【正文】 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)際誤碼率與。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(shí)域圖，第二幅圖是經(jīng)過(guò) 8PSK 調(diào)制 方式調(diào)制后的信號(hào)時(shí)域圖，最下面的是最終經(jīng)過(guò)解調(diào)后的二進(jìn)制信號(hào)時(shí)域圖， 為了便于觀察 ， 這三幅圖均 截取其中部分信號(hào)數(shù)據(jù)表示于圖中，其中可以看出 有兩個(gè)數(shù)據(jù)是錯(cuò)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(duì)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。圖 47 給出了在 MATLAB 環(huán)境中 TDSCDMA 系統(tǒng)針對(duì)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。 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(hào)時(shí)域圖 和頻域圖 圖 44 發(fā)射部分調(diào)制后信號(hào)時(shí)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(duì)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(duì)于 TDSCDMA 通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào)來(lái)說(shuō) 8PSK 調(diào)制解調(diào)方案同樣是十分重要的，所以接下來(lái)將對(duì) 8PSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 針對(duì)仿真程序流程圖各個(gè)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(xiě)時(shí)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(gè)數(shù)據(jù) ； (2)用 if 語(yǔ)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(gè)數(shù)據(jù)時(shí)延一倍并轉(zhuǎn)換為雙極性不歸零數(shù)據(jù)，即利用 if 語(yǔ)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(hào)，將 2 的倍數(shù)（偶數(shù)）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Q 路信號(hào)，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(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成 25000 個(gè)數(shù)據(jù)，即完成了零插入，每個(gè)源數(shù)據(jù)后面均插入四個(gè)零，將一位變成五位，以便在傳輸過(guò)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(guò)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(huà)出調(diào)制前的信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖； (7)調(diào)制發(fā)射，首先兩路信號(hào)分別與兩正交載波信號(hào)相乘，其中同相支路信號(hào) I 路與 cosωt相乘，正交支路信號(hào) Q 路與 sinωt相乘， ω = 2πfc，fc = 5MHz為載波頻率，然后將兩路信號(hào)相加發(fā)射 ； (8)畫(huà)出調(diào)制后的信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖 ； (9)在信號(hào)傳輸?shù)男诺乐屑尤朐肼曅盘?hào)，使用的是高斯白噪聲，在編寫(xiě)時(shí)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(hào)分為兩路信號(hào)，兩路信號(hào)分別與兩正交載波信號(hào)相乘，其中同相支路信號(hào) I 路與 cosωt相乘，正交支路信號(hào) Q 路與 sinωt相乘 ； (11)過(guò)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(gè)零取出，得出各路源數(shù)據(jù) ； (13)信號(hào)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(hào)變?yōu)槠鏀?shù)信號(hào)， Q 路信號(hào)變?yōu)榕紨?shù)信號(hào)，且二位變一位，時(shí)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(huà)出 根據(jù)信噪比變化的實(shí)際誤碼率變化 曲線圖； 經(jīng)過(guò)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。 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 。 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(gè)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(duì)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(shuō)明。 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(shì)，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。整個(gè) 8PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基帶仿真框圖，如圖 39所示。 圖 38 3 位信息比特到 8PSK 符號(hào)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(guò)成形濾波，送人信道傳輸。 8PSK移相調(diào)制利用載波的 8種不同相位來(lái)表征數(shù)字信息 [12]。這就是說(shuō)， 8PSK第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 23 信號(hào)碼元可以看作是兩個(gè)特定的 8ASK 信號(hào)碼元之和。所以，一個(gè) QPSK 信號(hào)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。 調(diào)制與解調(diào) 基本原理 在 2PSK 信號(hào)的表示式中一個(gè)碼元的載波初始相位 ? 可以等于 0 或π。 8PSK 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。如果是其一半的狀態(tài)，即 4 種，則為 QPSK，如果是其 2 倍的狀態(tài)，則為 16PSK。