基于systemview的qpsk全数字调制解调器的设计与实现.doc

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1、 摘要数字调制解调技术在数字通信中占有非常重要的地位。当前在移动通信、卫星通信以及航天的测量跟踪控制中，应用比较多的数字载波调制解调技术就是多进制相移键控。其中，四相相移键控具有一系列的优点，比如抗干扰能力强，在恒参信道下，QPSK调制技术与FSK、2PSK、ASK调制技术相比，不但抗干扰能力强，而且能更经济有效的利用频带，因此被广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。本文根据当今现代通信技术的发展，对QPSK信号的调制解调问题进行了分析。 文中研究了QPSK调制解调的原理，并用动态系统设计、仿真和分析软件systemview进行系统仿真，对各个模块参数进行了设置，而且

2、分析了仿真结果，并对载波相位变化的实现，串并转换的实现，中频数字下变频、载波同步、位同步等技术进行了详细的研究。通过仿真实验的实现，证明了该系统满足设计要求，能够完成其系统的仿真，并能通过眼图、误码率来验证系统的性能，同时也证明了本设计具有一定的参考价值。关键词：QPSKsystemview调制解调仿真 AbstractDigital modulation and demodulation technology in digital communication plays a very important role in this year. In the current ,the mobil

3、e communications, satellite communications and space measurement tracking control, application more digital carrier demodulation technology is the MPSK. QPSK with a series of advantages, such as strong anti interference, Fixed parameters in the channel cases, The modulation technology of QPSK compar

4、e with other modulation technology such as FSK 2PSK ASK ,It is not only strong anti-interference ability, and can be more economic and effective use of frequency band，So it is widely used in wireless communication, modern communication and become a kind of very important demodulation method.This pap

5、er according to the development of the modern communication technology, and analyzes the demodulation of the QPSK signal. This paper studies the principle of demodulation of the QPSK, by using dynamic system design, simulation and analysis the software Systemview for system simulation, Each module p

6、arameters are set up, and analyzes the simulation results, and we make a detailed study of the realization of the carrier phase change, and Realize the serial data and parallel data conversion , intermediate frequency digital frequency conversion, carrier synchronization, a synchronous technology.Th

7、rough the simulation test, the system to satisfy the design requirements ,can perform its system simulation, and through the eye chart, bit error rate to verify the performance of the system and this design proved to have the certain reference value.Key word:QPSKsystemviewModulation and Demodulation

8、 of the simulation目录第1章绪论11.1课题研究背景与现状11.2课题研究意义11.3调制解调技术概述21.4课题的主要研究工作3第2章QPSK调制解调原理及系统组成42.1QPSK调制解调原理及系统组成42.1.1二进制相移键控42.1.2四相相移键控42.1.3QPSK调制的方案52.1.4QPSK解调原理及方案72.2QPSK解调的中频数字下变频、载波同步、位同步102.2.1数字下变频102.2.2载波同步102.2.3位同步122.3其它QPSK简介15第3章基于SYSTEMVIEW的QPSK调制解调的仿真163.1QPSK中频调制模块的仿真163.2QPSK中频解

9、调模块的仿真183.2.1波形恢复子系统183.2.2并/串转换子系统19第4章仿真结果分析204.1QPSK调制解调系统的验证204.2眼图204.3QPSK系统的误码率23第5章QPSK的应用26第6章结论与展望28参考文献29致谢30附录31附录A外文资料31附录BSYSTEMVIEW软件的使用说明38I石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章绪论1.1课题研究背景与现状通信技术与计算机技术，数字信号处理技术三者的结合是现代通信技术的标志，它在融入数字信号处理技术和计算机技术后发生了巨大的变化。从广义上讲，通信是指使用不同的方法，通过任何传输介质将有效信息进行两个不同地方的传递，其实，通信就

