【文章內容簡介】 調制方式，當基帶信號經過脈沖成形時 (如升余弦滾降信號 )， 9 QPSK 信號將失去恒包絡的性質，當發(fā)生幅度為 π 的相移時 (每個符號間的 兩位都改變 )，將會導致信號包絡瞬間過零點。任何一種在過零點的硬限幅或非線性放大，都將由于信號在低電壓時的失真而在傳輸過程中帶來已被濾除的旁瓣，這顯然是并不希望的。為了防止旁瓣再生和頻譜擴展，必須使用效率較低的線性放大器放大QPSK 信號。因而，產生了一種改進型的 QPSK 信號， OQPSK，即交錯或參差 QPSK。它的原理是讓兩路信號 I(t)和 Q(t)錯開，讓在任意時刻只有兩個比特中的一個改變它的值，這樣符號間的相移都只限制在 177。 90176。 ，消除了 180176。 相位跳變帶來的負面影響。因為 180176。 相位跳變消除了，所以 OQPSK 信號的帶限不會導致信號包絡經過零點。帶限處理會造成一定程度的 ISI, 特別是在 90176。 相位點。但是，包絡的變化小多了，因此對 OQPSK 的硬限幅或非線性放大不會再生出像在 QPSK 中那么多的高頻旁瓣。 還有一種 QPSK 調制方式，被稱作 π /4QPSK，它是 OQPSK 和 QPSK 的折衷，它的符號間的最大相位跳變是177。 135176。 ，因此， π /4QPSK 比 QPSK 有更好的恒包絡性質，但是對包絡的變化比 OQPSK 更敏感。但是， π /4QPSK 的最吸引人的地方是它能夠非相干解調，可使接收端設計簡化。 第三章 QPSK 調制 與 解調的軟件實現 SIMULINK 功能介紹 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設計環(huán)境，是實現動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 10 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需要通 過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。 Simulink 具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 Simulink 已被廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于 Simulink。 SIMULINK 特點 1 豐富的可擴充的預定義模塊庫 2 交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖 ； 3 以設計功能的層次性來分割模型，實現對復雜設計的管理 ； 4 通過 Model Explorer 導 航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數、屬性，生成模型代碼 ； 5 提供 API 用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 ； 6 使用 Embedded MATLAB? 模塊在 Simulink 和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調用 MATLAB 算法 ； 7 使用定步長或變步長運行仿真，根據仿真模式 (Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯 C代碼的形式來運行模型 ； 8 圖形化的調試器和剖析器來檢查仿真結果，診斷設計的性能和異常行為 ； 9 可訪問 MATLAB 從而對結果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數和測試數據 ； 10 模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤 。 QPSK 調制 與 解調的軟件 設計 QPSK 調制 與 解調的軟件實現方框圖 本課題采用 MATLAB 自帶的 SIMULINK 來設計 QPSK 調制與解調的仿真過程，仿真的方框圖如圖 所示。 11 圖 QPSK調制與解調 simulink實現過程 如圖 所示，上半部分是 QPSK 調制的過程，是將二進制伯努利隨即信號調制成為 QPSK 信號， 而下半部分是其解調過程，是將上半部分的 QPSK 已調信號 進行解調 。 QPSK 調制解調 過程主要 組件的功能 1串 /并傳換器 12 功能 :此模塊組是實現將一路串信號轉 按照奇數位輸出一路信號，然后按照偶數位輸出另一路信號 ，即所謂的串 /并傳換器 。 2 單極性信號轉雙極性信號模塊組 功能 :此模塊組是實現將單極性伯努利二進制隨機信號轉換成雙極性信號。 3 正弦相干載波產生器 功能：此模塊組是實現給輸入的信號加相干正弦載波。 4 抽樣判決器 13 功能：此模塊組是實現對輸出信號進行抽樣判決的 作用。 5并 /傳轉換器 功能：此模塊組是實現將奇數位信號和偶數位信號合并成一路串信號，即所謂的并/串轉換器。 QPSK 調制解調仿真 過程及其 波形圖 QPSK 調制過程及其波形圖 本課題 QPSK 調制解調過程的 信號源 選定 為伯努利二進制 隨機 信號 。 其參數如圖 所示 ,波形如圖 : 14 圖 伯努利二進制 信號 發(fā)生器 參數 圖 ()st 數字信號序列 對輸入基帶數字信號有串并變換電路分為 () ()abs t s t 兩個并行序列，分別如下圖 所示 。 其中圖 中 ()ast是輸入序列 ()st 的奇數序列，圖 是 ()bst實序列 15 的偶數序列 : 圖 ()st 經過串并轉換的序列 ()ast 圖 ()st 經過串并轉換的 序列 ()bst 隨后兩路信號分別經過單 /雙極性轉換器將此前的單極性信號轉換為雙極性信號。 其兩路轉換后相對應的波形如圖 和圖 ： 16 圖 ()ast經過單 /雙極性轉換后的 序列 ()cSt 圖 ()bst 經過單 /雙極性轉換后的信號 ()dSt 所加相干載波的波形分 別為 和 所示 : 17 圖 0相位正弦載波信號 sinct? 圖 π 相位正弦載波信號 cos ct? 