿真運(yùn)行時(shí)報(bào)錯(cuò)，從而無(wú)法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。所以為了使實(shí)驗(yàn)進(jìn)行下去，選擇這個(gè)器件，即使會(huì)出現(xiàn)不小的誤差。[8]圖解調(diào)框圖第三節(jié)仿真總結(jié)及遇到的問(wèn)題一、仿真結(jié)果通過(guò)對(duì)QuadraturePhaseShiftKeying系統(tǒng)的理論知識(shí)復(fù)習(xí)，學(xué)習(xí)使用Simulink仿真的一些基礎(chǔ)知識(shí)，QuadraturePhaseShiftKeying通信系統(tǒng)中的誤碼率測(cè)試問(wèn)題。使用Simulink基礎(chǔ)模塊搭建QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并使用示波器顯示調(diào)制解調(diào)過(guò)程中各點(diǎn)波形，且得出結(jié)果與實(shí)際相符。并對(duì)得到結(jié)果進(jìn)行分析，找出得出結(jié)果與理論相違背部分的原因，解決其中問(wèn)題，使其更接近理論值。最終得到較滿意的結(jié)果。二、遇到的問(wèn)題及解決情況為了使仿真正常進(jìn)行，把所有的數(shù)據(jù)設(shè)為了double類(lèi)型，buffer模塊的輸出信號(hào)首先通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，由此增加了Simulink仿真的內(nèi)存占用率，也降低了仿真效率。還有就是時(shí)鐘信號(hào)的設(shè)置和積分器上升沿和復(fù)位的問(wèn)題，要經(jīng)過(guò)不停地調(diào)試，才能解決。在搭建整個(gè)QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中首先的問(wèn)題就是所需信號(hào)的串并轉(zhuǎn)換問(wèn)題，Simulink中沒(méi)有可以直接解決串并變換的模塊，于是通過(guò)利用buffer這個(gè)模塊，來(lái)完成串并變換的功能，由此卻引入了兩個(gè)單位的時(shí)延。再者是示波器的顯示問(wèn)題，如果載波頻率設(shè)置過(guò)高的話，在采樣點(diǎn)很多的情況下，示波器就只會(huì)顯示部分波形且波形較密，無(wú)法看清波形。另外采樣點(diǎn)如果過(guò)密的話，就會(huì)出現(xiàn)顯示失真，所以載波的頻率不能設(shè)置過(guò)高。在高斯信道模塊遇到的是數(shù)據(jù)類(lèi)型不符的問(wèn)題，因?yàn)閎uffer、模塊輸出的信號(hào)為幀信號(hào)，高斯信道要求輸入和輸出皆為采樣信號(hào)，為了解決這一問(wèn)題，加入了zero-orderhold這個(gè)器件，但也因此產(chǎn)生了較大的誤碼率。由于要把單極性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為雙極性數(shù)據(jù)類(lèi)型，所以，整個(gè)系統(tǒng)看上去比較復(fù)雜和繁瑣。在仿真建模過(guò)程中還是有許多問(wèn)題，以上的這些問(wèn)題是比較明顯的。所有問(wèn)題基本上都可以通過(guò)看書(shū)，查資料，咨詢(xún)指導(dǎo)老師來(lái)完成，在這個(gè)過(guò)程中，也豐富了自己的知識(shí)。三、未解決的問(wèn)題在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，如果碼元寬度設(shè)置不合理還可能導(dǎo)致碼間干擾，解決問(wèn)題的方法是可在調(diào)制階段加入升余弦滾降濾波，讓碼間干擾成為零，可以降低由碼間干擾而帶來(lái)的誤碼率。在整個(gè)QPSK系統(tǒng)的Simulink仿真中，將載波頻率大小最大值設(shè)置為4000HZ，而實(shí)際生活中載波頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)值，但若將載波設(shè)置變大，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。這個(gè)原因沒(méi)有能及時(shí)找到，所以這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)有及時(shí)解決?？紤]實(shí)驗(yàn)的便捷性，在本次實(shí)驗(yàn)中，載波部分使用的是兩個(gè)同頻正交的正弦信號(hào)發(fā)生器，并且在解調(diào)時(shí)也是直接用此載波來(lái)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)。而在實(shí)際系統(tǒng)中，通常為保證兩路正交載波只有相位的相差，所以實(shí)際系統(tǒng)通常采用的是希爾伯特濾波器。由于本次實(shí)驗(yàn)可嚴(yán)格設(shè)置載波的參數(shù)，所以沒(méi)有使用希爾伯特濾波器，這樣也可避免了希爾伯特濾波器可能帶來(lái)的各種誤差。而解調(diào)部分可以采用鎖相環(huán)技術(shù)，來(lái)嚴(yán)格保證解調(diào)使用的載波與發(fā)送方載波相同，可從接收波形中提取載波。但考慮到鎖相環(huán)的相對(duì)復(fù)雜性，本次仿真省略了此過(guò)程，若想得到更好的仿真結(jié)果，可在此仿真基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。另外本次仿真沒(méi)有觀察頻譜的波形，想對(duì)QPSK整個(gè)系統(tǒng)有更好的理解，可在相應(yīng)的位置加頻譜示波器。本章小結(jié)本章著重介紹了本次實(shí)驗(yàn)的仿真的整個(gè)過(guò)程、各個(gè)模塊參數(shù)的設(shè)置及仿真的結(jié)果，以及在整個(gè)仿真過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題和解決方案。