10、是为了进行消息的交换及有效传递。作为这个领域中极为重要的一部分，数字调制解调技术得到了迅速发展。一方面，随着全数字调制解调专用集成电路的发展，发送与接受设备在通信传输中可以更加紧凑，从而降低成本和功耗，并且大大提高了设备的可靠性。另一方面，全数字调制解调技术的使用，有可能使各类现在调制解调技术融为一体。数字调制主要包括频移键控(FSK)、二进制相移键控(BPSK)、正交幅度调制(QAM)、正交相移键控(QPSK)。在这些调制方式中，四相相移键控(QPSK)信号由于抗干扰能力强、频带利用率高、在电路上实现比较简单并在目前卫星、微波和有线电视上行通信中得到广泛的应用。数字调制解调技术最初的发展是从

11、模拟信号的调制解调技术开始的，随着数字通信技术的快速发展，数字调制技术也得到了相应的发展以及广泛的应用。数字调制信号又称为键控信号，载波包含3个变量：频率、相位和振幅，而且二进制信号色状态只包含高、低电平两个逻辑量，所以，在调制的过程中，可以采用键控的方法，通过基带信号对载频信号上网3个变量进行调制，主要的方法包括：相移键控(PSK)、频移键控(FSK)和振幅键控(ASK)。目前国内外已经有一些关于全数字QPSK调制解调器方面的科研成果和专用芯片问世。国外的比如ST公司的ST550，ST5518；比利时的Newtec公司的NTC-2077/FT；OKI公司的MSM7582TS；美国休斯公司的B

12、CD4C-M500；美国HARRIS公司和德国赫斯曼公司也都有相关上网专用芯片。国内的如北京海尔集成电路设计有限公司研发制作，符合DVB-S标准的卫星信道编码器HQPSK-DVB。1.2课题研究意义QPSK是目前卫星、微波和有线电视上行通信中最常用的一种单载波调制方式，在电路上实现比较简单，频带利用率高，具有抗干扰能力强等优点。在移动通信、卫星通信、数字电视通信中的到了广泛的应用。1.3调制解调技术概述数字信号调制是用基带数字信号控制高频载波，把基带数字信号变换为频带数字信号的过程，数字信号的调制设备包括数字信号处理(编码)单元和调制单元。已调信号数字信号编码后数据数字化编码单元调制单元模拟信

13、号图1-1数字通信调制系统框图首先将模拟信号数字化，然而数字信号序列进行编码，码流是不能或不适合直接通过传输信道进行传输的，必须经过某种处理，使之变成适合在规定信道中传输的形式。在通信原理上，这种处理称为信道编码，一般包括扰码，R-S编码，卷积交织，卷积编码这几部分；有关调制单元的调制类型的分类：(1)按数据类型数字调制可分为二进制调制和多进制调制两种。(2)按已调信号的结构形式可分为线性调制和非线性调制两种。(3)按数字调制方式分为调幅、调频和调相三种基本形式。数字通信解调设备的构成如图1-2所示，主要包括解调单元、信码再生单元和译码单元。其中，载波同步和定时同步是解调器的2个核心单元，它们

14、直接决定着解调器的误码性能。图1-2数字通信解调系统框图在传统的数字通信系统中，接收机的解调单元都是用模拟处理方法和器件实现的。其中，共同之处在于使用了模拟滤波器、鉴相器(乘法器)和压控振荡器(VOC)。这种传统的模拟解调单元电路体积大、形式复杂，调试周期长而且受人为因素影响大：器件内部噪声大，易受环境影响，可靠性差，因此，这种传统的接收机不能完全发挥数字通信的优势，不能实现数字信号处理的最佳接收。解调单元的载波同步和定时同步将完全在数字部分完成，而模数转换器的位置决定了接收机的数字化程度。在全数字解调中，几乎所有的模拟解调单元和器件都可以对应地找到它的数字化形式，如数字滤波器(FM或FIR)

15、、全数字乘法器和数控振荡器（NCO）等。但全数字解调并不是简单的将模拟解调中的器件全部数字化，它具有以下的特点：(1)电路结构简单，易于调试；(2)可以使用复杂的算法，从而实现最佳的接收；(3)便于计算机辅助设计，实现电子设计自动化(EDA)；(4)易于集成和大规模生产，价格低廉。1.4课题的主要研究工作1、研究QPSK的基本原理；2、在此原理基础上来研究QPSK解调的中频数字下变频、载波同步和位同步；3、掌握systemview软件的使用方法，完成QPSK中频调制解调器各个模块基于systemview的仿真；4、解决调制器的安全性和可靠性问题，分析系统性能问题；5、对系统误码率和眼图分析，从