相位調(diào)制是頻率調(diào)制的一種演變，載波的相位被調(diào)整用于把數(shù)字信息的比特編碼到每一詞相位改變 [11]。相干解調(diào)后的兩路并行碼元 I(t) 和 Q(t) ， 然后通過(guò)低通濾波器，再進(jìn)行抽樣判決，最終 經(jīng)過(guò)并 /串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出 [11]。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 35 QPSK 矢量的產(chǎn)生 圖 36 選擇法產(chǎn)生 QPSK 信號(hào) QPSK 解調(diào) QPSK 信號(hào)的解調(diào)原理方框圖示于圖 37 中。這時(shí)輸入基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)串 /并變換后用于控制一個(gè)相位選擇電路，按照當(dāng)時(shí)的輸入雙比特I(t)Q(t)，決定選擇哪個(gè)相位的載波輸出。應(yīng)當(dāng)注意的是，上述二進(jìn)制信號(hào)碼元“ 0”和“ 1”在相乘電路中與不歸零雙極性矩形脈沖振幅的關(guān)系如下： 二進(jìn)制碼元“ 1” 雙極性脈沖“ +1”； 二進(jìn)制碼元“ 0” 雙極性脈沖“ 1”。圖中矢量 I(1)代表 I(t)路的信號(hào)碼元二進(jìn)制“ 1” ,I(0)代表 I(t)路信號(hào)碼元二進(jìn)制“ 0”；類似地， Q(1)代表 Q(t)路信號(hào)碼元二進(jìn)制“ 1”， Q(0)代表 Q(t)路信號(hào)碼元二進(jìn)制“ 0”。 第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 19 圖 34 碼元串 /并變換 這兩路并行碼元序列分別用以和兩路正交載波相乘。 圖 33 第一種 QPSK 信號(hào)產(chǎn)生方法 圖中產(chǎn)生的基帶信號(hào)是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元，它被“串 /并變換”電路變成兩路碼元 I(t)和 Q(t)。 QPSK 調(diào)制 QPSK 信號(hào)的產(chǎn)生方法有兩種方法 [10]。若每個(gè)碼元中的載波周期不是整數(shù)，則即使初始相位相同，波形和瞬時(shí)相位也可能不連續(xù)，如圖 32(b)所示 。在碼元的表示式 (31)中，T T T T 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 k? 稱為初始相位，常簡(jiǎn)稱為相位，而把 ( kt ?? ?0 )稱為信號(hào)的瞬時(shí)相位。作為比較，在表32 中還給出了二進(jìn)碼作為比較。由于格雷碼的這種產(chǎn)生規(guī)律，格雷碼又稱反射碼。若要 產(chǎn)生 4 位的格雷碼，則可以在 3 位格雷碼的基礎(chǔ)上，仿照上述方法，將序號(hào)為 0~7 的格雷碼按相反次序?qū)懗鲂蛱?hào)為 8~15 的碼組，并在序號(hào)為 0~7 的格雷碼組前加一個(gè)“ 0”，在序號(hào)為 8~15 的碼組前加一個(gè)“ 1”。由此表可見(jiàn)，在 2 位格雷碼的基礎(chǔ)上，若要產(chǎn)生 3 位格雷碼只需將序列為 0~3 的 2 位格雷碼（表中黑體字）按相反的次序（即成鏡像）排列寫(xiě)出序號(hào)為 4~7 的碼組，并在序列號(hào)為 0~3 的格雷碼組前加一個(gè)“ 0”，在序號(hào)為 4~7 的碼組前加一個(gè)“ 1”，得出 3 位的格雷碼。 在表31 中只給出了 2 位格雷碼的編程規(guī)則。例如，可 圖 31 QPSK 信號(hào)的矢量圖 以規(guī)定圖 31 中的參考相位代表格雷碼 00，并將其他雙比特組的相位依次順時(shí)針?lè)较蛞?90176。由于因相位誤差造成錯(cuò)判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼可使總誤碼率降低。 1 0 180176。 1 1 270176。 各種排列的相位之間的關(guān)系 通常都按格雷 (Gray)碼安排，如表 31 所列，其矢量圖畫(huà)在圖 31 中。 ab 有 4 種排列，即 00、 0 11。它的每個(gè)碼元含有 2b的信息，現(xiàn)用 ab 表這兩個(gè)比特。因此，其帶寬和 4ASK信號(hào)的帶寬相同。所以它可以寫(xiě)為 k? = π2 (k ? 1) k = 1,2,3,4 (32) 在后面分析中，不失一般性，我們可以令式 (31)中的 A=1，然后將 QPSK信號(hào)碼元表示式展開(kāi)寫(xiě)成 ????(t) = cos. kt ?? ?0 / = ????cos t0? ?????sin t0? (33) 式中： ???? = cos k? ,???? = ??????k? 式 (33)表明， QPSK 信號(hào)碼元 ????(t)看作是由正弦和余弦兩個(gè)正交分量合成的信號(hào)，它們的振幅分別是 ????和 ????，并且 ????2 + ????2 = 1。將其推廣到四進(jìn)制時(shí)， ? 可以取多個(gè)可能值。 在數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式中 QPSK 四相移鍵控是目前最常用的一種衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)調(diào)制方式 ,它 具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性、在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡(jiǎn)單。由于絕對(duì)相移方式存在相位模糊問(wèn)題，所以在實(shí)際中主要采用相對(duì)移相方式QDPSK。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 四相相移鍵控信號(hào)簡(jiǎn)稱 QPSK。 TDSCDMA 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)采用 QPSK，對(duì)于 2Mbit/s 的業(yè)務(wù)，將使用 8PSK 調(diào)制方式，本章將著重介紹 QPSK 的相關(guān)知識(shí)。如采用非恒定包絡(luò)調(diào)制，則需要采用成本相對(duì)較高的線性功率放大器件。 對(duì)于調(diào)制解調(diào)研究，需要關(guān)心的另一個(gè)問(wèn)題就是可實(shí)現(xiàn)性。對(duì)于數(shù)字調(diào)制而言，頻譜利用率常用單位頻帶 (1Hz)內(nèi)能傳輸?shù)谋忍芈?(b/s)來(lái)表征。 高的頻譜利用率要求已調(diào)信號(hào)所占的帶寬窄。數(shù)字調(diào)制指利用數(shù)字信號(hào)來(lái)控制載波的振幅、頻率或相位 ， 常用的數(shù)字調(diào)制有：移頻鍵控（ FSK）和移相鍵控（ PSK）等。 按照解調(diào)器輸入信號(hào)（該信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)）的形式，調(diào)制可分為模擬調(diào)制 （ 或連續(xù)信號(hào) ） 和數(shù)字調(diào)制。第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 13 第 3 章