【文章內(nèi)容簡介】 系列。解調(diào)器的構(gòu)成方案通?？梢苑譃閮深悾和浇庹{(diào)和異步解調(diào)。兩者的區(qū)別在于，同步解調(diào)需要一個相干同步的本地載波。一般地說，同步解調(diào)性能較為優(yōu)良。但是，對于抑制載波分量的調(diào)制信號來說，要從接收的信號中恢復出參考載波，必須進行相應(yīng)的處理。 在數(shù)字通信中，除了載波同步外，還需要 位同步。因為消息是一串連續(xù)的碼元系列，解調(diào)時必須知道碼元的起止時刻，即碼同步。位同步可分為自同步和外同步兩種。自同步是直接從接收的信號中提取位同步信息，而外同步是在發(fā)射端專門發(fā)射導頻信號。例如，在基帶信號頻譜的零點，插入所需的導頻信號，在接收端，利用窄帶濾波器，就可以從解調(diào)后的基帶信號中提取所需的同步信息。插入導頻也可以使數(shù)字信號的包絡(luò)，隨同步信號的某種波形而變化。在相移或頻移鍵控時，在接收端只要進行包絡(luò)檢波就可得到同步信號。 其 它 QPSK 簡介 上面說的 QPSK調(diào)制方式，當基帶信號經(jīng)過脈沖成形時 (如 升余弦滾降信號 )， 9 QPSK信號將失去恒包絡(luò)的性質(zhì)，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(luò)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(chǎn)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(luò)經(jīng)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(luò)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(diào)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(luò)性質(zhì)，但是對包絡(luò)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(diào)，可使接收端設(shè)計簡化。 第三章 QPSK 調(diào)制 與 解調(diào)的軟件實現(xiàn) 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(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，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(gòu)造出復雜的系統(tǒng)。 Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)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(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)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(shè)計功能的層 次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設(shè)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(shù)、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(diào)用 MATLAB 算法 ； 7 使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)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(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計的性能和異常行為 ； 9 可訪問 MATLAB 從而對結(jié)果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù) ； 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(diào)制 與 解調(diào)的軟件 設(shè)計 QPSK 調(diào)制 與 解調(diào)的軟件實現(xiàn)方框圖 本課題采用 MATLAB 自帶的 SIMULINK 來設(shè)計 QPSK 調(diào)制與解調(diào)的仿真過程，仿真的方框圖如圖 。 11 圖 QPSK調(diào)制與解調(diào) simulink實現(xiàn)過程 如圖 所示，上半部分是 QPSK 調(diào)制的過程，是將二進制伯努利隨即信號調(diào)制成為 QPSK信號，而下半部分是其解調(diào)過程，是將上半部分的 QPSK 已調(diào)信號 進行解調(diào) 。 QPSK 調(diào)制解調(diào) 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(xiàn)將一路串信號轉(zhuǎn) 按照奇數(shù)位輸出一路信號，然后按照偶數(shù)位輸出另一路信號 ，即所謂的串 /并傳換器 。 2 單極性信號轉(zhuǎn)雙極性信號模塊組 功能 :此模塊組是實現(xiàn)將單極性伯努利二進制隨機信號轉(zhuǎn)換成雙極性信號。 3 正弦相干載波產(chǎn)生器 功能：此模塊組是實現(xiàn)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(xiàn)對輸出信號進行抽樣判決的作用。 5并 /傳轉(zhuǎn)換器 功能：此模塊組是實現(xiàn)將奇數(shù)位信號和偶數(shù)位信號合并成一路串信號，即所謂的并/串轉(zhuǎn)換器。 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真 過程及其 波形圖 QPSK 調(diào)制過程及其波形圖 本課題 QPSK 調(diào)制解調(diào)過程的 信號源 選定 為伯努利二進制 隨機 信號 。 