16、而判定系统的性能；6、探讨QPSK在实际生活中的应用。第2章QPSK调制解调原理及系统组成2.1QPSK调制解调原理及系统组成相移键控是目前扩频系统中大量使用的调制方式，也是和扩频技术结合最成熟的调制技术，原则上看是一种线性调制。从基带变换到中频以及射频，中间的频谱搬移和信号放大需要一个要求较高的线性信道，因而，设计要求较高。相移键控系统中，有待传输的基带数字脉冲控制着载波相位的变化，从而形成振幅与频率不变，而相位取离散值变化的己调波。QPSK调制器可以看成由两个2PSK调制器构成，输入的串行二进制序列经过串并转换后，分成两路速率减半的序列，然后经过极性转换后变成两路双极性二电平信号，和，然后

17、跟和相乘进行调制，相加后即得到QPSK信号。相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。2.1.1二进制相移键控对于二进制相移键控（2PSK）来说，通常用初始相位0和分别表示二进制“1”和“0”。 （2-1）式（2-1）中，是脉宽为的单个矩形脉冲，为二进制数字，2.1.2四相相移键控四相相移键控是利用载波四个不同的相位来表征数字信息的调制方式。QPSK信号可表示为： （2-2）式（2-2）中，是载波的角频率，是第n个码元的载波相位取值，是发送一码元的持续时间，它将取可能的四种相位之一，是发送码元的波形函数。是可以取区间(，)任何离散值的随机变量，可取的个数由调制方式的进制

18、来决定在QPSK调制系统中，发送端可取的相位值为四个。 将式（2-2）展开，得到： (2-3)令，则两者的取值是随机的离散值，和选定的相位有关，在星座图的映射中对应同相和正交分量，反映其在映射图中的矢量位置。对于四种相位的选择，存在体系和体系。体系对应，四个离散值。体系对应，四个离散值。从式(2-3)可以看出，四相调制的波形，可以看成是对两个正交载波进行二进制幅度调制信号之和。从和的取值，容易发现两者具有一定的矢量约束关系，保证两者合成的矢量点在落在同一圆周上。这个关系意味着，系统的非线形失真对QPSK系统的可靠性影响很小。在QPSK中，数字序列相继两个码元的4种组合对应4个不同相位的正弦载波

19、，即00、01、10、11分别对应，其中，T为比特周期。图2-1(a)是QPSK相位矢量图，图中I表示同相信号，Q表示正交信号。图2-1(b)是QPSK星座图，星座图中星座间的距离越大，信号的抗干扰能力就越强，接收端判决再生时就越不容易出现误码。星座间的最小距离表示调制方式的欧几里德距离，欧几里德距离d可表示为信号平均功率的函数。QPSK信号的欧几里德距离与平均功率的关系为。(a)QPSK相位矢量图 (b)QPSK星座图图2-1QPSK的矢量图和星座图2.1.3QPSK调制的方案(1)相位选择法。直接用数字基带信号选择具有所对应相位的载波信号产生QPSK信号的方法称为相位选择法。相位选择法使用

20、的载波是方波。实现框图如图2-2，其调制器由串并变换电路、相位选择电路、四相载波发生器和带通滤波器组成，加上码型变换器就可以实现QDPSK信号调制。图2-2QPSK相位选择法调制框图(2)直接调相法。直接调相法也称为正交调制法。图2-3是直接调相法产生QPSK信号的框图。它由串并变换电路、相乘器、移相器、载波发生器和相加器组成。而且在直接调相法的基础上增加差分编码器就可以产生QDPSK信号。直接调相法产生QDPSK信号的框图，采用了体系。按2位二进制数组进行输入，串并变换器将2位串行输入数掘转换为2位并行数据a、b，a、b码元宽度加倍并且在时间上同步。差分编码器将绝对码元a、b转换为相对码元然

