【正文】 跳變。因此， OQPSK 信號相位只能跳變 0176。 OQPSK 也稱為偏移四相相移鍵控（ offsetQPSK），是 QPSK 的改進型。這種形式的已調(diào)波具有兩個主要特點，其一是包絡(luò)恒定或起伏很小；其二是已調(diào)波頻譜具有高頻快速滾降特性，或者說已調(diào)波旁瓣很小，甚至幾乎沒有旁瓣。這種相位跳變引起包絡(luò)起伏，當(dāng)通過非線性部件后，使已經(jīng)濾除的帶外分量又被恢復(fù)出來，導(dǎo)致頻譜擴展，增加對相鄰波道的干擾。 的相位跳變，在 QPSK 基礎(chǔ)上提出 的。按照串 /并變換器輸出的雙比特碼元的不同，邏輯選相電路輸出相應(yīng)相位的載波。雙極性的 a 和 b 脈沖分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)制，得到虛線矢量如圖。 此時，上式恰好表示兩個正交的二相調(diào)制信號的合成。由于每一種載波相位代表兩個比特信息，故每個四進制碼元又被稱為雙比特碼元。只有 2DPSK 信號才能采用這種方法解調(diào)，因為它是以前一個碼元的載波相位作為參考相位，而不是未調(diào)載波的相位。 圖 2PSK信號的相干解調(diào)框圖 2DPSK 信號的產(chǎn)生 框圖： 圖 2DPSK信號的調(diào)制方框圖 圖中，波形變換器用來完成單極性不歸零波形到雙極性波形的變換，其變換關(guān)系為 ，因為 ，所以有 。所以，實際中不采用 2PSK 方式，而采用一種所謂的相對（差分）移相（ 2DPSK）方式。 2PSK 、 QPSK、 OQPSK 二進制移相鍵控（ 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。 位置： Communications Blockset\Channels 表 加性高斯白噪聲信道的主要參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 FSK MSK GMSK Initial seed (初始化種子 ) 18233 Mode (模式 ) Signal to noise ration (SNR)(信噪比 ) SNR(信噪比 ) 3 6 6 Input signal power(輸入信號功率 ) 1 圖 加性高斯白噪聲信道的主要參數(shù) 4. Error Rate Calculation（誤碼率計算）比較輸入輸出的誤碼率。所以高斯低通濾波器必須滿足： （ 1） 帶寬窄，且是銳截止的 （ 2） 具有較低的過沖脈沖響應(yīng) （ 3） 保持輸出脈沖的面積不變 設(shè)計 2FSK 仿真模型如圖 所示 ： 圖 FSK基帶調(diào)制仿真系統(tǒng)框圖 FSK 基帶調(diào)制仿真系統(tǒng)的框圖 由伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器， 頻譜儀，基帶MFSK 調(diào)制與解調(diào)器，加性高斯白噪聲信道，誤碼率計算器及顯示器構(gòu)成。 由（ 1）式知，當(dāng) ka =+1 時，信號的頻率為 2 1 ()22c sfw T???? 當(dāng) ka =1 時，信號的頻率為 1 1 ()22c sfwT???? 由此可得 21 12 sf f f T? ? ? ? fT?? ? MSK 信號在碼元轉(zhuǎn)化時信號的相位是連續(xù)的，根據(jù)這個要求，相位應(yīng)該滿足下面的條件： ? 11 11 ,11 ( 1 ) ,( ) [ ( 1 ) ]2 kkk kkk aak k k k aaka a k ?? ??? ? ?? ?? ??? ???? ? ? ? ? 上式表明， MSK 信號在第 k 個碼元的相位常數(shù)不僅與當(dāng)前的 ka 有關(guān)，而且與前面的 1ka? 及相 位常數(shù) 1k?? 有關(guān)。這正是頻率鍵控通信方式 的早期采用的實現(xiàn)方法， 2FSK 另一個實現(xiàn)方法便是采用鍵控法，即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通。對圖 中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)做 1024 點快速傅立葉可得頻域波形，如圖 所示： 圖 2ASK 各環(huán)節(jié)頻譜圖 從圖 中可以看到，源信號中心頻率經(jīng)調(diào)制后搬移到了載波頻率上，這與公式（ ）是相符的。最后經(jīng)過解調(diào)和抽樣判決出來的信號與源信號波形大體一致，只是有兩個碼元的延遲，這說明如果將 Error Rate Calculation 的 Receive delay 參數(shù)設(shè)置為 2，則此模型最后的誤碼率為 0。判決模塊是一個由 M文件編寫的 S函數(shù)，S函數(shù)是 Simulnk中用以功能擴展的一個功能，用 S函數(shù)可以自己編制 Simulink庫中沒有的 Simulink模塊，從而使 Simulink的功能大大加強，本模型中使用的判決模塊就是這樣一個應(yīng)用，其 M文件詳見附錄 [1]。要做到這一點，將輸入信號的采樣頻率取為期望的頻率顯示窗最大值的兩倍即可，F(xiàn)requency Range（頻 率范圍）選 [0...Fs/2]就是這個道理（ Fs 就是采樣頻率，亦是采樣時間的倒數(shù)）。 