【正文】 MATLAB 運(yùn)行環(huán)境分成幾個(gè)部分：桌面和命令窗口、命令歷史窗口、幫助信息瀏覽器、工作空間瀏覽器、文件路徑檢索等，其中主要部分是命令窗口，它是 MATLAB 與用戶之間交互式命令輸入、 輸出的界面，用戶從這個(gè)窗口輸入的命令，經(jīng)過 MATLAB 解釋后執(zhí)行，并且將執(zhí)行結(jié)果顯示在這個(gè)窗 口 [6] 圖 在論文的第 2章中，簡單的介紹了幾種簡單的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，比如 ASK信號(hào)、FSK 信號(hào)、 PSK 信號(hào)和 DPSK 信號(hào)等，這是最基本的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，在現(xiàn)代移動(dòng)通信中，我們已經(jīng)不再使用這些調(diào)制技術(shù)，重點(diǎn)介紹了運(yùn)用在現(xiàn)代移動(dòng)通信中的新型調(diào)制技術(shù)，這些相對(duì)比較先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)都是有基礎(chǔ)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)發(fā)展和演進(jìn)而來，了解其對(duì)我們深入研究新型調(diào)制技術(shù)十分重要，重點(diǎn)講解了 MSK 信號(hào)，GMSK 信號(hào)， QPSK 信號(hào)， OQPSK 等數(shù)字調(diào)制技術(shù)，由于時(shí)間有限，這里以 MSK信號(hào)和 QPSK 信號(hào)為例，進(jìn)行編程仿真，通過觀察仿真圖形，了解數(shù)字調(diào)制技術(shù)的信噪比、誤碼率、優(yōu)缺點(diǎn)以及在實(shí)際中的應(yīng)用。對(duì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，我們并不關(guān)心基帶信號(hào)的碼型，因此，我們?cè)诜抡娴臅r(shí)候可以給數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)直接輸入數(shù)字基帶信號(hào)，不用在經(jīng)過編碼器。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 27 頁 共 54 頁 4 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真 和結(jié)果分析 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 的仿真 分析 典型的數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、編碼解碼、調(diào)制解調(diào)、信道及信宿等環(huán)節(jié)構(gòu)成 ，數(shù)字調(diào)制統(tǒng)仿真框圖如圖 所示。 工作在 5GHz 頻帶， 工作在 頻帶，它們采用OFDM 調(diào)制技術(shù)，速率可達(dá) 54Mb/s。適用于衰落嚴(yán)重的無線信道中。 分幀 分組 串并 轉(zhuǎn)換 編碼映射 IDFT 并串轉(zhuǎn)換 D/A 變換 上變頻 二進(jìn)制 輸入信號(hào) OFDM 信號(hào) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 26 頁 共 54 頁 OFDM 信號(hào)是一種多頻率的頻分調(diào)制 體制。 ,不會(huì)出現(xiàn) 180176。 ,177。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩支路碼元極性同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。它與 QPSK 有同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。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。例如，數(shù)字衛(wèi)星電視 DVB2S 標(biāo)準(zhǔn)中，信道噪聲門限低至 dB，傳輸碼率達(dá)到 45M b/s，采用 QPSK 調(diào)制方式，同時(shí)保證了信號(hào)傳輸?shù)男屎驼`碼性能。 由于數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了 Gauss 預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號(hào)在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過濾，因此 GSMK 調(diào)制的信號(hào)頻譜緊湊、誤碼特性好，在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛使用，如現(xiàn)在廣泛使用的 GSM 移動(dòng)通信體制就是使用 GMSK 調(diào)制方式。 GMSK 調(diào)制方式是 由日本國際電報(bào)電話公司提出的。 圖 OFDM 調(diào)制原理框圖 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用 MSK 和 GMSK 都屬于改進(jìn)的 FSK 體制，它們能夠消除 FSK 體制信號(hào)的相位不連續(xù)性，并且信號(hào)是嚴(yán)格正交的。 