【正文】 解調(diào)仿真原理圖 即QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真原理圖 。 圖 38 3 位信息比特到 8PSK 符號(hào)的映射關(guān)系圖 系統(tǒng)根據(jù)映射后的相位，計(jì)算出 I， Q兩路的數(shù)值，經(jīng)過(guò)成形濾波，送人信道傳輸。 調(diào)制與解調(diào) 基本原理 在 2PSK 信號(hào)的表示式中一個(gè)碼元的載波初始相位 ? 可以等于 0 或π。相干解調(diào)后的兩路并行碼元 I(t) 和 Q(t) ， 然后通過(guò)低通濾波器，再進(jìn)行抽樣判決，最終 經(jīng)過(guò)并 /串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出 [11]。圖中矢量 I(1)代表 I(t)路的信號(hào)碼元二進(jìn)制“ 1” ,I(0)代表 I(t)路信號(hào)碼元二進(jìn)制“ 0”；類(lèi)似地， Q(1)代表 Q(t)路信號(hào)碼元二進(jìn)制“ 1”， Q(0)代表 Q(t)路信號(hào)碼元二進(jìn)制“ 0”。若每個(gè)碼元中的載波周期不是整數(shù)，則即使初始相位相同，波形和瞬時(shí)相位也可能不連續(xù)，如圖 32(b)所示 。若要 產(chǎn)生 4 位的格雷碼，則可以在 3 位格雷碼的基礎(chǔ)上，仿照上述方法，將序號(hào)為 0~7 的格雷碼按相反次序?qū)懗鲂蛱?hào)為 8~15 的碼組，并在序號(hào)為 0~7 的格雷碼組前加一個(gè)“ 0”，在序號(hào)為 8~15 的碼組前加一個(gè)“ 1”。由于因相位誤差造成錯(cuò)判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼可使總誤碼率降低。 ab 有 4 種排列，即 00、 0 11。將其推廣到四進(jìn)制時(shí)， ? 可以取多個(gè)可能值。 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)采用 QPSK，對(duì)于 2Mbit/s 的業(yè)務(wù)，將使用 8PSK 調(diào)制方式，本章將著重介紹 QPSK 的相關(guān)知識(shí)。 高的頻譜利用率要求已調(diào)信號(hào)所占的帶寬窄。 圖 21 TDSCDMA 調(diào)制過(guò)程 本章小結(jié) 本章 主要講述的是 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)包括哪幾個(gè)部分，其中第一部分是 數(shù)據(jù) 調(diào)制與解調(diào)，第二部分是擴(kuò)頻調(diào)制與解調(diào)，第三部是射頻調(diào)制與解調(diào)，其中 數(shù)據(jù) 調(diào)制與解調(diào)為本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分，而 TDSCDMA通信系統(tǒng)的 數(shù)據(jù) 調(diào)制與解調(diào)又分為 QPSK 和 8PSK 兩種，分別針對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。擴(kuò)頻碼的作用是用來(lái)區(qū)分同一時(shí)隙中的不同用戶。對(duì)于 2Mb/s 的業(yè)務(wù)，將使用 8PSK 調(diào)制方式。 例如，對(duì) ?? ??，有： (??， ??)= ??(1)??(1)+??(2)??(2)+??(1)??(3)+??(2)??(4)= 1 ?1+1 ?(?1)+1 ?1 = 0 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 可見(jiàn)， ?? ??。 正交可變擴(kuò)頻因子 碼 (OVSF 碼 ) 在 TDSCDMA 中，擴(kuò)頻碼為 OVSF 碼，采用短的復(fù)擾碼對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行加擾處理，擾碼序列的長(zhǎng)度固定為 16。但在實(shí)際系統(tǒng)中，完全正交的特性是比較難實(shí)現(xiàn)的，所以希望碼字的互相關(guān)性越低越好。假設(shè)擴(kuò)頻碼 C 有16 位 (Chip)， 1kb/s 的基帶數(shù)據(jù)被擴(kuò)頻成 16KChip/s,則擴(kuò)頻 16 倍，帶寬也就寬了 16 倍。通常的擴(kuò)頻設(shè)備可將用戶信息的帶寬擴(kuò)展到數(shù)十至上千倍，以盡可能地提高處理增益。 理論分析表明，各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾性能與信息頻譜擴(kuò)展比例有關(guān)。 第 2章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)基本原理 7 第 2 章 TDSCDMA 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)基本原理 本章將重點(diǎn)闡述 TDSCDMA 通信 系統(tǒng)的基本原理，討論 TDSCDMA的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，為之后的仿真 程序編寫(xiě) 打下理論基礎(chǔ)。 2021 年 1 月 7 日，中國(guó)政府正式向中國(guó)移動(dòng)頒發(fā)了 TDSCDMA 業(yè)務(wù)的經(jīng)營(yíng)許可，中國(guó)移動(dòng)也已 經(jīng)開(kāi)始在中國(guó)的 28 個(gè)直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市進(jìn)行 TDSCDMA 的二期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，預(yù)計(jì)于 2021 年 6 月建成并投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。 2021 年，羅馬尼亞建成了 TDSCDMA 試驗(yàn)網(wǎng)。 ITU 綜合了各 評(píng)估組的評(píng)估結(jié)果。 