Simulink 中提供了 Spectrum Scope 模塊來顯示仿真頻譜，其主要參數(shù)的設(shè)置為： Buffer size：緩存長度，頻譜儀應(yīng)用快速傅里葉變換 FFT 完成數(shù)據(jù)流從時域到頻域的變換，所以先要將時域的數(shù)據(jù)流取出一段， FFT size(快速傅里葉變換的長度 )確定為 N，通常要求 N 為 2 的冪。 誤碼計算儀 信號經(jīng)過信道后，由于噪聲的干擾，在接收端可能出現(xiàn)誤碼， Simulink中提供了 Error Rate Calculation 模塊來計算誤碼率，其主要參數(shù)的設(shè)置為： Receive delay：接收延遲，表明在計算誤碼率時接收到的信號比源信號延遲的碼元數(shù)，便于準(zhǔn)確計算 ； Output data：數(shù)據(jù)輸出，將誤碼率、誤碼數(shù)及碼元總數(shù)輸出，有兩個選項 可選擇： Work space 和 Port。 MDPSK Modulator Passband 和 MDPSK Demodulator Passband 分別是數(shù)字信號 DPSK 調(diào)制和解調(diào)的專用模塊，其中主要參數(shù)有： Mary number：輸入信號的階次數(shù)，比如 2DPSK就是 2階的； Symbol period：符號周期，即，一個符號所占的時間，這必須與信號源的Sample time保持一致； Carrier frequency：載波頻率； Carrier initial phase：載波的初始相位； Input sample time： 輸入信號的抽樣時間； Output sample time：輸出信號的抽樣時間。因此，我們在仿真中可以用 Bernoulli Binary Generator來模擬基帶信號發(fā)生器。每次仿真結(jié)束后還可以更改各參數(shù) ,以便觀察仿真結(jié)果的變化情況。在這里，整個通信系統(tǒng)的流程被概括為：信號的產(chǎn)生與輸出、編碼與解碼、調(diào)制與解調(diào)、濾波器以及傳輸介質(zhì)的模型。 圖 3 .1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信息源 編碼器 調(diào)制器 信 道 解調(diào)器 解碼器 受信者 噪聲源 仿真框圖 MATLAB 提供的圖形界面仿真工具 Simulink 由一系列模型庫組成 ,包括Sources(信源模塊 )， Sinks(顯示模塊 )， Discrete(離散系統(tǒng)模塊 )， Linear(線性環(huán)節(jié) )，Nonlinear(非線性環(huán)節(jié) )， Connections(連接 ),Blocksetsamp。 多進制相移鍵控又 稱為多相制，因為基帶信號有 M 種不同的狀態(tài)，所以它的載波相位有 M 種不同的取值，這些取值一般為等間隔。 2PSK 信號的功率密度有如下特點： (1) 由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成； (2) 帶寬是絕對脈沖序列的二倍； (3) 與 2ASK 功率譜的區(qū)別是當(dāng) P＝ 1/2 時， 2PSK 無 離散譜，而 2ASK 存在離散譜。 2FSK 功率譜密度的特點如下： (1) 2FSK 信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分構(gòu)成 , 離散譜出現(xiàn) 在 f1 和 f2 位置； (2) 功率譜密度中的連續(xù)譜部分一般出現(xiàn)雙峰。那么在接收端我們就可以根據(jù)載波的有無還原出數(shù)字信號的 1 和 0。 最常見的二進制數(shù)字調(diào)制方式有二進制振幅鍵控（ 2ASK）、移頻鍵控（ 2FSK）和移相鍵 控（ 2PSK 和 2DPSK）。用于實現(xiàn)通信仿真的通信工具包 (Communication toolbox,也叫 Commlib,通信工具箱 )是Matlab 語言中的一個科學(xué)性工具包 ,提供通信領(lǐng)域中計算、研究模擬發(fā)展、系統(tǒng)設(shè)計和分析的功能 ,可以在 Matlab 環(huán)境下獨立使用 ,也可以配合 Simulink 使用。 Matlab 具有強大的 Simulink動態(tài)仿真環(huán)境 ,可以實現(xiàn)可視化建模和多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。 Matlab 仿真軟件就是分析通信系統(tǒng)常用的工具之一。因此，對數(shù)字通信系統(tǒng)的分析與研究越 來越重要，數(shù)字調(diào)制作為數(shù)字通信系統(tǒng)的重要部分之一，對它的研究也是有必要的。 由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號不適合在各種信道上進行長距離傳輸。通過仿真，觀察了調(diào)制解調(diào)過程中各環(huán)節(jié)時域和頻域的波形，并結(jié)合這幾種調(diào)制方法的調(diào)制原理，跟蹤分析了各個環(huán)節(jié)對調(diào)制性能的影響及仿真模型的可靠性。 本文首先分析了數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的五種基本調(diào)制解調(diào)方法，然后，運用 Matlab 及 附帶的圖形仿真工具 ——Simulink 設(shè)計了這幾種數(shù)字調(diào)制方法的仿真模型。 根據(jù)控制的載波參量的不同，數(shù)字調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)相和調(diào)頻三種基本形式，并可以派生出多種其他形式。