此時，經過雙極性轉換的信號一路與相位為 0的正弦載波相干，另一路則與相位為π的正弦載波相干。 信號相干后的波形如圖 分別為圖 和圖 所示： 18 圖 ()cSt經載波相干后的信號 ()eSt 圖 ()dSt經載波相干后的信號 ()fSt 其中與信號相干的 0相位正弦載波和π相位正弦載波的參數分別如圖 所示： 19 圖 0 相位相干正弦載波參數 20 圖 π相位相干正弦載波參數 相干后的兩路信號在經過一個相加模塊，就得到了 QPSK 信號 。 經調制后的 QPSK 信號 ()QPSKSt如圖 所示： 21 圖 ()st 經調制后的 QPSK信號 ()QPSKSt QPSK 解調過程及其波形圖 QPSK 信號通過加兩路相位分別為 0 和π的正弦載波進行相干解調。 解調后 信號 ( ) ( )ghS t S t 的波形 分別 如圖 和 所示： 22 圖 0相位載波相干后信號 ()gSt 圖 π相位載波相干后信號 ()hSt 其兩 路正弦載波的參數分別與圖 7 和圖 8 相一致。 經過載波相干后的信號通過低通濾波器進行低通濾波處理。 23 其低通濾波后 的信號 ( ) ( )ijS t S t 的波形 分別 如圖 和 所示 圖 ()gSt低通濾波后的信號 ()iSt 圖 ()hSt低通濾波后的信號 ()jSt 此時 信號 ( ) ( )ijS t S t 經過抽樣判決后將模擬信號轉換為數字信號 序列 ( ) ( )mnS t S t 經抽樣判決后 信號 ( ) ( )mnS t S t 的波形 分別 如圖 和 所示： 24 圖 ()iSt經抽樣判決后信號 ()mSt 圖 ()jSt 經抽樣判決后信號 ()nSt 然后 將這兩路 雙極性信號 ( ) ( )mnS t S t 轉換成單極性二進制信號 ( ) ( )pqS t S t ， 轉換后的單極性二進制信號 ( ) ( )pqS t S t 分別 如圖 和 所示： 25 圖 ()mSt經極性轉換后的信號 ()pSt 圖 ()nSt經極性轉換后的信號 ()qSt 最后通過并 /串轉換器 將信號 ()pSt放置其奇數位，將另信號 ()qSt放置其偶數位，轉換成一路二進制單極性信號，此時的信號即是 QPSK 信號解調后最終的信號39。()St。 ()QPSKSt信號 的 解調信號 39。()St如圖 ： 26 圖 ()QPSKSt信號的解調信號 39。()St QPSK 調制解調仿真過程正確性的驗證 為了最后能夠更好的驗證此次課題的正確性，本人將 QPSK 調制與解調過程放置于一個系統(tǒng)中。所以從理論上來說，信號源發(fā)送的伯努利二進制隨機信號經過調制之后，再經過解調，結果得到信號應該與信號源發(fā)送的 伯努利二進制隨機信號相一致。經驗證，解調后的波形和調制前的波形是相一致，波形如圖 所示： 27 圖 發(fā)送信號 ()St 與調制解調后信號 39。()St 由圖 可見，解調后的波形和調制前的波形是一致的（其調制解調過程中會有一定的延遲），因此可以證明此次 QPSK 調制解調的 SIMULINK 實現過程是正確的。 結束語 經過了兩個多月的學習和工作，我終于完成了《 QPSK 調制與解調的軟件實現 》的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學期間獨立完成 的最大的項目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，從對 MATLAB 與 SIMULINK 等相關 軟件 很不了解的狀態(tài)，我開始了獨立的學習和試驗，查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起來，每一次改進都是我學習的收獲，每一次試驗的成功都會讓我興奮好一段時間。從中我也充分認識到了 現代通信技術的神奇與魅力。 28 雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但我可以自豪的說，這里面的每一 個模塊組的搭建與設計 ，都有我的勞動。當看著自己的 設計的， 成天相伴的系統(tǒng)能夠 正 常完整 的運行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。 這次做論文的經歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。 致謝 本設計在 劉密歌 老師的悉心指導和嚴格要求下業(yè)已完成，從課題選擇、方案論證到具體設計和調試，無不凝聚著 劉 老師的心血和汗水，在四年的本科學習和生活期間 ，也始終感受著導師的精心指導和無私的關懷，我受益匪淺。在此向 劉密歌 老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 不積跬步何以至千里，本設計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向 西安文理學院機電 系的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們四年來的辛勤栽培。 29 參考 文獻 [1] 樊昌信 曹麗娜編著。通信原理。國防工業(yè)出版社。 2021 年 1 月 [2] 張志涌 楊祖櫻編著。 MATLAB 教程。北京航空航天大學出版社。 2021 年 9月 [3] 張肅文編著。高頻電子線路。高等教育出版社。 2021 年 2月 [4] 周建興等編著。 MATLAB 從入門到精通。人民郵電出版社。 2021 年 11月 [5] 郭文彬 桑林編著。通信原理 — 基于 matlab 的計算機仿真。北京郵電大學出版社。 2021 年 6 月 [6] 王正林等編著。 MATLAB/simulink 與控制系統(tǒng)仿真。電子工業(yè)出版社。 2021 年7月 [7] 曹志剛 錢亞生 。 現代通信原理 。 清華大學出版社 。 2021 年 03 月 [8] 張輝 ， 曹麗娜 編著 。 現代通信原理與技術 。 西安電子科技大學出版社 。 2021年 07 月 [9] 劉穎 編著 。 數字通信原理與技術 。 北京郵電大學出版社 。 1999 年 10 月 [10] 李宗豪 編著 。 基本通信原理 —— 通信原理課程建設教材