圖系統(tǒng)總框圖結(jié)論本次論文題目是QuadraturePhaseShiftKeying(QPSK)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)Simulink(Matlab)建模分析。QPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)已經(jīng)非常成熟的今天，QPSK的調(diào)制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)方面。在單一的數(shù)字調(diào)制技術(shù)且通信技術(shù)飛速發(fā)展的今天，早已無(wú)法滿足現(xiàn)代通信的要求，根據(jù)不同通信方式，采取不同的調(diào)制方法。對(duì)于我本人來(lái)講，QPSK的調(diào)制和解調(diào)原理早已經(jīng)在通信原理的課程中學(xué)習(xí)過(guò)，同時(shí)也在通信原理的實(shí)驗(yàn)課中觀察過(guò)其仿真結(jié)果。但在此次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用了Simulink平臺(tái)搭建QPSK系統(tǒng)，在原本理解QPSK基本原理的基礎(chǔ)上，同時(shí)也了解了許多其他新的東西。當(dāng)然，本次實(shí)驗(yàn)所搭建的QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)中還有很多問(wèn)題需要去解決，更需要得到進(jìn)一步完善。

致謝光陰如梭，時(shí)光荏苒，四年的大學(xué)生活在這個(gè)季節(jié)里將畫(huà)上一個(gè)句號(hào)，四年的時(shí)間在我們漫漫的生命長(zhǎng)河里是短暫的，但這短短的四年確實(shí)我人生中最絢爛的，最純真的，最珍貴的時(shí)光。這四年的時(shí)間里，有同學(xué)朋友對(duì)我默默的幫助和關(guān)懷；有老師們對(duì)我諄諄教誨，讓我找到正確的方向去努力……這些都是敦促我前進(jìn)的力量。畢業(yè)論文的撰寫(xiě)次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)程，畢業(yè)論文的完成是一段學(xué)業(yè)的結(jié)束，同樣也是第一段學(xué)業(yè)的開(kāi)始。經(jīng)過(guò)這一段時(shí)間的努力，我的畢業(yè)論文《正交相位偏移鍵控(QPSK)調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)Simulink(Matlab)建模分析》已經(jīng)完成，本論文是在重慶郵電大學(xué)···老師的指導(dǎo)下完成的，在論文寫(xiě)作期間，我的導(dǎo)師···老師花費(fèi)了很多的心血，從一開(kāi)始的選題到著手寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，從提綱到最終的定稿，老師都細(xì)心的檢查和審核，把錯(cuò)誤指出，提出了很多的修改意見(jiàn)。在此我要表示深深的感謝。我要感謝重慶郵電大學(xué)給我提供這么一個(gè)良好的實(shí)踐機(jī)會(huì)，為我們?cè)谛１究粕峁┤鐖D書(shū)館之類(lèi)的學(xué)習(xí)場(chǎng)所，以及可以完成實(shí)踐的學(xué)習(xí)工各種作條件。感謝輔導(dǎo)員···老師及08級(jí)通信三班的所有同學(xué)這四年來(lái)在學(xué)習(xí)、工作、生活上給我的關(guān)心和幫助，使我各方面的能力都有了較大的進(jìn)步。并且一起度過(guò)了很多美好的時(shí)光。最后，我還要深深感謝我的父母。正是由于他們?cè)诰裆辖o了我支持，讓我可以了追求自己的夢(mèng)想。謝謝你們！給予你們最大的祝福！感謝歲月和困難磨礪了我，相信自己，追逐自己的夢(mèng)想，永不放棄！參考文獻(xiàn)[1]吳成柯，樊昌信，徐炳祥等，通信原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2001[2]曹志剛，錢(qián)亞生，現(xiàn)代通信原理[M].清華大學(xué)出版社，2000著，張力軍譯，數(shù)字通信(第四版)[M].電子工業(yè)出版社，2003[4]鐘麟，王峰.MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用教程[M]..國(guó)防工業(yè)出版社，2004[5]鄧華.MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例講解[M].人民郵電出版社，2003[6]張力,羅忠相.基于軟件無(wú)線電的QPSK解調(diào)器仿真及實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)有線電視,2005,[7]高博.楊燕.胡建軍.基于MATLAB的QPSK系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真[R].西安：西安機(jī)電信息研究所，2010[8]韓麗英.基于MATLAB的QPSK仿真與分析[N].長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院學(xué)報(bào)，2010[9]張國(guó)華，楊旭，田龍，周欽，高速Q(mào)PSK數(shù)字解調(diào)器的Simulink建模仿真[R].西安：西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所，2003[10]]QPSK[EB/OL].[11]Simulink[EB/OL][12]Matlab[EB/OL][13]QPSK[EB/OL].通信百科[14]Simulinkdocumentation[EB/OL].[15]Matlab[EB/OL].維基百科

