【正文】 的基本特征是：第一，帶寬有限，它取決于使用的頻率資源和信道的傳播特性 ； 第二，干擾和噪聲影響大，這主要是移動(dòng)通信工作的電磁環(huán)境所決定的；第三，存在著多徑衰弱 ； 針 對(duì)移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)，已調(diào)信號(hào)應(yīng)具有高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗干擾、抗衰弱的能力。它 意味著 已調(diào)信號(hào)頻譜的主瓣要窄，同時(shí)副瓣的幅度要低（即輻射到相鄰頻道的功率要小）。 高的抗干擾 和抗多徑性能要求在惡劣的信道環(huán)境下，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后的輸出信噪比 (S/N)較大或誤碼率較低。如采用恒定包絡(luò)調(diào)制，則可采用限頻器、低成本的非線性高效功率放大器件。此外，還必須考慮調(diào)制器和解調(diào)器本身的復(fù)雜性。 四進(jìn)制相移鍵控 QPSK QPSK 是英文 Quadrature Phase Shift Keying 的縮略語(yǔ)簡(jiǎn)稱，意為正交相移鍵控，是一種數(shù)字調(diào)制方式 [9]。它分為絕對(duì)相移和相對(duì)相移兩種。它具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于 無(wú)線 通信中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。 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。所以，一個(gè) QPSK 信號(hào)碼元可以表示為 ????(t) = Acos. kt ?? ?0 / k = 1,2,3,4 (31) 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。這就是說， QPSK信號(hào)碼元可以看作是兩個(gè)特定的 4ASK 信號(hào)碼元之和。 下面對(duì) QPSK的基本原理作進(jìn)一步分析。發(fā)送碼元序列在編碼時(shí)需要先將每?jī)蓚€(gè)比特分成一個(gè)雙比特組 ab。 然后用 4 種相位之一去表示每種排列 。 第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 15 表 31 QPSK 信號(hào)的編碼 a b k? a b k? 0 0 90176。 0 1 0176。 由此表和圖可以看出，采用格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個(gè)比特只有一位不同。表 31 和圖 31 中 QPSK 信號(hào)和格雷碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系不是唯一的，圖中的參考相位的位置也不是必須在橫軸位置上。所得結(jié)論仍然符合用格雷碼產(chǎn)生 QPSK 信號(hào)規(guī)則。在表 32 中給出了多位格雷碼的編碼方法。 3 位格雷碼可以用于 8PSK調(diào)制。依燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 此類推可以產(chǎn)生更多位的格雷碼。由此表可見，這樣構(gòu)成的相鄰碼組僅有 1b 差別。 表 32 格雷碼編碼規(guī)則 序號(hào) 格雷碼 二進(jìn)碼 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 1 0 0 1 0 3 0 0 1 0 0 0 1 1 4 0 1 1 0 0 1 0 0 5 0 1 1 1 0 1 0 1 6 0 1 0 1 0 1 1 0 7 0 1 0 0 0 1 1 1 8 1 1 0 0 1 0 0 0 9 1 1 0 1 1 0 0 1 10 1 1 1 1 1 0 1 0 11 1 1 1 0 1 0 1 1 12 1 0 1 0 1 1 0 0 13 1 0 1 1 1 1 0 1 14 1 0 0 1 1 1 1 0 15 1 0 0 0 1 1 1 1 T T 第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 17 a)波形和相位連續(xù) b)波形和相位不連續(xù) c)波形連續(xù)相位不連續(xù) 圖 32 碼元相位關(guān)系 然后，需要對(duì)碼元相位的概念著重給予說明。當(dāng)碼元中包含整數(shù)個(gè)載波周期時(shí)，初始相位相同的相鄰碼元的波形和瞬時(shí)相位才是連續(xù)的，如圖 32(a)所示。 或者波形連續(xù)而相位不連續(xù)，如圖 32(c)所示。第一種是用相乘電路，如圖 33所示。變成并行碼元 I(t)和 Q(t)后，其每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間是輸入碼元的 2 倍如圖 34 所示 [8]。相乘結(jié)果用虛線矢量示于圖 35中。這兩路信號(hào)在相加電路中相加得到輸出矢量 S(t)，每個(gè)矢量代表 2b， 如圖中實(shí)線矢量所示。 第二種產(chǎn)生方法是選擇法，其原理方框圖示于圖 36 中。候選的 4 個(gè)相位 θ θ θ3和 θ4仍然可以是圖 36 中的 4 個(gè)實(shí)線矢量，也可以是按 A 方式規(guī)定的 4 個(gè)相位。由于 QPSK 信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交 2PSK 信號(hào)的疊加，如圖 35 所示，所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的 2PSK 信號(hào)。 第 3章 數(shù)據(jù)的調(diào)制與解調(diào) 21 圖 37 QPSK 信號(hào)解調(diào)原理方框圖 發(fā)射機(jī)發(fā)射的已調(diào)信號(hào)經(jīng)過傳輸媒質(zhì)傳播到接收端，接收機(jī)接收到的已調(diào)信號(hào)為： ??????????(??) = ??(??)???????????? + ??(??)???????????? (34) I(t)、 Q(t)分別為同相和正交支路， ωc為 載波頻率，同相支路相乘可得： ????