按照上述原理畫出的 OFDM 調(diào)制原理方框圖如圖 所示。 如前所示， OFDM 信號(hào)采用多進(jìn)制、多載頻、并行傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)是使傳輸碼元的的持續(xù)時(shí)間大為增長，從而提高了信號(hào)的抗多徑傳輸能力。振幅為 A √2 。將 Mi進(jìn)制的碼元 Bi變成一一對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù) Bi的過程稱為映射過程。這時(shí)的各個(gè)碼元 Bi可能屬于不同的 Mi進(jìn)制，所以它們各自進(jìn)行不同的 MQAM 調(diào)制。各路并行碼元的 Bi持續(xù)的時(shí)間相同，均為一幀時(shí)間 Tf = F?T，但是各路碼元 Bi包含的比特?cái)?shù)不同。然后將此 F 比特分成 N組，每組中的比特?cái)?shù)可以不同。下面就來討論如何具體解決這個(gè)計(jì)算問題。現(xiàn)在，令式（ ）中 OFDM 信號(hào)的 φk = 0，則該式變?yōu)? s(t) = ∑ Bkej2πfktN?1k= （ ） 式（ ）和式（ ） 非常相似。下面首先來復(fù)習(xí)一下DFT 公式。Hz） () 比較式 ()和 ()可見，并行的 OFDM 體制和串行的單載波體制相比，頻帶 利用率 大約可以增至 2倍。Hz) （ ） 當(dāng) N很大時(shí)， μbOFDM? ＝ log２ M（ b/s在 OFDM 中，各相鄰子載波的頻率間隔等于最小容許間隔 ?f＝ 1/Ts （ ） 現(xiàn)在來具體分析一下 OFDM 體制的頻帶利用率?，F(xiàn)在來考察 OFDM 系統(tǒng)在頻域中的特點(diǎn)。在碼元持續(xù)時(shí)間 Ts內(nèi)任意兩個(gè)子載波都正交的條件是： ∫ cos(2πfkt+φk)Ts cos(2πfit+φi)dt = 0 （ ） 式 （ ） 可以用三角公式改寫成 : ∫ cos(2π fkt +φ k)Ts cos(2π fit+φ i)dt = 12∫ cos,(2π(fk + fi)t+φk +φi)Ts dt + 12∫ cos,(2π(fk ?fi)t+ φk ? φi)Ts dt =0 （ ） 它的積分結(jié)果為 ： sin,(2π(fk +fi)t+φk + φi)2π(fk +fi) ＋sin,(2π(fk ?fi)t+ φk ?φi)2π(fk ? fi) ? sin（ φk+φi）2π(fk+fi) ?sin（ φk?φi）2π(fk?fi) ＝ 0 （ ） 令式（ ）等于 0的條件是： （ fk +fi） Tｓ ＝ m 和 (fk ?fi)Tｓ ＝ n () 其中，ｍ和ｎ均為整數(shù)，并且 φk和 φi可以取任何值 。則在此系統(tǒng)中的 N路子信號(hào)之和可以表示為 s(t) = ∑ xk(t) =N?1K= ∑ Bk cos(2πfkt+ φk)N?1k= （ ） 式 （ ） 還可以改寫成復(fù)數(shù)形式如下： s(t) = ∑ Bkej2πfkt+φkN?1k= （ ） 式中 Bk是一個(gè)復(fù)數(shù)，為第 k路子信道中的復(fù)輸入數(shù)據(jù)。 OFDM 的缺點(diǎn)主要有兩個(gè)： （ 1） 對(duì)信道產(chǎn)生的頻率偏移和相位噪聲很敏感； （ 2） 信號(hào)峰值功率和平均功率的比值較大，這將會(huì)降低射頻功率放大器的效率。 OFDM 也是一類多載波并行調(diào)制的體制。為了解決這個(gè)問題，并行調(diào)制的體制 再次受到重視。 隨著要求傳輸?shù)拇a元速率不斷提高，傳輸帶寬也越來越寬。假設(shè) 有 10個(gè)子信道，則每個(gè)載波的調(diào)制碼元速率將降至 1/10，每個(gè)子信道的帶寬也隨之減少為 1/10。 上述各種調(diào)制系統(tǒng)都是采用一個(gè)正弦形振蕩作為載波，將基帶信號(hào)調(diào)制到 此載波上。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。正交信號(hào)串 /并轉(zhuǎn)換 LPF LPF Ts 2 延遲 BPF π 2 輸入 I Q cosωc(t) SOQPSK(t) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 共 54 頁 可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾。 BPF 的作用則是形成 QPSK 信號(hào)的頻譜形狀，并保持包絡(luò)恒定。 OQPSK 的調(diào)制原理 OQPSK 信號(hào)的產(chǎn)生原理可用圖 來說明 [8]。 OQPSK 信號(hào)的數(shù)學(xué)公式可以表示為： OQPSK(t) = {u2k cosωc(t) + u2k?1 sinωc(t), 2kTb ≤ t ≤ (2k + 1)Tbu2k cosωc(t) + u2k+1 sinωc(t), (2k ?1)Tb ≤ t ≤ 2kTb () 對(duì)于恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)，由于一個(gè)已調(diào)制的信號(hào)頻譜特性與其相位路徑有著密切的關(guān)系 (因?yàn)?ω = dθt dt )，因此，為了控制已調(diào)制的信號(hào)頻率特性，就必須控制它的相位特性。