附錄一、英文原文：BandwidthEfficientQPSKinCochannelInterferenceandFadingNormanC.Beaulieu,SeniorMember,IEEE.andAdnanA.Abu-Dayya,Member,IEEE

Abstract-TheperformancesofQPSKinthepresenceofcochannelinterferenceinbothnofadingandfadingenvironmentsareanalyzed.Threeapproachesforrepresentingthecochannelinterferenceareinvestigated.Theseareapreciseerrorprobabilitymethod,asumofsinusoids(sinusoidal)model,andaGaussianinterferencemodel.InadditiontodeterminingpreciseresultsfortheperformanceofQPSKincochannelinterference,itisouraiminthispapertoexaminethevalidityofthesetwointerferencemodelsinbothadditivewhiteGaussiannoise(AWGN)environmentsandindifferentflatfadingenvironments;Rayleigh,Ricean,andNakagami.Insomepreviousworktheeffectsofintersymbolinterference(ISI)producedbythecochannelinterferencewereneglected,aswerealsothesymboltimingoffsetsofthedifferentsignals.Inthispaper,NyquistpulseshapingisconsideredandtheeffectsofcrosschannelIS1producedbythecochannelinterferenceareaccountedforinthepreciseinterferencemodel.Alsoaccountedforaretherandomsymbolandcarriertimingoffsetsoftheinterferingsignals.Twoperformancecriteriaareconsidered.Thesearetheaveragebiterrorrateandtheinterferencepenalty.Thelatterisdefinedastheincreaseinsignal-to-noisepowerratio(SNR)requiredbyasystemwithcochannelinterferenceinordertomaintainthesameBERasasystemwithoutinterference.Attentionwillbegiven,inparticular,totheoutdoormicrocellularfadingenvironment.Inthisenvironment,thefadingexperiencedbytheinterferingsignalsmayberepresentedbyaRayleigh-fadingmodelwhilethefadingexperiencedbythedesiredsignalmayberepresentedbyaRiceanoraNakagami-fadingmodel.INTRODUCTIONTRANSMISSIONinwirelesscommunicationsystemsiscarriedoutinaradiopropagationenvironment.Theradiopropagationenvironmentplacesfundamentallimitationsontheperformanceofwirelesscommunicationssystems.Transmissionissubjectedtotwomajorsourcesofdegradation.Thesearefadingandcochannelinterference.Fadingisduetomultipathpropagationandcochannelinterferenceisduetothereuseoftheradiofrequencies.Theaimofthefrequencyreuseistoincreasethespectrumefficiency.Therefore,analyzingtheperformancesofdigitalcommunicationsonfadingchannelsinthepresenceofcochannelinterferenceisofconsiderableinterest.Recently,theuseoflinearmodulationschemessuchasquaternaryshiftkeying(QPSK)inwirelesscommunicationsystemshasreceivedmuchattention(see,forexample,[l],[2]andthereferencestherein).ThisismainlybecauselinearmodulationschemesaremorespectrallyefficientthanconstantenvelopemodulationschemessuchasGaussianminimumshiftkeyingmodulation(GMSK).Theincreasingdemandforspectrumresourceshasmotivatedinterestinusingcoherentdemodulation.ERRORRATESONFADINGCHANNELSThecontributionsofthispaperarethefollowing.WecomputetheaverageB