【導讀】化、智能化、寬帶化發(fā)展。信息的數(shù)字轉換處理技術走向成熟，為大規(guī)模、多領域的。信息產品制造和信息服務創(chuàng)造了條件。高新技術層出不窮。隨著通信技術的發(fā)展，通。程中的實驗成本。本文設計出一個QPSK仿真模型，以分析QPSK在高斯信道中的。性能，通過此次實驗，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)字調制方式。四相絕對移相鍵控技術具有抗干擾能力好、誤碼率低、頻。譜利用效率高等一系列優(yōu)點?，F(xiàn)正廣泛地應用于數(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。其中解調器使用相關器接收機。通過多次運行仿真得到比特錯誤率與。信噪比之間的關系。

　　

【正文】 在特定條件下的 均勻噪聲。 VoltageControlled Oscillator模塊：實現(xiàn)壓控振蕩器。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 20 信宿 (Comm Sinks)：此庫中提供了信宿和顯示的模塊，以使對通信系統(tǒng)的分 析更加簡便。 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)計輸入信號的誤碼率 。 (Source Coding)模塊庫 信源編碼分為兩個 步驟：信源編碼和信源譯碼。 得到一個數(shù)字信號需要用到量化。所得信號的符號都是在某個有限范圍內的非負整數(shù)。信源譯碼就是從 傳輸?shù)玫降男盘柣謴统鲈?信息 流 。 (Channel)模塊庫 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 利用 輸入輸出 的數(shù)據(jù)，得到分析數(shù)據(jù) 的模塊，比如誤碼率計算的模塊。 (Modulation)模塊 分為數(shù)字調制和模擬調制，再細分又可分為相位調制、幅度調制和 頻率調制。 第二節(jié) 使用 Simulink 搭建 QPSK 調制解調系統(tǒng) 一、 產生需要的信號源 在搭建 QPSK 調制解調系統(tǒng)中使用伯努力信號發(fā)生器產生隨機的 01 比特序列，每兩比特代表就一個符號。 Bernoulli Binary Generator 模塊利用 伯努利分布的 原理，相應得到 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。一個零概率參數(shù)指定 p。 本次實驗中的 p 設置為 ，即 0 和 1 等概 。 采樣時間可根據(jù)需要進行設置，例如測誤碼率時采樣時間設為 。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 21 圖 信號源參數(shù)設置 二、 QPSK 的系統(tǒng)平臺建模 我們先通過使用 buffer 這個模塊來實現(xiàn)將信號源信號轉變?yōu)閮陕沸盘枴?Buffer 模塊可以重新分配緩沖區(qū)塊的輸入樣本，用到了 Demux，可以將一個復合輸入轉化為多個單一輸出，即可以輸出多個采樣率較低的幀信號。但會產生與緩沖區(qū)容量相同的時延。所以，我們可以設置 buffer 的參數(shù)容量為 2。 圖 Buffer 的參數(shù)設置 因為 QPSK 的調制信號要求的是雙極性信號，所以用 伯努利隨機生成二進制Generator 模塊產生的信號必須經過轉化才能夠被使用。利用加法模塊和常數(shù)產生模塊將 1 和 0 的序列各自減去 1/2，再利用比例運算模塊乘以 2，就得到了 1 和 1 的雙極性序列。 分別將兩路信號乘以相位相差 л/ 2的載波，然后相加。載波由正弦信號發(fā)生器產生。正弦波模塊的參數(shù)設置為可基于時間的模式，時間設為使用仿真時間，我們設載波信號的幅度為 1，載波頻率可根據(jù)需要來進行設置，兩路載波同頻正交，相位相差 л / 2。我們設上支路的相位為 0，下支路的相位為 л/ 2。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 22 圖 圖 上支路載波信號 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 23 圖 下支路載波 本次實驗使用的是高斯信道和理想信道。實驗所需的高斯噪聲我們可以由高斯信道模塊來提供，用到了 ZeroOrder Hold，和子模塊，即 SubSystem，通過子模塊建立新的封裝 (Mask)功能模塊 其中參數(shù)設置中信噪比為 Es/No ， Es/No 為信號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實數(shù)的或復數(shù)的輸入信號?