21、后通过极性变换器转换为双极性码元，进入相乘器最后经过相加器得到QDPSK己调波信号1。图2-3QPSK直接调相法调制框图由图2-3可知，QPSK是由两路2PSK信号构成，且两路信号相互正交的，即相位差相差，两路2PSK信号相加，即得到QPSK信号。该调制是比较常用的QPSK调制方式。图2-4QDPSK直接调相法调制框图(3)插入脉冲法。通过在三级级联分频器中插入受控脉冲改变分频状态来实现载波相位变化，插入脉冲法的载波也采用方波。本文采用了直接调相法进行设计。2.1.4QPSK解调原理及方案QPSK信号的解调常用的有相干正交解调法和差分正交解调法两种：(1)相干正交解调法。由多相调制器工作原理可

22、知，QPSK信号可以看作是由两个正交2PSK信号合成得到的，相干正交解调法的原理是用两个正交的本地相干载波信号进行相干解调，其解调器框图如图2-5所示。相干正交解调法也称为极性比较法，其解调器由带通滤波器、相乘器、相干载波发生器、移相器、低通滤波器、抽样判决器和并串变换电路构成1。图2-5QPSK相干正交解调法原理框图图2-5中，QPSK调制信号先通过带通滤波器滤除带外干扰信号，分为三路，一路进入相干载发生器提取本地相干载波，另外两路输入到相乘器。相干载波发生器产生的相干载波路直接进入相乘器与QPSK调制信号相乘，另一路进入移相器进行了移相，产生与相干载波正交的载波信号，进入第二个相乘器与QP

23、SK调制信号相乘。两个相乘器输出的两路信号通过低通滤波器和抽样判决器得到两路信号，然后通过并串变换电路还原出二进制数字基带信号。相干解调中，正交路和同相路分别设置两个相关器(或匹配滤波器)，得到和，经电平判决和并串变换后即可恢复原始信息。当然，如果调制端是差分编码的，那么解调中并串变换后还需一个差分解码。假如已调信号为，、分别为同相路和正交路，为载波频率，那么相干解调后，同相路相乘可得 （2-4） 正交路为 （2-5） 经低通滤波器后，可得 （2-6）经过判决电路后，由式（2-6），不难得到如下所示结果（同相电路和正交电路是经过极性转换的，1对应于二进制数据1，-1对应于二进制数据0）当时，判

24、决后；当，时，判决后；时，判决后；时，判决后。相干正交解调法解调4PSK信号，由于在接收端也要恢复相干载波，因此存在相位模糊的问题，解决方法是采用多进制相对码来表示多进制数字基带信号，然后进行4PSK绝对移相调制得到4DPSK信号；在解调器对4DPSK信号进行相干解调和差分译码恢复出原始数字基带信号。(2)差分正交解调法。4DPSK信号可以使用差分检测法对两个正交的相干载波进行差分检测来实现解调，这种方法也称为相位比较器。4DPSK差分解调器原理框图如图2-6所示。调制器由带通滤波器、延迟器、移相器、低通滤波器、抽样判决器和并串变换器组成。图2-6QPSK差分解调法原理框图差分检测法解调QPS

25、K信号的原理是对输入的已调波信号进行延迟和移相产生两路相互正交的相干载波信号，然后分别于己调波信号相乘，之后通过低通滤波和抽样判决恢复出A、B信号，再进行并串变换电路得到二进制数字基带信号13。解调过程中涉及到信号的采样、数字下变频、载波同步、位同步等关键技术。 本文在设计过程中采用相干正交解调法进行设计。2.2QPSK解调的中频数字下变频、载波同步、位同步2.2.1数字下变频数字下变频DDC(Digital Down Converter)是随着数字信号处理技术的发展而出现的，目前大量使用在数字中频技术中，它的根本任务就是实现数字中频到基带信号的变换。数字下变频的组成与模拟下变频器类似，包括数

