【導(dǎo)讀】基于MATLAB的TD-SCDMA通信系。統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真程序設(shè)計(jì)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。答辯日期：20**年6月25日。TD-SCDMA作為中國提出的第三代移動通信標(biāo)準(zhǔn)，自1998年正式向。ITU提交以來，已經(jīng)歷十多年的時間，完成了標(biāo)準(zhǔn)的專家組評估、ITU認(rèn)可。并發(fā)布、與3GPP體系的融合、新技術(shù)特性的引入等一。系列的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作，從而使TD－SCDMA標(biāo)準(zhǔn)成為第一個由中國提出。的，以我國知識產(chǎn)權(quán)為主的、被國際上廣泛接受和認(rèn)可的無線通信國際標(biāo)準(zhǔn)。這是我國電信史上重要的里程碑。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。TD-SCDMA通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)仿真模型，同時對其工作原理、構(gòu)。建方法和誤碼性能進(jìn)行了分析。8PSK調(diào)制方式抗噪聲性能強(qiáng)，具有擴(kuò)頻調(diào)制的系統(tǒng)比沒有擴(kuò)頻調(diào)制的系統(tǒng)。高的數(shù)據(jù)吞吐容量。

　　

【正文】 SK 抗鏈路惡化的能力（抗噪能力）不如 QPSK，但提供了更高的數(shù)據(jù)吞吐容量。 在數(shù)字信號的調(diào)制方式中 8PSK八 相移鍵控是目前 常用于衛(wèi)星通信的高帶寬效率的多相位鍵控調(diào)制解調(diào)技術(shù)。 調(diào)制與解調(diào) 基本原理 在 2PSK 信號的表示式中一個碼元的載波初始相位 ? 可以等于 0 或π。將其推廣到八進(jìn)制時， ? 可以取多個可能值。所以，一個 QPSK 信號碼元可以表示為 ????(t) = Acos. kt ?? ?0 / k = 1,2,…,16 (38) 式中： A 為常數(shù)； k? 為一組間隔均勻的受調(diào)制相位，其值決定于基帶碼元的取值。所以它可以寫為 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信號碼元表示式展開寫成 ????(t) = cos. kt ?? ?0 / = ????cos t0? ?????sin t0? (310) 式中： ???? = cos k? ,???? = ??????k? 式 (310)表明， 8PSK 信號碼元 ????(t)看作是由正弦和余弦兩個正交分量合成的信號，它們的振幅分別是 ????和 ????，并且 ????2 + ????2 = 1。這就是說， 8PSK第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 23 信號碼元可以看作是兩個特定的 8ASK 信號碼元之和。因此，其帶寬和 8ASK信號的帶寬相同 [8]。 8PSK移相調(diào)制利用載波的 8種不同相位來表征數(shù)字信息 [12]。它把輸入的二進(jìn)制信號序列經(jīng)過串并變換每次把一個 3位的碼組 （ 用 d3i， d3i+1， d3i+2來表示 ） 映射為一個符號的相位，因此符號率為比特率的 1/3，它們與載波相位的映射關(guān)系如圖 38所示。 圖 38 3 位信息比特到 8PSK 符號的映射關(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)過成形濾波，送人信道傳輸。在接收端，首先經(jīng)過匹配濾波 器 濾除帶外噪聲和干擾，然后經(jīng)過抽樣相位判決，相位解碼，并串變換，恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)流。整個 8PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基帶仿真框圖，如圖 39所示。 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 ，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。 TDSCDMA系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)采用的是 QPSK，所以本章 重點(diǎn)介紹了 四進(jìn)制相移鍵控 QPSK， 其中包括 QPSK的特點(diǎn)與優(yōu)勢，以及其調(diào)制與解調(diào)的基本原理方法和使用的編碼方式。 最后本章介紹 的 8PSK同樣屬于 TDSCDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)的方式之一，其原理以及調(diào)制與解調(diào)在一定范圍上與 QPSK相似，所以本章 未作重點(diǎn) 介紹 。 第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 25 第 4 章 TDSCDMA 系統(tǒng)的 調(diào)制 與 解調(diào)仿真 本次 TDSCDMA 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真設(shè)計(jì)大致分為 三 個步驟， 第一步是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)的仿真模型即 QPSK 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真，第二步是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)針對于 2Mbit/s 業(yè)務(wù)的 數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)的仿真模型即 8PSK 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真，第三步是建立 TDSCDMA 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)和擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)合為一體的仿真模型 ，下面 逐一進(jìn)行 說明。 QPSK 調(diào)制與解調(diào) 的 仿真 TDSCDMA 通信 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)采用的是四進(jìn)制相移鍵控 QPSK，所以首先 設(shè)計(jì)的 TDSCDMA 系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)仿真采用的是 QPSK 調(diào)制解調(diào)方案。 