，F(xiàn)在輸入信號是實數(shù)，這個模塊 增加了實 數(shù) 的高斯噪聲，產生一個實數(shù)的輸出信 號。此塊繼承它的輸入信號的采樣時間。模塊使用信號處理模塊隨機 產生的噪聲。初始種子可以是一個標量或矢 量的長度相匹配的輸入信號通道數(shù)。種子的詳細資料初次，查看隨機源 模塊庫文件參考頁面中設置的信號處理。該端口的數(shù)據(jù)類型都繼承自該驅動器的信號塊。注意權力的所有值假設一個 1 歐姆的標稱阻抗。 圖 高斯信道模塊 首先將從高斯信道送過來的信號分別乘以與調制時的載波同頻的載波，且相位相差為 л/ 2的載波。 解調可以 使用相關器 或者匹配濾波器進行解調 ， 本次實驗使用的是相關器，這時 信號需要通過 設置的 積分器。因為積分器設置為使用積分器時，需要在時間 t=T 時使 得 積分器復位，所以需要設置積分模塊續(xù)設置在時鐘下降沿時復位。并需要設置參數(shù)為使用外部信號，此時，時鐘設置為與該支路碼元時間相同，即是發(fā)送信號碼元時間的兩倍輸入。然后積分后的信號經過采樣并保持模塊，即 sample and hold 模塊，此時，設置這個模塊為觸發(fā)上升沿，同樣使用時鐘設置為與該支路碼元時間相同，即是發(fā)送信號碼元時間的兩倍輸入。此時各路 傳輸?shù)男盘栂鄳貢?一個單位的時延產生。然后使用 autothreshold 模塊，該模塊根據(jù)輸入的信號數(shù)據(jù)自動設置出閥值，由此，可對輸入信號做出判定，再輸出相應的二進 制比特序列，并可輸出閥值。最后使用 Nsample switch 模塊來實現(xiàn)并串轉換，因為我們最后需要的是最原始的信號，將兩路信號合二為一，在第一路信號發(fā)出一個樣本時間后，樣本時間設置為發(fā)送信號碼元時間，開關會自動轉換到第二路信號，此時換做第二路信號輸入，一個碼元時間后模塊重置，如此循環(huán)。同樣的，此模塊也需要兩倍的發(fā)送信號碼元時間輸入。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 24 圖 時鐘設置 圖 積分器設置 圖 采樣和保持設置 我們可以使用 Error Rate Calculation 這個模塊 來對 誤碼率 進行 統(tǒng)計， Error Rate Calculation 模塊能夠自行去比對發(fā)送序列和 接收 序列，同時對結果進行 統(tǒng)計 ，然后得到誤碼率 。前面 buffer 模塊是每個支路產生一個單位的時延，采樣保持模塊是每個重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 25 支路產生一個單位的時延，所以這個調制解調模塊最后會產生四個時延，所以 Error Rate Calculation 模塊 中 延遲 參數(shù)設置為 4，最后我們使用 display 這個 模塊來顯示 傳輸個數(shù)、誤碼個數(shù)和 誤碼率。 [7] 三、仿真結果分析 通過設置 不同的 Es/No 的值 ，可得到不同的誤碼率。本次實驗統(tǒng)計誤碼率時，設置的載波頻率為 4000Hz，信號源的采樣時間為 ， 除了在理想信道時誤碼率為零，高斯信道的采樣時間與 ZeroOrder Hold的參數(shù)時間設置皆以載波的頻率為參考依據(jù)，現(xiàn)載波頻率為 4000 Hz，則我們設這兩個時間參數(shù)設置為 ，即 得到下表 。當然如果這兩個時間參數(shù)設置的更小的話，會得到更小的誤碼率。 表 信噪比與誤碼率的關系 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)設置為 4Hz，信號源的采樣時間設置為 。 圖 信號源和轉變后的雙極性信號 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 26 圖 上支路的載波及調制信號 圖 下 支路的載波及調制信號 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 27 圖 上下支路相加后 得到 的調制信號 圖 經過高斯信道后的調制信號 圖 上支路積分和采樣后的信號 圖 上支路判決后的信號 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 28 圖 下支路積分和采樣后的信號 圖 下支路判決后的信號 圖 和 經過 調制解調后的信號 流 對比 從上述圖中可以看出，因為整個系統(tǒng)模塊有引進噪聲，以及電路使用了積分、采樣保持模塊，還原后的信號幅度差異較大，通過判決門限后，得到原來的二進制信號。我們從仿真結果圖中看出，信道噪聲功率譜密度越大，信號信噪比越小，誤碼率越高，這也符合實際情況。仿真的各種條件都是理想化的，除了噪聲之外不會發(fā)生任何錯誤，和實際情況相比，在相同的信噪比之下，比特錯誤率理應要小的多，但是仿真所得結果的誤碼率偏大，可能是因為使用了 zeroorder hold 這個器件， 但如不使用 zeroorder 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 29 hold 這個器件 ，高斯信道模塊會在仿真運行時報錯，從而無法進行仿真實驗。 