26、字混频器、数字控制振荡器(NCO)和低通滤波器(LPF)三部分组成。影响数字下变频器性能的主要因素有两个：一是表示数字本振、输入信号以及混频乘法运算的样本数值的 有限字长所引起的误差；二是数字本振相位分辨率不够而引起数字本振样本数值的近似取值。也就是说，数字混频器和数字本振的数据位数不够宽，存在尾数截断的情况；数字本振相位的样本值存在近似的情况。它主要涉及数振荡器NCO，抽取滤波器等技术。 在数字通信系统中，解调器的任务是恢复出传输来的原始数据系列。解调器的构成方案通常可以分为两类：同步解调和异步解调。两者的区别在于，同步解调需要一个相干同步的本地载波。一般地说，同步解调性能较为优良。但是，对

27、于抑制载波分量的调制信号来说，要从接收的信号中恢复出参考载波，必须进行相应的处理。 在数字通信中，除了载波同步外，还需要位同步。因为消息是一串连续的码元系列，解调时必须知道码元的起止时刻，即码同步。位同步可分为自同步和外同步两种。自同步是直接从接收的信号中提取位同步信息，而位同步是在发射端专门发射导频信号的。例如，在基带信号频谱的零点，插入所需的导频信号，在接收端，利用窄带滤波器，就可以从解调后的基带信号中提取所需的同步信息。插入导频也可以使数字信号的包络，随同步信号的某种波形而变化。在相移或频移键控时，在接收端只要进行包络检波就可得到同步信号。2.2.2载波同步载波同步电路又称载波恢复电路，

28、用来从接收信号中提取相干解调所需要的参考载波。这个参考载波要求与接收到的信号中的被调载波同频同相。接收端恢复相干载波的方法一般分为两类：一类是在发端，在发送数字信息流的同时发送载波或与它有关的导频信号，称为插入导频法；另一类是从接收的已调信号中提取出载波，称为直接法。载波同步系统的主要性能指标是高效率和高精度。所谓高效率是为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率2。插入导频法分为频域插入导频和时域插入导频。(1)频域插入导频图2-7插入导频法的发送端方框图代表数字信号，由于基带信号中存在直流分量和极低频成分。经调制后频谱将非常靠近载波，这样在载波处再加入载波导频将会受到干扰，使接收端提取纯净的载波

29、有困难。所以为了在载频位置插入导频，对发送的数字信号先进行变换，使其频谱中的直流和相邻的低频信号滤除或衰减，然后经低通滤波器加给环型调制器，由带通滤波器取出上、下边带送给加法器。同时送给加法器的还有载波移移90度后得到的。发送端必须正交插入导频，不能加入导频信号，否则接收端解调后会出现直流分量，这个直流分量无法用低通滤波器滤除，将对基带信号的提取产生影响。接收端提取载波的方框图如图2-8所示。接收端实际上收到的是经过信道失真和噪声干扰后的信号。接收信号中包含有导频的信号，用一窄带滤波器取出并移相90度得到，再用它去解调输入信号3。图2-8接收端提取载波的方框图(2)时域插入导频。时域插入导频法

30、的时间分配关系如图2-9所示。在每一帧的数据结构中，除了有一定位数的数字信息外，还要传送为同步信号、帧同步信号和载波同步信号。在接收端把载波标准提取出来，同本地振荡器进行比较。若二者相位不同，则产生误差电压。调整本地振荡信号的相位，使本振的信号和收到的载波同相。由于载波标准信号是断续的，因此调整也是断续的。用调整过的本地振荡信号作为载波去解调接收信号，接收端的方框如图2-10所示：图2-9传输数据的格式图2-10时域插入导频接收端载波提取2.2.3位同步位同步是数字通信系统中最基本的同步。在数字通信系统中，接收端解调后的信号必然是受到信道失真并混有噪声和干扰的数字波形。要将它还原成原始的基带信

31、号，首先需要对它进行采样判决。数字序列是按一定的速率一个码元一个码元的传送，接收端也应该按相同速率接收下来，这需要收发双方码元的速率相同，码元的长短也相同，采样判决时刻应该对准最佳采样判决点。所以位同步就是在接收端设法产生一个与发端发送来的码元速率相同且在时间上对准最佳判决点的定时脉冲序列。位同步系统的性能与载波同步系统类似，通常也是用相位误差、建立时间、保持时间、同步带宽等指标来衡量。相位误差主要是出于位同步脉冲的相位在跳变的调整引起的。同步建立时间是指在失去同步后重建同步所需要的最长时间。保持时间是指当同步建立后，一旦输入信号中断，收发双方仍能保持同步的最长时间。一般输入信号码元的重复频率

