【正文】 a）系統(tǒng) (b) 系統(tǒng) QPSK星座圖 QPSK調(diào)制和解調(diào)方式 QPSK的調(diào)制和解調(diào)方式有多種，其中以正交調(diào)制方式和相干解調(diào)方式應(yīng)用最為普遍。QPSK正交調(diào)制器可以看成由兩個(gè)BPSK調(diào)制器構(gòu)成，輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號(hào)I(t)和Q(t)，然后對(duì)cosωct和sinωct進(jìn)行調(diào)制，相加后即得QPSK信號(hào)。 在大多數(shù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，各種載波鍵控信號(hào)幾乎都毫無例外的采用正交相干解調(diào)的方法，即用cosωct（同相參考載波）和sinωct（正交參考載波）分別和接收到的載波鍵控信號(hào)相乘（即進(jìn)行相干），得到同相和正交兩路基帶信號(hào)。 QPSK調(diào)制框圖 QPSK解調(diào)框圖 在已經(jīng)用MATLAB對(duì)PSK調(diào)制解調(diào)進(jìn)行仿真和研究之后，我掌握了查閱資料的方法也積累了一些心得。所以在理解了QPSK的調(diào)制解調(diào)原理之后，再著手用MATLAB對(duì)QPSK進(jìn)行仿真和研究，就顯得稍微輕松了一點(diǎn)，PSK仿真各部分的構(gòu)思和實(shí)踐，都能對(duì)QPSK的研究和仿真有借鑒作用。 二進(jìn)制基帶信號(hào)的產(chǎn)生方法在用MATLAB對(duì)PSK調(diào)制解調(diào)進(jìn)行研究和仿真時(shí)已經(jīng)深有體會(huì)了，現(xiàn)在面臨第一個(gè)需要解決的問題就串并變換。雖然經(jīng)過對(duì)PSK調(diào)制解調(diào)的仿真和研究，對(duì)MATLAB編程在通信系統(tǒng)中的仿真和應(yīng)用也有了一定的熟悉，但在串并變換的MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)的過程中，我還是很費(fèi)了一些周折。剛開始我考慮在編寫程序時(shí)，用十進(jìn)制的0、3分別對(duì)應(yīng)四進(jìn)制的00、011，當(dāng)基帶信號(hào)為不同的值時(shí)，用while和if語句使其分別與相差相位的載波相乘，進(jìn)行調(diào)制。這樣的調(diào)制方法能夠體現(xiàn)出四進(jìn)制00、011對(duì)應(yīng)載波相位的不同變化， QPSK調(diào)制波形圖，能夠用不同的波形體現(xiàn)出0、3的不同相位變化，但是沒有體現(xiàn)粗QPSK調(diào)制解調(diào)原理中的串并變換，并且進(jìn)行QPSK調(diào)制后，解調(diào)也發(fā)生了困難，難以編寫解調(diào)程序。后來我拿著源程序去向我的畢業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師梁老師咨詢，梁老師認(rèn)真的聽取了我的想法并解讀了我編寫的源程序后認(rèn)為，這樣雖然能夠體現(xiàn)0、3對(duì)應(yīng)的不同波形變化，但是和基本原理不符合，建議我另外選取編寫調(diào)制程序的方法，要求最好能嚴(yán)格按照QPSK的調(diào)制解調(diào)原理編寫源程序。聽取了畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師的意見和建議后，我認(rèn)為老師的意見和建議非常有道理，也非常合理。于是，我再次認(rèn)真看了幾遍QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理，在加深了對(duì)QPSK調(diào)制解調(diào)的基本原理理解之后，我開始嘗試按照它的基本調(diào)制解調(diào)原理編寫程序。首先面臨的一個(gè)問題就是串并變換，經(jīng)過反復(fù)的嘗試，最終找到一種比較簡(jiǎn)單易懂的MATLAB語句實(shí)現(xiàn)了串并變換。串并變化實(shí)現(xiàn)語句如下：bit_in = randint(1e3, 1, [0 1])。bit_I = bit_in(1:2:1e3)。bit_Q = bit_in(2:2:1e3)。data_in=2*bit_in+1。data_I = 2*bit_I+1。data_Q = 2*bit_Q+1。上述程序首先是用randint(1e3, 1, [0 1])隨機(jī)產(chǎn)生1000個(gè)離散的0、1基帶信號(hào)，即輸入比特bit_in，然后對(duì)bit_in進(jìn)行串并變換。