另外，由于數(shù)字通信具有建網(wǎng)靈活，容易采用數(shù)字差錯控制技術(shù)和數(shù)字加密，便于集成化，并能夠進入綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ ISDN 網(wǎng)），所以通信系統(tǒng)都有由模擬方式向數(shù)字方式過渡的趨勢。計算機仿真是根據(jù)被研究的真實系統(tǒng)的模型 ,利用計算機進行實驗研究的一種方法 .它具有利用模型進行仿真的一系列優(yōu)點 ,如費用低 ,易于進行 真實系統(tǒng)難于實現(xiàn)的各種試驗 ,以及易于實現(xiàn)完全相同條件下的重復(fù)試驗等。應(yīng)用 Matlab 可方便地解決復(fù)雜數(shù)值計算問題。用戶可以在Matlab 和 Simulink 兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。 2 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)原理 數(shù)字調(diào)制可以分為二進制調(diào)制和多進制調(diào)制，多進制調(diào)制是二進制調(diào)制的推廣，所以本文主要討論二進制的調(diào)制與解調(diào)，最后簡單討論一下多進制調(diào)制中的MFSK(M 元移頻鍵控 )和 MPSK(M 元移相鍵控 )。載波在數(shù)字信號 1 或 0 的控制下通或斷，在信號為 1 的狀態(tài)載波接通，此時傳輸信道上有載波出現(xiàn)；在信號為 0 的狀態(tài)下，載波被關(guān)斷，此時傳輸信道上無載波傳送。對二進制的頻移鍵控調(diào)制方式，其有效帶寬為 B=2xF+2Fb,xF 是二進制基帶信號的帶寬也是 FSK 信號的最大頻偏，由于數(shù)字信號的帶寬即 Fb 值大，所以二進制頻移鍵控的信號帶寬 B 較大，頻帶利用率小。載波相位和基帶信號有一一對應(yīng)的關(guān)系，從而達到調(diào)制的目的?，F(xiàn)實中用得最多的一種調(diào)制方式是多進制相移鍵控（ MPSK）。對數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進行仿真時，我們并不關(guān)心基帶信號的碼型，因此，我們在仿真的時候可以給數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)直接輸入數(shù)字基帶信號，不用在經(jīng)過編碼器。Toolboxes 中還提供了用于通信系統(tǒng)分析設(shè)計和仿真的專業(yè)化模型庫 CommTbxLibrary。根據(jù)所需仿真的通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 (或數(shù)學(xué)表達式 )，用戶只要從上述各個模型庫中找出所需的模塊 ,用鼠標(biāo)器拖到模型窗口中 組合在一起 ,并設(shè)定好各個模塊參數(shù) , 就可方便地進行動態(tài)仿真 .從輸出模塊可實時看到仿真結(jié)果 ,如時域波形圖、頻譜圖等。在現(xiàn)實中 ， 對受信者而言 ， 發(fā)送端的信號是不可預(yù)測的隨機信號。雖然不同的調(diào)制模塊，參數(shù)設(shè)置有所不同，但很多參數(shù)在各種調(diào)制中是一致的，下面我們以 DPSK 調(diào)制模塊 為例介紹一下調(diào)制模塊的參數(shù)及其設(shè)置，其余模塊將在下面仿真模型的建立過程中詳細介紹。仿真時可以用該模塊模擬現(xiàn)實中的信道，該模塊的主要參數(shù)有： Initial seed：控制隨機數(shù)產(chǎn)生的參數(shù)，要求不小于 30，且與前面信號源中的 Initial seed 設(shè)置不同的值； Es/No (dB)：信號每個符號的能量與噪聲的功率譜密度的比值； SNR (dB)： 信號功率與噪聲功率的比值； 注 ： Es/No (dB) 和 SNR (dB)是表征信號與噪聲關(guān)系的兩種方法，在一次仿真中只能選擇其中一個。以便對仿真結(jié)果做進一步處理，比如將各個 調(diào)制系統(tǒng) 的 頻域 波形對比 用來比較異同點和優(yōu)缺點 。 Frequency Range：頻率范圍，希望所研究的譜線內(nèi)容出現(xiàn)在頻譜儀顯示窗的中間部分，能看到在頻域軸上譜線的低端和高端情況，以便于觀察和分析。 主要模塊參數(shù)設(shè)置如下： 1． Bernoulli Binary Generator 的參數(shù)設(shè)置為 ： 位置： Communications Blockset\Comm Sources 表 伯努利二進制隨機數(shù)產(chǎn)生器的主要參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 Probability （ 0 出現(xiàn)的概率） Initial seed （初始化種子） 67 Sample time （采樣時間） 1 Framebased output （基于幀輸出） 使能 Smaple per frame (每幀取樣數(shù) ) 10 2. 載波頻率設(shè)為： 50（可調(diào)） 3. Sample and Decide 模塊是一個子系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由抽樣和判決兩部分組成，其中，抽