32、和接收端固有位定时的重复频率是不完全相等的，该频差会引起时间漂移，如果周期之差大于某一值，则锁相环将无法使接收端位同步脉冲的相位与输入信号的相位同步。能进行同步的最大频差称为同步带宽。位同步的方法可分为外同步法和自同步法两大类。外同步法就是发送端将位定时标准。传送位定时信息的方法可以采用单独信道，也可以和数字信号共同用一个信道。自同步法也叫直接法。发送端不专门向接收端传送位同步信号，接收端所需要的位同步信号从接收端收到的数字信息流中提取出来。自同步法中最简单的方法是滤波法和数字锁相法5。(1)外同步法外同步法提取位同步信号的具体方法很多，下面介绍其中两种：插入定时导频法和双重调制导频插入法。插

33、入位定时导频法为了得到码元同步的定时信息，首先要确定接收到的信息数据流中是否有位定时的频率分量。如果存在此分量，就可以利用滤波器从信息数据流中把位定时信息提取出来。若基带信号为随机的二进制不归零码序列，则这种信号本身不包含位同步信号，为了获得位同步信号，需在基带信号中插入位同步的导频信号，或者对该基带信号进行某种码型变换以得到位同步信息。插入位定时导频是在基带信号频谱处插入所需要的导频信号，如图2-11(a)为双极性全站空基带信号，插入导频的位置是f=1/T。图2-11(b)为信号经相关编码后，基带信号功率谱的第一个零点在f=1/2T，插入导频也应该在1/2T处4。S(f)S(f)ff 1/T

34、 1/2T (a) (b)图2-11功率普密度(a) 双极性非归零码；(b) 相关编码图2-12为插入位定时导频接受图。图2-12插入定位时导频接受方框图用插入导频法提取位同步信号要注意消除或减弱定时导频对原基带信号的影响。窄带滤波器从输入的基带信号中提取导频信号后，经过移相，一路经过定时形成电路，形成位同步信号。另一路经倒相与输入信号相加，经调整使相加的两个导频幅度相同，相位相反。那么相加器输出的基带信号就消除了导频信号的影响，这样经抽样判决电路就可恢复出原始的数字信息。图2-12中的移相电路是为了纠正窄带滤波器引起导频相移而设的2。双重调制导频插入法插入导频法的另一种形式是使数字信号的包络

35、根据位同步信号的某些波形进行变化。例如PSK信号和FSK信号都是包络不变的等幅波。因此，可将导频信号调制在它们的包络上，接收端只要用普通的包络检波器就可恢复导频信号作为位同步信号。(2)自同步法这一类方法是发送端不用专门发送位同步导频信号，而接收端可以直接从接收到的数字信号中提取位同步信号。自同步法的接收端位同步提取电路，一般由两部分组成；第一部分是非线形变换处理电路，其作用是使接受信号或解调后的数字基带信号经过非线性变换处理后含有位同步频率分量或位同步信息；第二部分是窄带滤波器或锁相环路，其作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。微分整流法图2-13微分整流法原理框图当非归零的脉

36、冲序列通过微分和全波整流后，就可得到尖顶脉冲的归零码序列，它含有离散的位同步分量。然后用窄带滤波器（或锁相环）滤除连续波和噪声干扰，取出纯净稳定的位同步频率分量，经脉冲形成电路产生位同步脉冲。包络检波法图2-14所示为该方法原理框图。对于PSK信号，其包络是不变的等幅波，它具有极宽的频带宽度。因此，经过频带有限的信道传输后，会使PSK信号在码元取值变化的时刻产生幅度“平滑陷落”。这对传输的PSK信号是一种失真，但它正好发生在码元取值变化或PSK信号相位变化的时刻，所以它必然含有位同步信息。在解调直流分量后，即可得到归零的脉冲序列，其中含有位同步信息，通过窄带滤波器（或锁相环），然后经脉冲整形，