TDSCDMA 具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)將隨著 TDSCDMA的商用而逐漸明朗。 (5)成本優(yōu)勢(shì)： TDSCDMA 的成本優(yōu)勢(shì)來(lái)源于技術(shù)優(yōu)勢(shì)、頻率優(yōu)勢(shì)、組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)和業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)， TDSCDMA 的系統(tǒng)設(shè)備成本、組網(wǎng)成本、建設(shè)成本具有明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)于WCDMA 和 CDMA2021 兩種制式的 3G 標(biāo)準(zhǔn) ， 由于其上下行數(shù)據(jù)是在已經(jīng)分配好的兩個(gè)不同的頻段上傳輸，因此不能動(dòng)態(tài)地根據(jù)上下行的數(shù)據(jù)傳輸量調(diào)整資源的分配，因此達(dá)不到資源的充分利用，頻譜效率比 較低。 附錄 4 ....................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 本文介紹了 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)基本原理，在此基礎(chǔ)上先根據(jù) QPSK 調(diào)制方式和 8PSK 調(diào)制方式 在 MATLAB 仿真環(huán)境下 構(gòu)建了TDSCDMA 通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)仿真模型， 同時(shí)對(duì)其工作原理、構(gòu)建方法和誤碼性能進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞 TDSCDMA；調(diào)制與解調(diào)； QPSK； 8PSK；誤碼率 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract TDSCDMA as the third generation mobile munication standard proposed by China, since 1998, submitted to the ITU, has experienced more than a decade, the pletion of the expert group assessment of the standard, the ITU recognized and released, and 3GPP (Third Generation Partnership Project)system integration, technical characteristics of the introduction of a series of international standardization work, so that the TDSCDMA standard as first proposed by China, China39。 TDSCDMA 技術(shù)和美國(guó)主導(dǎo)的 CDMA2021 及歐洲主導(dǎo)的 WCDMA 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)比起來(lái)有七個(gè)方面突出的優(yōu)勢(shì) [2]： (1)技術(shù)優(yōu)勢(shì)： TDSCDMA 作為中國(guó)提出的第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，其關(guān)鍵技術(shù)有可調(diào)整上下行切換點(diǎn)的時(shí)分雙工技術(shù)、智能天線技術(shù) 、 聯(lián)合檢測(cè)技術(shù)。 ITU給 TDSCDMA劃分的頻段是 50MHZ，我國(guó)又增加了 105MHZ，所以它有很大的頻率資源 ， 有頻段的優(yōu)勢(shì)。擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，掌握核心技術(shù) ， 使得專(zhuān)利費(fèi)用低和終端價(jià)格低。 TDSCDMA 的長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù) TDLTE ： Time Division Long Term Evolution（ 分時(shí) 長(zhǎng)期演進(jìn)） 也在不斷趨于成熟，近年將在我國(guó)步入商用階段。 1999 年 12 月在法國(guó) 尼斯 的 3GPP 會(huì)議上，我國(guó)的提案被 3GPPTSGRAN（ 無(wú)線接入網(wǎng) ） 全會(huì)所接受，正式確定將 TDSCDMA 納入到 Release 2021（ 后拆分為 R4 和R5） 的工作計(jì)劃中，并將 TDSCDMA 簡(jiǎn)稱(chēng)為 LCRTDD（ Low Code Rate，即低碼片速率 TDD 方案 ） 。 2021 年 10 月，日本電信運(yùn)營(yíng)商 IP Mobile 原本計(jì)劃建設(shè)并運(yùn)營(yíng)TDSCDMA 網(wǎng)絡(luò)，但該公司最終受限于資金困境而破產(chǎn)。在 TDSCDMA 系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)是 QPSK，對(duì)于 2M bit/s 的業(yè)務(wù)，將使用 8PSK 調(diào)制方式 [7]。在擴(kuò)頻通信中，帶寬的展寬是利用與被傳信息無(wú)關(guān)的函數(shù)（擴(kuò)頻函數(shù)，又稱(chēng)擴(kuò)頻碼序列 ） ， 即對(duì)被傳信息進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的 ， 在接收端使用相同的擴(kuò)頻函數(shù)對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，還原出被傳信息。因此，處理增益是擴(kuò)頻系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。