【正文】 s numeral munication to use the GMSK modulation, but American and Japan39。 Frequency shift keying(FSK) and phaseshift keying(PSK) and so on. At present has used on the mobile munication system the modulation technology modulation technique being possible to divide into two big kinds。我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記在我遇到困難和挫折時(shí)你們對(duì)我的支持和鼓勵(lì)，并祝你們以后生活幸福美滿，事業(yè)蒸蒸日上。在將近二年的學(xué)習(xí)、生活歷程中，郭老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)念度、蓬勃的工作熱情、淵博的專業(yè)知識(shí)以及令人折服的學(xué)者風(fēng)范和為人之道，都是我應(yīng)該學(xué)習(xí)的楷模。本文介紹了基于軟件無線電的思想，使用了 systemview對(duì) QPSK信號(hào)進(jìn)行仿真和分析，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一，基于 systemview的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和復(fù)雜的編程語言打交道，很容易建立通信系統(tǒng)的直觀概念。在目前的移動(dòng)通信中， CDMA由于 其增容性，保密性，抗噪能力強(qiáng)，以及綠色等特性已經(jīng)毫無疑問地將成為下一代移動(dòng)通信的 主流，而 CDMA系統(tǒng) 中采用的是相對(duì)相移鍵控 (QPSK)調(diào)制 ，這種數(shù)字調(diào)制信號(hào)具有循環(huán)平穩(wěn)性，移動(dòng)通信的通信信道十分惡劣復(fù)雜，各種衰落和碼間干擾同時(shí)存在，移動(dòng)用戶本身的移動(dòng)性也有著很大的差別，因此，移動(dòng)通信的信道模型可以用線性時(shí)變的模型來表示，循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)的處理方法利用了數(shù)字調(diào)制信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)性，使之相對(duì)于傳統(tǒng)的基于平穩(wěn)信號(hào)模型的方法更能反映信號(hào)的實(shí)石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 質(zhì)，也更能適合于快變的，深衰落的信道。它不但能取得較高的頻譜利用率，具有很強(qiáng)的抗干擾性和較高的性能價(jià)格比，而且和模擬 FM 微波設(shè)備也能很好的兼容。數(shù)字微波通信系統(tǒng)、寬帶接入數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信及有線電視系統(tǒng) ； 在衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸中，普遍采用的 QPSK 調(diào)諧器是當(dāng)今衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸中對(duì)衛(wèi)星 功率、傳輸效率和抗干擾性以及天線尺寸等多種因素綜合考慮的最佳選擇。在 BPSK 調(diào)制技術(shù)趨于發(fā)展成熟并已經(jīng)不能滿足大容量數(shù)字信息的傳輸 時(shí)， QPSK 調(diào)制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了。 由于 2PSK 信號(hào)和 QPSK 信號(hào)的誤比特率性能相同，因此可以把 QPSK 信號(hào)看作是兩路正交的 2PSK 信號(hào)，在作相干接受時(shí)這兩路信號(hào)是不相關(guān)的。 Monte Carlo 仿真方法的主要理論基礎(chǔ)是概率論中的大數(shù)定律，要主要手段為隨機(jī)變量的抽樣分析 [15]。和 90176。它代表基帶信號(hào)碼元“ 11”，若因噪聲的影響使接收矢量的相位變成 135176。誤碼率是最常用的數(shù)據(jù)通信傳輸質(zhì)量指標(biāo)。誤碼率是指錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率， 即誤碼率 =錯(cuò)誤碼元數(shù) /傳輸總碼元數(shù)。 (5)在抽樣時(shí)刻上、下兩陰影區(qū)間隔的一半是最小噪聲容限，噪聲瞬間值超過它就有可能發(fā)生錯(cuò)誤判斷。通過分析可知： (1)眼圖張開的寬度決定了接受波形可以不受串?dāng)_影響而抽樣再生的時(shí)間間隔。 (4)圖 42 中央的橫軸位置對(duì)應(yīng)于判決門限電平。 圖 42 眼圖模型 由圖 42 眼圖模型可以獲得一下信息： (1)最佳抽樣 時(shí)刻是“眼睛”張開最大的時(shí)刻。因此，“眼”張開的大小表示失真的程度，可以用來指示接受濾波器的調(diào)整，以減少碼間串?dāng)_，改善系統(tǒng)性能。 眼圖就是利用實(shí)驗(yàn)手段方便的估計(jì)和改善 (通過調(diào)整 )系統(tǒng)性能時(shí)在示波器上觀察到的一種圖形。 圖 34 QPSK調(diào)制信號(hào)波形 QPSK 中頻解調(diào)模塊的仿真 圖 35 QPSK解調(diào)模塊框圖 波形恢復(fù)子系統(tǒng) 上下兩個(gè)支路分別與一個(gè)幅值為 0 的抽樣信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)信號(hào)幅值大于 0 時(shí)，輸出電平為 1 的信號(hào)；當(dāng)信號(hào)幅值小于 0 時(shí)，輸出電平為 1 的信號(hào)，經(jīng)過該過程即可恢復(fù)原上下兩支路信號(hào)。 