由于隨機(jī)產(chǎn)生的是步長(zhǎng)為1的離散基帶信號(hào)，串并變換就是要把奇次波和偶次波分開。所以可以用奇次波bit_I = bit_in(1:2:1e3)，偶次波bit_Q = bit_in(2:2:1e3)來實(shí)現(xiàn)串并變換。bit_I從1開始，步長(zhǎng)為2，到1000結(jié)束，剛好能把基帶信號(hào)的所有奇次比特全部表示出來，而bit_Q從2開始，步長(zhǎng)為2，到1000結(jié)束，也剛好能把基帶信號(hào)的所有偶次比特全部表示出來。通過這三句語句就可以實(shí)現(xiàn)串并變換了。由于隨機(jī)產(chǎn)生的是0、1基帶信號(hào)，而我們希望QPSK的基帶信號(hào)最好能是雙極性的，所以data_in=2*bit_in+1就是實(shí)現(xiàn)把隨機(jī)產(chǎn)生的0、1基帶信號(hào)變換成隨機(jī)產(chǎn)生的+1信號(hào)。同樣，data_I = 2*bit_I+1和 data_Q = 2*bit_Q+1也是實(shí)現(xiàn)分別把I和Q支路的0、1信號(hào)變換成+1信號(hào)。由于用randint產(chǎn)生的是離散信源，如果用plot畫出來的波形，即plot(t,data_in)、plot(t,data_I)、plot(t,data_Q)；剛開始得到這個(gè)圖形時(shí)，把我嚇了一跳。怎么會(huì)是這種圖形呢，不是應(yīng)該是矩形波的嗎？我心理產(chǎn)生了一個(gè)大大的疑問，我甚至懷疑是不是方法除了問題。由于有了前面的經(jīng)驗(yàn)，我冷靜下來，仔細(xì)演算了我的程序，覺得它確實(shí)是應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)串并變換的，怎么會(huì)得出這么奇怪的波形呢。應(yīng)該是什么問題呢？我反復(fù)的看程序，同時(shí)反復(fù)的問自己，最后我確定我的仿真程序前面部分肯定是沒有問題的，問題只可能是出在畫圖指令plot上面。有了這個(gè)判斷之后，我開始查閱和MATLAB仿真研究相關(guān)的書籍，仔細(xì)閱讀研究有關(guān)plot的作用、用法及使用規(guī)則。通過認(rèn)真查閱資料和自己認(rèn)真的思考，我知道編程的錯(cuò)誤出在哪里了。Plot指令是用來畫平面線圖的，而randint(1e3, 1, [0 1])產(chǎn)生的是離散的信息，通過在網(wǎng)上查閱資料、和同學(xué)探討，覺得應(yīng)該用另一種畫圖方法來表示隨機(jī)產(chǎn)生的離散信息。通過查閱MATLAB軟件指令介紹的書籍，我了解到應(yīng)該用二維桿圖即stem指令來畫出它們的圖形。確定用二維桿圖來畫出它們的圖形后，我上機(jī)調(diào)試，把plot(t,data_in)、plot(t,data_I)、plot(t,data_Q)改成stem(t,data_in)、stem (t,data_I)、stem (t,data_Q), QPSK基帶源信號(hào)和串并變換后I、Q支路信號(hào) ，該程序已經(jīng)很好的實(shí)現(xiàn)的串并變換。攻克了串并邊換這個(gè)問題后，我信心更加充足了，馬上進(jìn)入I、Q支路載波調(diào)制的思考。在構(gòu)思I、Q支路載波調(diào)制的程序?qū)崿F(xiàn)的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題。那能不能把二維桿圖變成矩形波來顯示呢，又如何用MATLBA變成語言來實(shí)現(xiàn)呢，這些問題就出現(xiàn)在我的腦海中。我覺得為了便于QPSK調(diào)制解調(diào)經(jīng)過個(gè)步驟的波形變化，為了更通俗易懂的體現(xiàn)QPSK調(diào)制解調(diào)的整個(gè)過程，我覺的有必要把二維桿圖轉(zhuǎn)換成矩形波來顯示。于是我就決定先把載波調(diào)制放一放，先思考如何才能用MATLAB編程語言把二維桿圖轉(zhuǎn)換成矩形波來顯示。有了確定的想法后，馬上動(dòng)手去查閱資料，和同學(xué)討論，找指導(dǎo)老師答疑都是必要的，最重要的就是過后要把資料和想法匯總，上機(jī)調(diào)試，用實(shí)際的編程實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證自己的想法到底行不行得通。收集了足夠的信息后，我開始嘗試上機(jī)調(diào)試，經(jīng)過反復(fù)的上機(jī)調(diào)試，用MANLAB編程得到這個(gè)圖形后，我覺得不是很滿意，因?yàn)樵?1間跳變的時(shí)候有延時(shí)。我把我編寫的MANLAB程序拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師處，把這個(gè)波形畫給老師看了之后，老師也建議我想辦法改善這個(gè)波形，并且給了一些很好的意見和建議。