【正文】 行計算。圖56 QPSK信號的最佳接收框圖由于QPSK信號可看為同相及正交支路2PSK的疊加，所以在解調(diào)時可對兩路信號分別進(jìn)行2PSK的解調(diào)，然后進(jìn)行并串變換，得到所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。圖55表示在2PSK及QPSK的二進(jìn)制信息速率相同時，QPSK信號的平均功率譜密度的主瓣寬度是2PSK平均功率譜主瓣寬度的一半。 式(54) 式(55)假設(shè)QPSK與2PSK的信息速率及發(fā)送信號的平均功率均一致，則QPSK信號每個支路的2PSK信號的振幅為，符號間隔，QPSK的總功率譜是兩支路功率譜之和，于是，得到QPSK功率譜如式(55所示。 QPSK信號的平均功率譜密度由于QPSK信號時由兩正交載波的2PSK線性疊加而成，所以QPSK信號的平均功率譜密度是同相支路及正交支路2PSK信號平均功率譜密度的線性疊加。表51 QPSK信號載波相位與雙比特碼元的關(guān)系四進(jìn)制碼雙比特碼載波相位00 0（變換為+1，+1電平）11 0 （1，+1）21 1 （1，1）30 1 （+1，1）從表51看出，QPSK的載波相位與雙比特碼之間的關(guān)系正好符合格雷碼的相位邏輯，即相鄰四進(jìn)制符號所對應(yīng)的雙比特碼之間僅相差一個二進(jìn)制信號。k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14n +1 +1 1 +1 +1 1 +1 1 +1 +1 1 1 1 +12n +1 +1 1 1 +1 1 +12n1 +1 1 +1 +1 +1 1 1圖54 QPSK串并變換及I(t)、Q(t)波形圖從圖53及圖54看出，將二進(jìn)制序列進(jìn)行串并變換，其實質(zhì)是完成二進(jìn)制與四進(jìn)制符號的變換，稱并行支路所對應(yīng)的每一對比特及為雙比特碼元，其符號間隔為四進(jìn)制符號間隔（），每一組雙比特碼元與四進(jìn)制符號之一相對應(yīng)，而每個四進(jìn)制符號()又與QPSK信號的載波相位相對應(yīng)，稱QPSK的載波相位與它所攜帶的雙比特碼元之間的關(guān)系。將式(51寫成： 式(52)若為、則；。若，則為、此初始相位為的矢量圖示于圖52（b）。 四相移相鍵控（QPSK） QPSK信號的產(chǎn)生四相移相鍵控(QPSK)又名四進(jìn)制移相鍵控，該信號的正弦載波有4個可能的離散相位狀態(tài)，每個載波相位攜帶2個二進(jìn)制符號，其信號表示式為： 式(51)為四進(jìn)制符號間隔，為正弦載波的相位，有4種可能狀態(tài)。相移鍵控有很多方式，如PSK、DPSK、QPSK、OQPSK、pi/4DPSK等。當(dāng)調(diào)制信號為二進(jìn)制數(shù)字信號時，該調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制方式有三種：幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。但是，在一定的噪聲情況下，根據(jù)對載波的調(diào)制方法和解調(diào)方法的不同，誤碼率也不同。在傳輸脈沖時，傳輸系統(tǒng)會產(chǎn)生噪聲，如果其幅度為反極性并超過脈沖的幅度，則產(chǎn)生誤碼。調(diào)制不僅可以對被調(diào)制信號進(jìn)行頻譜搬移和擴(kuò)頻，而且對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有很大的影響。在實際通信中，不少信道都不能直接傳送基帶信號，必須用基帶信號對載波波形的某些參量進(jìn)行控制，即對基帶信號進(jìn)行調(diào)制。但在一個系統(tǒng)中，如果發(fā)端有調(diào)制/加密/編碼，則收端必須有解調(diào)/解密/譯碼。綜上所述，點對點的數(shù)字通信模型一般可用圖51表示。否則接收時消息的真正內(nèi)容將無法修復(fù)。第三，由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€接一個按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號，因而接收端必須有一個與發(fā)送相同的節(jié)拍，否則，就會因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。于是就需要在發(fā)送端增加一個編碼器，而在接收端相應(yīng)需要一個解碼器。數(shù)字通信中存在以下突出問題：第一，數(shù)字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。需指出，升余弦濾波器的嚴(yán)格限頻特性，是物理不可實現(xiàn)的，然而由于升余弦濾波器頻率特性的平滑性，使得有可能用物理可實現(xiàn)濾波器近似實現(xiàn)此頻率特性，所以在實際的頻帶數(shù)字通信系統(tǒng)中廣泛采用的升余弦濾波器。如：圖43 升余弦滾降頻譜及升余弦滾降波形圖43中，紅色線條是時的頻譜和波形，綠色是時的頻譜和波形，藍(lán)色是時的頻譜和波形。對于，允許的無碼間干擾傳輸?shù)淖畲蠓査俾?，其頻帶利用率為。升余弦濾波器的沖擊響應(yīng)表示式為： 式(42)設(shè)是標(biāo)稱值。一類常用的無碼間干擾基帶傳輸系統(tǒng)為升余弦滾降系統(tǒng)，即： 式(41)稱為滾降因子，取值為。如果白噪聲取值的概率分布服從高斯分布，則稱這樣的噪聲為高斯白噪聲。因此通常稱它為加性噪聲或者加性干擾。加性高斯白噪聲AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪聲與干擾模型。在實際數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字基帶傳輸在應(yīng)用上雖不如頻帶傳輸那么廣泛，但仍有相當(dāng)多的應(yīng)用范圍?