其參數(shù)如圖 ,波形如圖 所示 : 14 圖 伯努利二進制 信號 發(fā)生器 參數(shù) 圖 ()st 數(shù) 字信號序列 對輸入基帶數(shù)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(shù)序列，圖 是 ()bst實序列 15 的偶數(shù)序列 : 圖 ()st 經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換的序列 ()ast 圖 ()st 經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換的序列 ()bst 隨后兩路信號分別經(jīng)過單 /雙極性轉(zhuǎn)換器將此前的單極性信號轉(zhuǎn)換為雙極性信號。 其兩路轉(zhuǎn)換后相對應(yīng)的波形如圖 和圖 ： 16 圖 ()ast經(jīng)過單 /雙極性轉(zhuǎn)換后的 序列 ()cSt 圖 ()bst 經(jīng)過單 /雙極性轉(zhuǎn) 換后的信號 ()dSt 所加相干載波的波形分別為 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(jīng)過雙極性轉(zhuǎn)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 ： 18 圖 ()cSt經(jīng)載波相干后的信號 ()eSt 圖 ()dSt經(jīng)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(shù)分別如圖 所示： 19 圖 0 相位相干正弦載波參數(shù) 20 圖 π相位相干正弦載波參數(shù) 相干后的兩路信號在經(jīng)過一個相加模塊，就得到了 QPSK 信號 。 經(jīng)調(diào)制后的 QPSK 信號 ()QPSKSt如圖 所示： 21 圖 ()st 經(jīng)調(diào)制后的 QPSK信號 ()QPSKSt QPSK 解調(diào)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(diào)。 解調(diào)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(shù)分別與圖 7 和圖 8 相一致。 經(jīng)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(jīng)過抽樣判決后將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 序列 ( ) ( )mnS t S t 經(jīng)抽樣判決后 信號 ( ) ( )mnS t S t 的波形 分別 如圖 所示： 24 圖 ()iSt經(jīng)抽樣判決后信號 ()mSt 圖 ()jSt經(jīng)抽樣判決后信號 ()nSt 然后 將這兩路 雙極性信號 ( ) ( )mnS t S t 轉(zhuǎn)換成單極性二進制信號 ( ) ( )pqS t S t ， 轉(zhuǎn)換后的單極性二進制信號 ( ) ( )pqS t S t 分別 如圖 和 ： 25 圖 ()mSt經(jīng)極性轉(zhuǎn)換后的信號 ()pSt 圖 ()nSt經(jīng)極性轉(zhuǎn)換后的信號 ()qSt 最后通過并 /串轉(zhuǎn)換器 將信號 ()pSt放置其奇數(shù)位，將另信號 ()qSt放置其偶數(shù)位，轉(zhuǎn)換成一路二進制單極性信號，此時的信號即是 QPSK 信號解調(diào)后最終的信號39。()St。 ()QPSKSt信號 的 解調(diào)信號 39。()St如圖 所示： 26 圖 ()QPSKSt信號的解調(diào)信號 39。()St QPSK 調(diào)制解調(diào)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(diào)制與解調(diào)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(jīng)過調(diào)制之后，再經(jīng)過解調(diào)，結(jié)果得到信號應(yīng)該與信號源發(fā)送的 伯努利二進制隨 機信號相一致。經(jīng)驗證，解調(diào)后的波形和調(diào)制前的波形是相一致，波形如圖 ： 27 圖 發(fā)送信號 ()St 與調(diào)制解調(diào)后信號 39。()St 由圖 可見，解調(diào)后的波形和調(diào)制前的波形是一致的（其調(diào)制解調(diào)過程中會有一定的延遲），因此可以證明此次 QPSK 調(diào)制解調(diào)的 SIMULINK實現(xiàn)過程是正確的。 結(jié)束語 經(jīng)過了兩個多月的學習和工作，我終于完成了《 QPSK調(diào)制與解調(diào)的軟件實現(xiàn) 》的論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實 現(xiàn)，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(guān) 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(guān)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(xiàn)代通信技術(shù)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(shè)計 ，都有我的勞動。當看著自己的 設(shè)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(jīng)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(jīng)歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。 致謝 本設(shè)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(shè)計和調(diào)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(guān)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(shè)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(shè)計中得以體現(xiàn)。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。 2022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。 2022年 9月 [3] 張肅文編著。高頻電子線路。高等教育出版社。 2022年 2月