后來經(jīng)過不斷嘗試、調(diào)試， QPSK基帶源信號(hào)和串并變換后I、Q支路的矩形波顯示得到這個(gè)波形之后，可以接著思考I、Q支路載波調(diào)制的MATLBA軟件程序?qū)崿F(xiàn)。我首先考慮的就是如何在I、Q支路載波中實(shí)現(xiàn)載波的90度相位差，在調(diào)試過程中，我發(fā)現(xiàn)cos函數(shù)和sin函數(shù)就剛好有90度的相位差。也就是說用cos函數(shù)乘以I支路信號(hào)，用sin函數(shù)乘以Q支路信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)，再用相加器把得到的I、Q支路載波調(diào)制后信號(hào)合成就可以得到QPSK已調(diào)信號(hào)了。 I、Q支路載波調(diào)制后信號(hào)及QPSK已調(diào)信號(hào) 用MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)QPSK調(diào)制之后，開始著手QPSK的解調(diào)程序?qū)崿F(xiàn)。從解調(diào)原理圖可以看出，要實(shí)現(xiàn)QPSK解調(diào)，首先要實(shí)現(xiàn)載波恢復(fù)，載波恢復(fù)后要進(jìn)行積分，然后進(jìn)行抽樣判決，再進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，就可以得到QPSK解調(diào)信號(hào)。 QPSK解調(diào)過程中各步驟的波形圖 QPSK信號(hào)的性能用MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)了QPSK的調(diào)制解調(diào)后，它的性能如何呢？和PSK比較起來有那些性能上的差異，又有那些優(yōu)缺點(diǎn)呢？下面開始對(duì)MATLAB軟件對(duì)QPSK的性能進(jìn)行研究和仿真。 QPSK信號(hào)和PSK信號(hào)的功率譜比較（1） 對(duì)于QPSK，有 （） ，g(t)為基帶波形，為碼元寬度，對(duì)應(yīng)有四種取值。S（t）還可以寫成 （） S（t）信號(hào)含有四種不同的值，與四進(jìn)制數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)。，等概率取值時(shí)，可以計(jì)算得到QPSK信號(hào)的功率譜為 （）式中，=1/=2，G（f）為基帶波形g(t)的傅立葉變換。對(duì)于矩形波基帶數(shù)字信號(hào)，設(shè)其幅度為S，碼元寬度為，則 （）因而，QPSK信號(hào)單邊功率譜為 （）（2） 對(duì)于PSK，它的功率譜密度可以表示為 （）由于PSK輸入的基帶信號(hào)為雙極性矩形基帶波形信號(hào)，故上式可表示為 （）若雙極性基帶波形信號(hào)的“1”與“0”出現(xiàn)概率相等（即P=1/2）， （）又因?yàn)間(t)的頻譜G（f）為 （） （）由以上分析可以看出，PSK的功率譜密度同樣由離散譜與連續(xù)譜兩部分組成，但當(dāng)雙極性基帶信號(hào)以相等的概率（P=1/2）出現(xiàn)時(shí)，將不存在離散譜部分。分析研究完QPSK與PSK的功率譜組成后，開始考慮怎么用MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)他們的功率譜波形，分析比較它們之間的差異以及優(yōu)缺點(diǎn)。QPSK與PSK的功率譜MATLAB軟件比較程序如下f=[0::150]。fc=10。A=1。Ts=1。%PSK功率譜密度x1=sin(pi.*(f+fc).*Ts)。x2=sin(pi.*(ffc).*Ts)。x3=x1./(pi.*(f+fc).*Ts)。x4=x2./(pi.*(ffc).*Ts)。x5=abs(x3).^2。x6=abs(x4).^2。x7=(Ts./4)*(x6+x5)。x8=10*log10(x7)。%QPSK功率譜密度y1=sin(2*pi.*(ffc).*Ts)。y2=y1./(2*pi.*(ffc).*Ts)。y3=y2.^2y4=A.^2.*Ts.*y3。y5=10*log10(y4)。plot(f,y5,f,x8,39。r39。)。axis([0,20,40,5])。xlabel(39。fc39。)。ylabel(39。功率譜密度(dB)39。)。legend(39。qpsk 的功率譜39。,39。psk 的功率譜39。)。 QPSK與PSK的功率譜剛剛調(diào)試成功畫出這個(gè)圖形的時(shí)候，我懷疑它是不是錯(cuò)誤的，因?yàn)闀旧厦娴墓β首V都是從0dB開始衰減的，而我的MATLAB軟件編程得到的QPSK功率譜是從0dB開始衰減的，可是PSK卻是從50dB開始衰減的。是不是我