systemview 仿真軟件搭建 QPSK 調(diào)制與解調(diào)仿真電路如圖 31 所示： 圖 31 QPSK調(diào)制模塊框圖 圖 31 中 Token39 為串并轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)，其輸入基帶信號(hào)是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元，他被“串 /并變化”電路變成兩路碼元，變成兩路碼元后，其每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間是輸入碼元的 2 倍。但是，包絡(luò)的變化小多了 ，因此對(duì) OQPSK的硬限幅或非線性放大不會(huì)再生出像在 QPSK中那么多的高頻旁瓣 [7]。因而，產(chǎn)生了一種改進(jìn)型的 QPSK信號(hào) — OQPSK，即交錯(cuò)或參差 QPSK。在解調(diào)直流分量后，即可得到歸零的脈沖序列，其中含有位同步信息，通過窄帶濾波器（或鎖相環(huán)），然后經(jīng)脈沖整形，就可得到位同步信號(hào) [5]。 ②包絡(luò)檢波法 圖 214 所示為該方法原理框圖。 (2)自同步法 這一類方法是發(fā)送端不用專門發(fā)送位同步導(dǎo)頻信號(hào)，而接收端可以直接從接收到的數(shù)字信號(hào)中提取位同步信號(hào)。圖 212 中的移相電路是為了糾正窄帶濾波器引起導(dǎo)頻相移而設(shè)的 [2]。 f f S(f) S(f) 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 212 插入定位時(shí)導(dǎo)頻接受方框圖 用插入導(dǎo)頻法提取位同步信號(hào)要注意消除或減弱定時(shí)導(dǎo) 頻對(duì)原基帶信號(hào)的影響。 若基帶信號(hào)為隨機(jī)的二進(jìn)制不歸零碼序列，則這種信號(hào)本身不包含位同步信號(hào)，為了獲得位同步信號(hào)，需在基帶信號(hào)中插入位同步的導(dǎo)頻信號(hào)，或者對(duì)該基帶信號(hào)進(jìn)行某種碼型變換以得到位同步信息。自同步法中最簡(jiǎn)單的方法是濾波法和數(shù)字鎖相法 [5]。外同步法就是發(fā)送端將位定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。保持時(shí)間是指當(dāng)同步建立后，一旦輸入信號(hào)中斷，收發(fā)雙方仍能保持同步的最長(zhǎng)時(shí)間。所以位同步就 是在接收端設(shè)法產(chǎn)生一個(gè)與發(fā)端發(fā)送來的碼元速率相同且在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)最佳判決點(diǎn)的定時(shí)脈沖序列。用調(diào)整 過的本地振蕩信號(hào)作為載波去解調(diào)接收信號(hào)，接收端的方框如圖 210 所示： 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 29 傳輸數(shù)據(jù)的格式 圖 210 時(shí)域插入導(dǎo)頻接收端載波提取 位同步 位同步是數(shù)字通信系統(tǒng)中最基本的同步。在接收端把載波標(biāo)準(zhǔn)提取出來，同本地振蕩器進(jìn)行比較。接收信號(hào)中包含有導(dǎo)頻的信號(hào)，用一窄帶濾波器取出并移相 90度得到，再用它去解調(diào)輸入信號(hào) [3]。同時(shí)送給加法器的還有載波移移 90度后得到的t?sin 。 插入導(dǎo)頻法分為頻域插入導(dǎo)頻和時(shí)域插入導(dǎo)頻。這個(gè)參考載波要求與接收到的信號(hào)中的被調(diào)載波同頻同相。例如，在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)，插入所需的導(dǎo)頻信號(hào)， 在接收端，利用窄帶濾波器，就可以從解調(diào)后的基帶信號(hào)中提取所需的同步信息。 在數(shù)字通信中，除了載波同步外，還需要位同步。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)。影響數(shù)字下變頻器性能的主要因素有兩個(gè)：一是表示數(shù)字本振、輸入信號(hào)以及混頻乘法運(yùn)算的樣本數(shù)值的 有限字長(zhǎng)所引起的誤差；二是數(shù)字本振相位分辨率不夠而引起數(shù)字本振樣本數(shù)值的近似取值。 解調(diào)過程中涉及到信號(hào)的采樣、數(shù)字下變頻、載波同步、位同步等關(guān)鍵技術(shù)。 4DPSK 信號(hào)可以使用差分檢測(cè)法對(duì)兩個(gè)正交的相干載波進(jìn)行差分檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)解調(diào)，這種方法也稱為相位比較器。當(dāng)然，如果調(diào)制端是差分編碼的，那么解調(diào)中并串變換后還需一個(gè)差分解碼。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 25 QPSK相干正交解調(diào)法原理框圖 圖 25中， QPSK調(diào)制信號(hào)先通過帶通濾波器濾除帶外干擾信號(hào)，分為三路，一路進(jìn)入相干載發(fā)生器提取本地相干載波，另外兩路輸入到相乘器。 本文采用了直接調(diào)相法進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖 23 QPSK直接調(diào)相法調(diào)制框圖 由圖 23 可知， QPSK 是由兩路 2PSK 信號(hào)構(gòu)成，且兩路信號(hào)相互正交的，即相位差相差 090 ，兩路 2PSK 信號(hào)相加，即得到 QPSK 信號(hào)。而且在直接調(diào)相法的基礎(chǔ)上增加差分編碼器就可以產(chǎn)生 QDPSK信號(hào)。 圖 22 QPSK相位選擇法調(diào)制框圖 (2)直接調(diào)相法。 (a) QPSK 相位矢量圖 (b) QPSK 星座圖 圖 21 QPSK的矢量圖和星座圖 QPSK 調(diào)制的方案 (1)相位選擇法。圖 21(a)是 QPSK 相位矢量圖，圖中 I 表示同相信號(hào)， Q 表示正交信號(hào)。 從式 (23)可以看出，四相調(diào)制的波形，可以看成是對(duì)兩個(gè)正交載波進(jìn)行二進(jìn)制幅度調(diào)制信號(hào)之和。 將式（ 22）展開，得到： tnTtgtnTtgtSn nsn nsQ P S K 00 s i n]s i n)([c os]c os)([)( ???? ?? ???? (23) 令 nnX ?cos? ， nnY ?sin? ，則 兩者 的取值是隨機(jī)的離散值，和選定的相位有關(guān)， 在星座 圖的映射中對(duì)應(yīng)同相和正交分量，反映其在映射圖中的矢量位置。 二進(jìn)制相移鍵控 對(duì)于二進(jìn)制相移 鍵控 （ 2PSK） 來說，通常用初始相位 0和 ? 分別表示二進(jìn)制“ 1”和“ 0”。從基帶變換到中頻以及射頻，中間的頻譜搬移和信號(hào)放大需要一個(gè)要求較高的線性信道，因而，設(shè)計(jì)要求較高。在全數(shù)字解調(diào)中，幾乎所有的模擬解調(diào)單元和器件都可以對(duì)應(yīng)地找到它的數(shù)字化形式，如數(shù)已調(diào)信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 編碼后數(shù)據(jù) 數(shù)字化 編碼單元 調(diào)制單元 模擬信號(hào) 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 字濾波器 (FM或 FIR)、全數(shù)字乘法器和數(shù)控振蕩器 （ NCO） 等。 圖 12 數(shù)字通信解調(diào)系統(tǒng)框圖 在傳統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收機(jī)的解調(diào)單元都是用模擬處理方法和器件實(shí)現(xiàn)的。 (2)按已調(diào)信號(hào)的結(jié)構(gòu)形式可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制兩種。在移動(dòng)通信、衛(wèi)石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 星通信、數(shù)字電視通信中的到了廣泛的應(yīng)用。 目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有一些關(guān)于全數(shù)字 QPSK 調(diào)制解調(diào)器方面的科研成果和專用芯片問世。 數(shù)字調(diào)制主要包括頻移鍵控 (FSK)、二進(jìn)制相移鍵控 (BPSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)、正交相移鍵控 (QPSK)。從廣義上講，通信是指使用不同的方法，通過任何傳輸介質(zhì)將有效信息進(jìn)行兩個(gè)不同地方的傳遞，其實(shí)，通信就是為了進(jìn)行消息的交換及有效傳遞。 23 第 5 章 QPSK 的應(yīng)用 20 QPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的驗(yàn)證 16 QPSK 中頻解調(diào)模塊的仿真 7 QPSK 解調(diào)的中頻數(shù)字下變頻、載波同步、位同步 4 QPSK調(diào)制的方案 4 四相相移鍵控 4 QPSK 調(diào)制解調(diào)原理及系統(tǒng)組成 3 第 2 章 QPSK 調(diào)制解調(diào)原理及系統(tǒng)組成 本文根據(jù)當(dāng)今現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì) QPSK信號(hào)的調(diào)制解調(diào)問題進(jìn)行了分析。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 Systemview的 QPSK全數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) The QPSK Digital Modem Design and Implementation Based on Systemview 2指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 年 月 日 摘 要 數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)在數(shù)字通信中占有非常重要的地位。 文中研究了 QPSK調(diào)制解調(diào)的原理，并用動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真和分析軟件 systemview進(jìn)行系統(tǒng)仿真，對(duì)各個(gè)模塊參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，而且分析了仿真結(jié)果，并對(duì)載波相位變化的實(shí)現(xiàn)，串并轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)，中頻數(shù)字下變頻、載波同步、位同步等 技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 1 課題研究背景與現(xiàn)狀 10 數(shù)字下變頻 12 其它 QPSK 簡(jiǎn)介 15 第 3 章 基于 SYSTEMVIEW 的 QPSK 調(diào)制解調(diào)的仿真 18 并 /串轉(zhuǎn)換子系統(tǒng) 20 QPSK 系統(tǒng)的誤碼率 26 第 6 章 結(jié)論與展望 28 參考文獻(xiàn) 作為這個(gè)領(lǐng)域中極為重要的一部分，數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。在這些調(diào)制方式中，四相相移鍵