；鶐诺肋m合于傳送脈沖波形。稱功率譜密度為低通型的數(shù)字信號為數(shù)字基帶信號。若此數(shù)字調(diào)制器是將數(shù)字序列映射為適合于基帶信道傳輸?shù)南鄳?yīng)的脈沖波形，則稱此數(shù)字調(diào)制器為數(shù)字脈沖調(diào)制器，也成此數(shù)字脈沖調(diào)制為基帶調(diào)制。二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制器是將二進(jìn)制符號“0”映射為信號波形，將二進(jìn)制符號“1”映射為信號波形。圖41 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)的組成框圖如圖41所示。信源編碼則是對信源輸出消息轉(zhuǎn)換成的電信號用盡量低速率的二進(jìn)制數(shù)字信號來表示，即對有剩余的消息進(jìn)行少剩余的有效編碼，又稱信源編碼器輸出的二進(jìn)制數(shù)字序列為信息序列。圖31給出的是通信系統(tǒng)的一般模型，下面將簡介數(shù)字基帶通信系統(tǒng)和數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)。信宿(也稱受信者或收終端)是將復(fù)原的原始電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，如電話機(jī)將對方傳來的電信號還原成了聲音。在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、翻譯、解碼等。信道是指信號傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的原始電信號(基帶信號)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘枴Ｋ^基帶信號是指沒有經(jīng)過調(diào)制(進(jìn)行頻譜搬移和變換)的原始電信號，其特點是信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。圖31中，信源(信息源，也稱發(fā)送端)的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始信號，如電話系統(tǒng)中電話可看成是信源。從表面上來看，通信就是將信息從發(fā)送端發(fā)送出去，從接收端獲取信息。而傳遞消息的方式可以有很多種，根據(jù)其發(fā)展的先后我們可以分為電報、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸以及發(fā)展到現(xiàn)在的可視電話等。圖31簡單的通信系統(tǒng)一般模型通信的目的是傳輸信息。在信息支撐技術(shù)、市場競爭和需求的共同作用下，移動通信技術(shù)的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，呈現(xiàn)出以下幾大趨勢：(1)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、分組化；(2)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)寬帶化；(3)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)智能化；(4)更高的頻段；(5)更有效利用頻率；(6)各種網(wǎng)絡(luò)趨于融合。在這種趨勢的引導(dǎo)下，移動通信業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，它滿足了人們在任何時間、任何地點與任何個人進(jìn)行通信的愿望。五、無線頻譜的處理已從窄帶模擬向窄帶CDMA發(fā)展。三、軟件的開發(fā)已從算法驅(qū)動到面向過程和面向目標(biāo)的趨勢發(fā)展。在上述現(xiàn)代移動通信關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了陸地蜂窩移動通信、衛(wèi)星通信以及無線因特網(wǎng)通信技術(shù)，這些通信方式使通信面貌發(fā)生了巨大的變化，采用數(shù)字技術(shù)的現(xiàn)代無線通信已經(jīng)滲入國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域和人們的日常生活，為此，我們需要關(guān)心它的發(fā)展趨勢，希望它朝著越來越方便人們的生活的方向發(fā)展，現(xiàn)在就讓我們來看看現(xiàn)代移動通信的未來發(fā)展趨勢吧。它用數(shù)字信號處理語言描述電信元件，以軟件程序下載成數(shù)字信號處理硬件。UWB也稱為脈沖無線電，調(diào)制采用脈沖寬度在納秒級的快速上升和下降脈沖，脈沖覆蓋的頻譜從直流至吉赫茲，不需常規(guī)窄帶調(diào)制所需的射頻上變換，脈沖成型后可直接送至天線發(fā)射。它用數(shù)字信號處理語言描述電信元件，以軟件程序下載成數(shù)字信號處理硬件。MIMO技術(shù)主要包括空間復(fù)用和空間分集技術(shù)，在獨立信道上并發(fā)或連發(fā)相同信息來提高傳輸可靠性。理論研究指出：在獨立瑞利散射信道中，數(shù)據(jù)速率與天線數(shù)成線性關(guān)系，容量可達(dá)Shannon的90%。就我所知現(xiàn)代的移動通信技術(shù)有以下幾方面的重要技術(shù)：無線高速數(shù)據(jù)傳輸不能一味僅靠頻譜的擴(kuò)展，應(yīng)在頻譜效率上至少高于目前一個數(shù)量級，可在物理層采用三項技術(shù)，即OFDM、UWB和空時調(diào)制編碼。為了適應(yīng)時代的要求，新的一代移動通信技術(shù)應(yīng)時而生，新的一代移動通信技術(shù)即人們稱之第三代的核心特征是寬帶尋址接入到固定網(wǎng)和眾多不同通信系統(tǒng)間的無隙縫漫游，獲取多媒體通信業(yè)務(wù)。