有用信號(hào)的提取，正是由于有用信號(hào)和其他用戶信號(hào)所分配的碼字存在正交性，經(jīng)過(guò)相乘運(yùn)算之后，可以將其他信號(hào)屏蔽為零，而只提取出有用信號(hào)的能量。如果采用二進(jìn)制符號(hào) 1 和 1 來(lái)表示消息代碼和擴(kuò)頻碼，則擴(kuò)頻過(guò)程就是信息符號(hào)與擴(kuò)頻碼逐碼片相乘。如正交碼，顧名思義，就是具有很低的互相關(guān)系數(shù)，但其自相關(guān)性能不理想。 正交可變擴(kuò)頻因子碼 (OVSF 碼 )用于區(qū)分不同類(lèi)型速率的業(yè)務(wù)，其特色就是在相同或不同長(zhǎng)度的碼字之間相互正交，碼長(zhǎng) Q（也是擴(kuò)頻因子）是 2的整數(shù)次冪，即 ?? = 2?? 。如??2??， i和 ??2??+1， 2i， ??2??+2， 4i（ i = 0， 1， …， 2?? ?1） 均存在直通路徑，則有： C2n+1， 2i = .C2n， i， C2n， i/， ??2??+2， 4i = .??2??+1， 2i， ??2??+1， 2i/= （ ??2??， i， ??2??， i， ??2??， i， ??2??， i） 構(gòu)造一個(gè)新序列 C = .??2??， i， ??2??， i/，則 ??2??， i和 ??2??+1， 2i之間的相關(guān)運(yùn)算可表示為： .??2??， i， ??2??+1， 2i/= .C， ??2??+1， 2i/= .??2??， i， ??2??， i/+.??2??， i， ??2??， i/ = 2??+1 可見(jiàn)， ??2??， i和 ??2??+1， 2i是相關(guān)的。擴(kuò)頻操作位于第 2章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)基本原理 11 調(diào)制之后和脈沖成形之前。 表 21 每個(gè)信道化碼所對(duì)應(yīng)的相位系數(shù)值 k ????1(??) ????2(??) ????4(??) ????8(??) ????16(??) 1 1 1 j +j j 2 +j 1 +j j 3 +j +j 1 4 1 1 1 5 j +j 6 1 1 7 j 1 8 1 1 9 j 10 +j 11 1 12 +j 13 j 14 j 15 +j 16 1 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為 Q??的實(shí)值序列即信道化碼 c(??） 擴(kuò)頻后，還要由一個(gè)小區(qū)特定的復(fù)值序列即擾碼 v = (??1， ??2， …， ??16)進(jìn)行加 擾。調(diào)制過(guò)程用于通信系統(tǒng)的發(fā)端 ， 在接受端需將已調(diào)信號(hào)還原成要傳輸?shù)脑夹盘?hào)，該過(guò)程稱(chēng)為解調(diào) [9]。 高的抗干擾 和抗多徑性能要求在惡劣的信道環(huán)境下，經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)后的輸出信噪比 (S/N)較大或誤碼率較低。它分為絕對(duì)相移和相對(duì)相移兩種。這就是說(shuō)， QPSK信號(hào)碼元可以看作是兩個(gè)特定的 4ASK 信號(hào)碼元之和。 第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 15 表 31 QPSK 信號(hào)的編碼 a b k? a b k? 0 0 90176。所得結(jié)論仍然符合用格雷碼產(chǎn)生 QPSK 信號(hào)規(guī)則。由此表可見(jiàn)，這樣構(gòu)成的相鄰碼組僅有 1b 差別。第一種是用相乘電路，如圖 33所示。 第二種產(chǎn)生方法是選擇法，其原理方框圖示于圖 36 中。 8PSK 中的 PSK 表示使用移相鍵控方式，移相鍵控是調(diào)相的一種形式，用于表達(dá)一系列離散的狀態(tài)， 8PSK 對(duì)應(yīng) 8 種狀態(tài)的 PSK。所以它可以寫(xiě)為 k? = π8 (k ? 1) k = 1,2,…,16 (39) 在后面分析中，不失一般性，我們可以令式 (38)中的 A=1，然后將 8PSK信號(hào)碼元表示式展開(kāi)寫(xiě)成 ????(t) = cos. kt ?? ?0 / = ????cos t0? ?????sin t0? (310) 式中： ???? = cos k? ,???? = ??????k? 式 (310)表明， 8PSK 信號(hào)碼元 ????(t)看作是由正弦和余弦兩個(gè)正交分量合成的信號(hào)，它們的振幅分別是 ????和 ????，并且 ????2 + ????2 = 1。 圖 39 8PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基帶仿真框圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 本章小結(jié) 本章首先 大致 介紹了 數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào) 的概念 和 進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào) 的意義以及數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)的分類(lèi) ，然后介紹了四進(jìn)制相移鍵控 QPSK的基本原理和調(diào)制解調(diào)方法，最后介紹了八進(jìn)制相移鍵控 8PSK的基本原理和調(diào)制解調(diào)方法。其中圖 43 是 發(fā)射部分調(diào)制前信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖 ， 為了便于觀察故截取其中部分信號(hào)數(shù)據(jù)表示于圖中， 其中可以看出這是十個(gè)數(shù)據(jù)分別為“ 1，1,1， 1， 1， 1,1,1,1,1”， 圖 44 是 發(fā)射部分調(diào)制后信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖 ，因?yàn)槭侵徊杉?I 路信號(hào)，所以表示曲線只有兩種相位， 圖 45 是 實(shí)際誤碼率變 化 曲線圖 ，可以從圖中看出隨著信噪比的增大，誤碼率也在不斷降