【導(dǎo)讀】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。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。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。

　　

【正文】 在特定條件下的 均勻噪聲。 VoltageControlled Oscillator模塊：實(shí)現(xiàn)壓控振蕩器。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 信宿 (Comm Sinks)：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。 Triggered Write to File 模塊：利用 上升沿 的觸發(fā) 向文件寫入數(shù)據(jù)。 Enor Rate Calculation 模塊：統(tǒng)計(jì)輸入信號(hào)的誤碼率 。 (Source Coding)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 。 (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。 (Enor Detection Correction)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。 (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)。 Bernoulli Binary Generator 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 。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 信號(hào)源參數(shù)設(shè)置 二、 QPSK 的系統(tǒng)平臺(tái)建模 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 Buffer 的參數(shù)設(shè)置 因?yàn)?QPSK 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。 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。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 圖 上支路載波信號(hào) 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 下支路載波 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 ZeroOrder Hold，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)稱阻抗。 圖 高斯信道模塊 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 sample and hold 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 Nsample switch 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。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 時(shí)鐘設(shè)置 圖 積分器設(shè)置 圖 采樣和保持設(shè)置 我們可以使用 Error Rate Calculation 這個(gè)模塊 來(lái)對(duì) 誤碼率 進(jìn)行 統(tǒng)計(jì)， Error Rate Calculation 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)重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 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 Error Rate Calculation 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 ， 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 ZeroOrder Hold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 4000 Hz，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) 5 0 1 3 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 。 圖 信號(hào)源和轉(zhuǎn)變后的雙極性信號(hào) 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 上支路的載波及調(diào)制信號(hào) 圖 下 支路的載波及調(diào)制信號(hào) 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 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) 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 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 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?zeroorder hold 這個(gè)器件， 但如不使用 zeroorder 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 hold 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) Quadrature Phase Shift Keying 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)， Quadrature Phase Shift Keying 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，也降低了仿真重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 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)類型不符的問(wèn)題，因?yàn)?buffer、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 zeroorder hold 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。 考慮實(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。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第四節(jié) 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。 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 系統(tǒng)總框圖 重慶郵電大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 結(jié) 論 本 次 論 文 題 目 是 Quadrature Phase Shift Keying (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