如 圖 41 給出了 TDSCDMA 系統(tǒng)的 標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)仿真原理圖 即QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真原理圖 。 圖 42 給出了在 MATLAB 環(huán)境中 TDSCDMA系統(tǒng)的 標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖即 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖。 針對仿真程序流程圖各個步驟如下： (1)隨機(jī)產(chǎn)生的用戶數(shù)據(jù)是使用高隨機(jī)序列產(chǎn)生的，在編寫時使用的是正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)矩陣，數(shù)據(jù)量設(shè)定為 5000 個數(shù)據(jù) ； (2)用 if 語句將產(chǎn)生的隨即序列轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即大于 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 1，小于 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 0； (3)串 /并轉(zhuǎn)換，將單路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成雙路數(shù)據(jù)，且每個數(shù)據(jù)時延一倍并轉(zhuǎn)換為雙極性不歸零數(shù)據(jù)，即利用 if 語句和 rem 函數(shù)（除后取余函數(shù)）將非 2的倍數(shù)（奇數(shù)）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 I 路信號，將 2 的倍數(shù)（偶數(shù)）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Q 路信號，且等于 1 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 1，等于 0 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 1； (4)利用 25MHz的采樣頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣 ,之前設(shè)定的數(shù)據(jù)速率是 5MHz，將 5000 個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成 25000 個數(shù)據(jù)，即完成了零插入，每個源數(shù)據(jù)后面均插入四個零，將一位變成五位，以便在傳輸過程中減少碼間串?dāng)_進(jìn)而減少誤碼率 ； 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 41 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真原理圖 第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 27 圖 42 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 (5)過低通整形濾波器，在此采用的是平方根升余弦濾波器，使得傳輸 數(shù)據(jù) 可以滿足 奈奎斯特 第一準(zhǔn)則，其中滾降系數(shù)是 ，帶寬是 25MHz； (6)畫出調(diào)制前的信號時域圖和頻域圖； (7)調(diào)制發(fā)射，首先兩路信號分別與兩正交載波信號相乘，其中同相支路信號 I 路與 cosωt相乘，正交支路信號 Q 路與 sinωt相乘， ω = 2πfc，fc = 5MHz為載波頻率，然后將兩路信號相加發(fā)射 ； (8)畫出調(diào)制后的信號時域圖和頻域圖 ； (9)在信號傳輸?shù)男诺乐屑尤朐肼曅盘枺褂玫氖歉咚拱自肼?，在編寫時采用的是 正態(tài)分布函數(shù)，高斯白噪聲屬于高斯分布即正態(tài)分布 ； (10)將接收到的信號分為兩路信號，兩路信號分別與兩正交載波信號相乘，其中同相支路信號 I 路與 cosωt相乘，正交支路信號 Q 路與 sinωt相乘 ； (11)過低通整形濾波器，采用的是與調(diào)制部分相同的平方根升余弦濾波器，各系數(shù)與之前相同 ； (12)采樣恢復(fù)，即將五位變?yōu)橐晃?，將源?shù)據(jù)的后四個零取出，得出各路源數(shù)據(jù) ； (13)信號的判決， 大于 0 的數(shù)據(jù)為 1，小于 0 的數(shù)據(jù)為 1； (14） 并 /串變換， I 路信號變?yōu)槠鏀?shù)信號， Q 路信號變?yōu)榕紨?shù)信號，且二位變一位，時延縮小一倍 ； (15） 用 symerr 函數(shù)計(jì)算出最后得到二進(jìn)制數(shù)據(jù)流和最初產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流誤碼數(shù)得出實(shí)際誤碼率， 畫出 根據(jù)信噪比變化的實(shí)際誤碼率變化 曲線圖； 經(jīng)過以上步驟 在 MATLAB 仿真環(huán)境中建立的 TDSCDMA 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)仿真程序即 QPSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序的仿真結(jié)果如下三圖所示。其中圖 43 是 發(fā)射部分調(diào)制前信號時域圖和頻域圖 ， 為了便于觀察故截取其中部分信號數(shù)據(jù)表示于圖中， 其中可以看出這是十個數(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)制后信號時域圖和頻域圖 ，因?yàn)槭侵徊杉?I 路信號，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，誤碼率也在不斷降低。 