在當(dāng)今高度信息化的社會，信息和通信已成為現(xiàn)代社會的“命脈”。此時, MATLAB可以看作是一個交互式的數(shù)學(xué)終端，簡單來說，一個功能強(qiáng)大的“計算器”。它支持包括邏輯（logic）、數(shù)值（numeric）、文本（text）、函數(shù)柄（function handle）和異質(zhì)數(shù)據(jù)容器（heterogeneous container）在內(nèi)的15種數(shù)據(jù)類型，每一種類型都定義為矩陣或陣列的形式（0維至任意高維）。此外，常有用戶在MATLAB Central：File Exchange發(fā)布自己編寫的MATLAB程序或工具箱，供他人自由下載使用。作為Simulink和其它所有Math Works產(chǎn)品的基礎(chǔ)，MATLAB可以通過附加的工具箱（Toolbox）進(jìn)行功能擴(kuò)展，每一個工具箱就是實現(xiàn)特定功能的函數(shù)的集合。（包括用戶界面） 在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。允許用戶編寫可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C++語言程序。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求?？捎糜诳茖W(xué)計算和工程繪圖。 MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++ 。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學(xué)運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C＋＋語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C＋＋語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。 MATLAB一個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。 MATLAB的優(yōu)勢 MATLAB由一系列工具組成。 盡管MATLAB主要用于數(shù)值運算，但利用為數(shù)眾多的附加工具箱（Toolbox）它也適合不同領(lǐng)域的應(yīng)用，例如控制系統(tǒng)設(shè)計與分析、圖像處理、信號處理與通訊、金融建模和分析等。MATLAB 是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境。通過使用MATLAB軟件利用M程序得到比較符合實際情況的高斯噪聲下QPSK傳輸?shù)恼`碼率曲線，QPSK和OQPSK信號經(jīng)過帶通后的波形和功率譜圖，理論分析其傳輸性能。復(fù)習(xí)MATLAB編程的基礎(chǔ)知識，編程的常用算法以及使用MATLAB仿真系統(tǒng)的注意事項，并鍛煉自己的編程能力，通過編程完成QPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真，以及誤碼率測試，并得出響應(yīng)波形。同時還要復(fù)習(xí)隨機(jī)信號中時域用自相關(guān)函數(shù)，頻域用功率譜密度來描述平穩(wěn)隨機(jī)過程的特性等基礎(chǔ)知識，來理解高斯信道中噪聲的表示方法，以便在編程中使用。我首先要復(fù)習(xí)頻帶傳輸調(diào)制解調(diào)的基本原理，同時也要復(fù)習(xí)通信系統(tǒng)的主要組成部分，了解調(diào)制解調(diào)方式中最基礎(chǔ)的方法及數(shù)學(xué)原理。目前，MATLAB已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究工程計算，仿真，自動控制等領(lǐng)域，是目前工程上流行最廣泛的科學(xué)語言。MATLAB是一種功能強(qiáng)大，效率高，交互性好的數(shù)值計算和可視化計算機(jī)高級語言，它將數(shù)值的分析，矩陣計算，信號處理和圖形顯示有機(jī)地融合為一體，形成了一個極其方便，用戶界面有好的操作環(huán)境。這樣做的話，需要浪費大量時間。我們在計算機(jī)嘗試仿真，在計算機(jī)上顯示不同系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行波形觀察、頻譜分析和性能分析等，為數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)設(shè)計和研究提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。因數(shù)字信號對載波參數(shù)的調(diào)制通常采用數(shù)字信號的離散值對載波進(jìn)行鍵控，故這三種數(shù)字調(diào)制方式被稱為幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。為使數(shù)字信號能在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字信號對載波進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制方式與模擬信號調(diào)制相類似。隨著通信事業(yè)的發(fā)展，特別是各種寬帶傳輸技術(shù)(例如光纖傳輸、數(shù)字微波等)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDH)的實用化，全數(shù)字化的通信方式必將逐步取代模擬通信方式而得到蓬勃發(fā)展。在電子各個領(lǐng)域，正日益廣泛地用數(shù)字