所以為了使實驗進行下去，選擇這個器件，即使會 出現(xiàn) 不小的 誤差。 [8] 圖 解調框圖 第三節(jié) 仿真總結及遇到的問題 一 、 仿真結果 通過對 Quadrature Phase Shift Keying 系統(tǒng)的理論知識復習，學習 使用 Simulink 仿真的 一些 基礎知識， Quadrature Phase Shift Keying 通信系統(tǒng)中 的誤碼率測試問題 。使用 Simulink 基礎模塊搭建 QPSK 調制解調系統(tǒng)，并使用示波器顯示調制解調過程中各點波形，且得出結果與實際相符。并對得到結果進行分析，找出得出結果與理論相違背部分的原因，解決其中問題，使其更接近理論值。最終得到較滿意的結果。 二、遇到的問題及解決情況 為了使仿真正常進行，把所有的數(shù)據(jù)設為了 double 類型， buffer 模塊的輸出信號首先通過信號轉換模塊，由此增加了 Simulink 仿真的內存占用率，也降低了仿真重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 30 效率。 還有就是時鐘信號的設置和積分器上升沿和復位的問題，要經過不停地調試，才能解決。 在搭建整個 QPSK 調制解調系統(tǒng)中首先的問 題就是所需信號的串并轉換問題，Simulink 中沒有可以直接解決串并變換的模塊，于是通過利用 buffer 這個模塊，來完成串并變換的功能，由此卻引入了兩個單位的時延。 再者是示波器的顯示問題，如果載波頻率設置過高的話，在采樣點很多的情況下，示波器就只會顯示部分波形且波形較密，無法看清波形。另外采樣點如果過密的話，就會出現(xiàn)顯示失真，所以載波的頻率不能設置過高。在高斯信道模塊遇到的是數(shù)據(jù)類型不符的問題，因為 buffer、模塊輸出的信號為幀信號，高斯信道要求輸入和輸出皆為采樣信號，為了解決這一問題，加入了 zeroorder hold 這個器件，但也因此產生了較大的誤碼率。由于 要把單極性數(shù)據(jù)轉化為雙極性數(shù)據(jù)類型 ， 所以，整個系統(tǒng)看上去比較復雜和繁瑣 。 在仿真建模 過程中還 是 有許多問題，以上 的這些問題是比較明顯 的。所有問題基本上都可以通過看書，查資料，咨詢指導老師來完成，在這個過程中，也豐富了自己的知識。 三、未解決的問題 在實際的通信系統(tǒng)中，如果碼元寬度設置不合理還可能導致碼間干擾，解決問題的方法是可在調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 的誤碼率。 在整個 QPSK 系統(tǒng)的 Simulink 仿真中，將載波頻率大小最大值設置為 4000HZ，而實際 生活中載波頻率遠遠大于這個值，但若將載波設置變大，會產生錯誤。這個 原因沒有能 及時找到，所以這個 問題 還 沒有 及時 解決。 考慮實驗的便捷性，在本次實驗中，載波部分使用的是兩個同頻正交的正弦信號發(fā)生器， 并且在解調時也是直接用此載波來進行相關解調。而在實際系統(tǒng)中，通常為保證兩路正交載波只有相位的相差，所以實際系統(tǒng)通常采用的是 希爾伯特濾波器。 由于本次實驗可嚴格設置載波的參數(shù)，所以沒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的各種誤差。而解調部分可以采用鎖相環(huán)技術，來嚴格保證解調使用的載波與發(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)的相對復雜性，本次仿真省略了此過程，若想得到更好的仿真結果，可在此仿真基礎上加以改進。另外本次仿真沒有觀察頻譜的波形，想對 QPSK 整個系統(tǒng)有更好的理解，可在相應的位置加頻譜示波器。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 31 第四節(jié) 本章小結 本章著重介紹了本次實驗的仿真的整個過程、各個模塊參數(shù)的設置及 仿真的結果，以及在整個仿真過程中遇到的各種問題和解決方案。 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 32 圖 系統(tǒng)總框圖 重慶郵電大學本科 畢業(yè)設計（論文） 33 結 論 本 次 論 文 題 目 是 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) 調 制 解 調 系 統(tǒng)Simulink(Matlab)建模分析。 QPSK調制解調技術已經非常成熟 的今天 ， QPSK的 調制技術已廣泛應用于 生活的各個方面。在單一的數(shù)字調制技術 且通