第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 29 圖 43 發(fā)射部分調(diào)制 前 信號時域圖 和頻域圖 圖 44 發(fā)射部分調(diào)制后信號時域圖和頻域圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 45 實(shí)際誤碼率 變 化 曲線 圖 8PSK 系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 TDSCDMA 通信系統(tǒng)針對于 2Mbit/s 業(yè)務(wù)的 數(shù)據(jù)調(diào)制與解調(diào)的仿真采用的是八進(jìn)制相移鍵控 8PSK，對于 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)來說 8PSK 調(diào)制解調(diào)方案同樣是十分重要的，所以接下來將對 8PSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 圖 46 8PSK 調(diào)制解調(diào)仿真原理圖 如圖 46 給出了 TDSCDMA 系統(tǒng)針對于 2Mbit/s 業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)仿真原理圖即 8PSK 調(diào)制解調(diào)仿真原理圖。圖 47 給出了在 MATLAB 環(huán)境中 TDSCDMA 系統(tǒng)針對于 2Mbit/s 業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖即第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 31 8PSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖。針對仿真程序流程圖各個步驟如下： (1)隨機(jī)產(chǎn)生的用戶數(shù)據(jù)是使用均勻分布產(chǎn)生的； (2)用 if 語句將產(chǎn)生的隨即序列轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即大于 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 1，小于 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 0； (3)畫出已轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的信號的時域圖； 圖 47 8PSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序流程圖 (4)串 /并轉(zhuǎn)換，在一個步長為三的循環(huán)當(dāng)中將單路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三路數(shù)據(jù)，燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 且每 路數(shù)據(jù)均為雙極性不歸零數(shù)據(jù)； (5)8PSK 映射， 用 8PSK 調(diào)制方式對三路數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制， 表 41 是 8PSK 調(diào)制的映射表 ，圖 38 是 8PSK 符號的映射關(guān)系圖， 每三比特?cái)?shù)據(jù)相應(yīng)地 轉(zhuǎn)換為 同相 分量 I 路 及正交分量 Q 路 的 對應(yīng)電平 ； (6)調(diào)制發(fā)射，首先兩路信號分別與兩正交載波信號相乘，其中同相支路信號 I 路與 cosωt相乘，正交支路信號 Q 路與 sinωt相乘，然后將兩路信號相加發(fā)射； (7)畫出經(jīng)過 8PSK 調(diào)制方式調(diào)制后的信號時域圖； (8)在信號傳輸?shù)男诺乐屑尤朐肼曅盘?，使用的是高斯白噪聲，在編寫時采用的是正態(tài)分布函數(shù)，高斯白噪聲屬于高斯分布即正態(tài)分布； (9)將接收到的信號分為 兩 路信號 進(jìn)行解調(diào) ， 其中第一 路信號與 cosωt相乘， 第二路信號 信號與 sinωt相乘； (10)過低通整形濾波器，濾除無用分量 ； (11) 8PSK 逆映射，是 8PSK 映射的反操作，由表 41，根據(jù)同向及正交兩路信號判斷出還原的三路信號 ； (12)并 /串轉(zhuǎn)換，將三路信號合為一路； (13)畫出解調(diào)后的時域圖 ； (14)畫出根據(jù)信噪比變化的實(shí)際誤碼率 與理論誤碼率的 變化 對比 曲線圖 ，其中實(shí)際誤碼率由仿真程序而來 即用 symerr 函數(shù)計(jì)算出最后得到二進(jìn)制數(shù)據(jù)流和最初產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流誤碼數(shù)得出實(shí)際誤碼率 ，理論誤碼率由公式（ 41）計(jì)算而來 ； ??e(t) = ????????(√????Nodb?sin ??8) (41) 經(jīng)過以上步驟在 MATLAB 仿真環(huán)境中建立 8PSK 調(diào)制解調(diào)仿真程序的仿真結(jié)果如下 兩圖 所示。其中圖 47 包含了三幅圖，最上面的一幅是未經(jīng)調(diào)制的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的時域圖，第二幅圖是經(jīng)過 8PSK 調(diào)制 方式調(diào)制后的信號時域圖，最下面的是最終經(jīng)過解調(diào)后的二進(jìn)制信號時域圖， 為了便于觀察 ， 這三幅圖均 截取其中部分信號數(shù)據(jù)表示于圖中，其中可以看出 有兩個數(shù)據(jù)是錯誤的 ，也就是傳輸出現(xiàn)了誤碼 ， 圖 49 是 根據(jù)信噪比變化的 實(shí)際誤碼率 與理第 4章 TDSCDMA系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)仿真 33 論誤碼率對比 曲線圖 ，可以從圖中看出隨著信噪比的增大，誤碼率也在不斷降低 ，而 實(shí)際誤碼率與理論誤碼率之間還存在的一定差距。 從圖 45 和圖 49 可以分析出，在相同的信噪比情況下， 8PSK 的誤碼率相比 4PSK 高， 8PSK 抗鏈路惡化的能力（抗噪能力）不如 QPSK 好 ， 但是在相同條件下， 8PSK 攜帶信息量比 4PSK 多，也就是說 8PSK 提供了更高的數(shù)據(jù)吞吐容量。 表 41 8PSK 調(diào)制映射表 圖 八進(jìn)制碼 3 比特 ??1??2??3 ???? ???? 0 000 1 001 2 011 3 010 4 110 5 111 6 101 7 100 圖 48 8PSK 調(diào)制方式仿真結(jié)果圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 49 實(shí)際誤碼率