實(shí)際上， OQPSK 信號(hào)也叫做時(shí)延的 QPSK 信號(hào)。 相位跳變。 、 ?90176。而與普通的 OQPSK 比較，交錯(cuò)正交相移鍵控的同相與正交兩支路的數(shù)據(jù)流在時(shí)問上相互錯(cuò)開了半個(gè)碼元周期，而不像 OQPSK 那樣 I、 Q 兩個(gè)數(shù)據(jù)流在時(shí)間上是一致的 (即碼元的沿是對(duì)齊的 )。它和 QPSK有眷同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。 QPSK 的解調(diào)原理如圖（ ）所示。經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)通過信道傳輸?shù)竭_(dá)用戶端，需要進(jìn)行解調(diào)，這一過程是與調(diào)制相類似的逆過程。接收端仍可以得到正確的解碼。 2 帶通 邏輯控制 b2 b1 ?推動(dòng) 2?推動(dòng) 輸入 信息 QPSK 信號(hào) 串 /并變換 邏輯選相電路 帶通濾波器 四相載波發(fā)生器 輸出 輸入 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 54 頁 講的 φm = 2πm M (m=0,1,……M1)，信號(hào)相位移可以偏移 45176。但是輸出相位并不滿足我們前面所分頻 主振 247。解調(diào)時(shí)，也同樣可以采用相干解調(diào)和差分譯碼的方 法 [4]。顯然，分頻鏈輸出也是矩形脈沖，需經(jīng)帶通濾波才能得到以正弦波作載頻的 QPSK 信號(hào)。輸入信息經(jīng)串 并變換邏輯控制電路， 產(chǎn)生 π 2 推動(dòng)脈沖和 π推動(dòng)脈沖， 在 π 2 推動(dòng)脈沖作用下第一級(jí)二分頻多分頻一次，相當(dāng)分頻鏈輸出提 前 π 2 相位， 在 π 推動(dòng)脈沖作用下第二級(jí)二分頻多分頻一次，相當(dāng)于提 前 π相位。度移相 電平 產(chǎn)生 二進(jìn)信息 已 調(diào) 信號(hào) Acosπfct Asinπfct I(t) Q(t) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 54 頁 圖 QPSK 的相位選擇法調(diào)制器框圖 圖 QPSK 的脈沖插入法調(diào)制器框圖 另一種調(diào)制方法是脈沖插入法，如圖 所示。顯然這種方法比較適用于載頻較高的場合，此時(shí)，帶通濾波器可以做得很簡單。圖 QPSK 的相位選擇法調(diào)制器。 如果輸入的二進(jìn)制信息碼流（假設(shè) +1V 為邏輯 1， 1V 為邏輯 0）串行進(jìn)入比特分離器，產(chǎn)生 2 個(gè)碼流以并行方式輸出，分別被送入 I（正交支路）通道及 Q（同相支路）通道，又各自經(jīng)過一個(gè)平衡調(diào)制器，與一個(gè)和參考振蕩器同頻的正交的載波 (sinωct和 cosωct)調(diào)制形成了四相相移鍵控信號(hào)即得到平衡調(diào)制器的輸出信號(hào)后，經(jīng)過一個(gè)帶通濾波器，然后再進(jìn)行信號(hào)疊加，可以得到已經(jīng)調(diào)制的QPSK 信號(hào) [1 16]。因此調(diào)制信號(hào)可用如下的式子表示： Sm(t) = AgT(t)cos(ωct +φm), (0 ≤ t ≤ Ts, m = 0,1,…， M ?1) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 共 54 頁 = √EsgT(t)cosφm cosωct? √EsgT(t)sinφm sinωct （ ） 其中： A是信號(hào)振幅； gT(t)為發(fā)送端的濾波脈沖（一般為矩形脈沖），決定發(fā)送信號(hào)的頻譜特征 ； T 為信號(hào)持續(xù)時(shí)間； Es為每一個(gè)發(fā)送符號(hào)的能量 (A = √Es)； ωc為載波的角頻率。數(shù)字相位調(diào)制（ PSK）是角度調(diào)制、恒定幅度數(shù)字調(diào)制的一種方式，通過改變發(fā)送波的相位來實(shí)現(xiàn)，除了其輸入信號(hào)以及輸出的相位受限制以外， PSK與傳統(tǒng)的相位調(diào)制相似。 QPSK 信號(hào)可以看成是對(duì)兩個(gè)正交的載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)制后所得信號(hào)的疊加，因此可以用正交調(diào)制的方法得到 QPSK 信號(hào)。有一種變形，稱為 π 4 QPSK 是通過在每一個(gè)符號(hào)間隔的載波相位中引入附加的 π 4 相移來使符號(hào)同步變得容易些。隨著信號(hào)的改變，幅度恒定的載波信號(hào)的相位在四種取值間跳變。 QPSK 的基本原理 在數(shù)字相位調(diào)制中， M個(gè)信號(hào)波形可表示為 Sm(t) = Re,g(t)ej2π(m?1) M ej2πft = g(t)cos02πfct+ 2πM (m?1)1 = g(t)cos2πM (m ?1)cos2πfct ?g(t)sin2πM (m ?1)sin2πfct （ m=1,2,…， M， 0 ?? ??） （ ） g(t)是信號(hào)脈沖形狀， θm = 2π(m?1) M （ m=1,2,…， M） 是載波的 M 個(gè)可能的相位，用于傳送發(fā)送信息。由于絕對(duì)相移方式存在相位模糊問題，所以在實(shí)際中主要采用相對(duì)移相方式 Q