(??) = ??????????(??) ???????????? = ,??(??)???????????? +??(??)???????????? ???????????? = ??(??)??????2?????? + ??(??)???????????? 2 = ??(??）2 ? ??(??)??????2??????2 + ??(??)??????2?????? 2 (35) 正交支路相乘可 ????(??) = ??????????(??) ???????????? = ,??(??)???????????? +??(??)???????????? ???????????? = ??(??)???????????? ???????????? +??(??)??????2?????? = ??(??)??????2?????? 2 + ??(??）2 ? ??(??)??????2??????2 (36) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 經(jīng)過低通濾波器可得： ????(??) = ??(??)2 ， ????(??) = ??(??)2 (37) 八進(jìn)制相移鍵控 8PSK 8PSK 是英文 8 Phase Shift Keying 的縮略語(yǔ)簡(jiǎn)稱 ， 是一種相位調(diào)制算法。 8PSK 中的 PSK 表示使用移相鍵控方式，移相鍵控是調(diào)相的一種形式，用于表達(dá)一系列離散的狀態(tài)， 8PSK 對(duì)應(yīng) 8 種狀態(tài)的 PSK。因?yàn)?8PSK擁有 8 種狀態(tài)，所以 8PSK 每個(gè)符號(hào)可以編碼 3 個(gè)比特。 在數(shù)字信號(hào)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)。將其推廣到八進(jìn)制時(shí)， ? 可以取多個(gè)可能值。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(hào)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(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。因此，其帶寬和 8ASK信號(hào)的帶寬相同 [8]。它把輸入的二進(jìn)制信號(hào)序列經(jīng)過串并變換每次把一個(gè) 3位的碼組 （ 用 d3i， d3i+1， d3i+2來表示 ） 映射為一個(gè)符號(hào)的相位，因此符號(hào)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。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。 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。 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 。 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。 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。其中圖 43 是 發(fā)射部分調(diào)制前信號(hào)時(shí)域圖和頻域圖 ， 為了便于觀察故截取其中部分信號(hào)數(shù)據(jù)表示于圖中， 其中可以看出這是十個(gè)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(hào)時(shí)域圖和頻域圖 ，因?yàn)槭侵徊杉?I 路信號(hào)，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。 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(duì)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。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)是使用均勻分布產(chǎn)生的； (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)畫出已轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的信號(hào)的時(shí)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(gè)步長(zhǎng)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(duì)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(hào)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(duì)應(yīng)電平 ； (6)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，然后將兩路信號(hào)相加發(fā)射； (7)畫出經(jīng)過 8PSK 調(diào)制方式調(diào)制后的信號(hào)時(shí)域圖； (8)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； (9)將接收到的信號(hào)分為 兩 路信號(hào) 進(jìn)行解調(diào) ， 其中第一 路信號(hào)與 cosωt相乘， 第二路信號(hào) 信號(hào)與 sinωt相乘； (10)過低通整形濾波器，濾除無(wú)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(hào)判斷出還原的三路信號(hào) ； (12)并 /串轉(zhuǎn)換，將三路信號(hào)合為一路； (13)畫出解調(diào)后的時(shí)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(duì)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。 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