37、就可得到位同步信号5。2-14包络解波法原理框图2.3其它QPSK简介以上研究的QPSK调制方式，当基带信号经过脉冲成形时(如升余弦滚降信号)，QPSK信号将失去恒包络的性质，当发生幅度为的相移时(每个符号间的两位都改变)，将会导致信号包络瞬间过零点。任何一种在过零点的硬限幅或非线性放大，都将由于信号在低电压时的失真而在传输过程中带来已被滤除的旁瓣，这显然是并不希望的。为了防止旁瓣再生和频谱扩展，必须使用效率较低的线性放大器放大QPSK信号。因而，产生了一种改进型的QPSK信号OQPSK，即交错或参差QPSK。它的原理是让两路信号和错开，让在任意时刻只有两个比特中的一个改变它的值，这样符号间的

38、相移都只限制在+90度到-90度，消除了180度相位跳变带来的负面影响。因为180度相位跳变消除了，所以OQPSK信号的带限不会导致信号包络经过零点。带限处理会造成一定程度的码间串扰，特别是在90度相位点。但是，包络的变化小多了，因此对OQPSK的硬限幅或非线性放大不会再生出像在QPSK中那么多的高频旁瓣7。第3章基于systemview的QPSK调制解调的仿真3.1QPSK中频调制模块的仿真在仔细地研究了QPSK信号的数学表达式形式的基础上，通过仿真软件对QPSK进行仿真。利用systemview软件仿真平台及其强大的信号分析工具可以创建、仿真多种通信系统。利用systemview软件的鲜明

39、直观，分析能力强大的特点，给出QPSK通信系统的定性的分析和仿真波形。systemview仿真软件搭建QPSK调制与解调仿真电路如图3-1所示：图3-1QPSK调制模块框图图3-1中Token39为串并转换子系统，其输入基带信号是二进制不归零双极性码元，他被“串/并变化”电路变成两路码元，变成两路码元后，其每个码元的持续时间是输入码元的2倍。串/并转换主要是把二进制不归零序列分成奇偶两路，每路的码元宽度由t扩展为2t，其中奇数路数据经过一个t延时进入信道，对载波进行二相调制(2PSK)，偶数数据进入信道，对载波进行二相调制，两个2PSK信号相加就可以得到QPSK信号。图3-2串/并转换子系统Q

40、PSK调制过程波形如图3-3所示。(a)(b)(c)图3-3QPSK 调制过程波形(a)原信号；(b)上支路信号波形；(c)下支路信号波形图3-4为QPSK调制信号波形图。图3-4QPSK调制信号波形3.2QPSK中频解调模块的仿真图3-5QPSK解调模块框图3.2.1波形恢复子系统上下两个支路分别与一个幅值为0的抽样信号进行比较，当信号幅值大于0时，输出电平为1的信号；当信号幅值小于0时，输出电平为-1的信号，经过该过程即可恢复原上下两支路信号。图3-6波形恢复子系统3.2.2并/串转换子系统奇、偶两支路信号经过抽样判决后，偶支路信号在经过一个延时器与奇支路信号保持同步，两路信号在经过一个相

41、加器，即可恢复出原输入信号。图3-7并/串转换子系统(a)(b)(c)图3-8解调过程波形图(a) QPSK调制信号波形；(b) QPSK信号经低通滤波器后的波形；(c) 解调后的波形第4章仿真结果分析4.1QPSK调制解调系统的验证图4-1原信号与解调后的信号的对比由图4-1可知，原信号和调制解调信号除发生延时外，基本保持一致，验证了调制解调仿真框图的正确性。4.2眼图评价基带传输性能的一个简单的方法就是眼图。眼图就是利用实验手段方便的估计和改善(通过调整)系统性能时在示波器上观察到的一种图形。由于存在码间串扰和噪声，此时波形已失真，示波器的扫描迹线就不能完全重合，于是形成的眼图线迹杂乱，并

42、且线迹比较模糊。由眼图可以定性的反映码间串扰和噪声大小，眼图是由各段码元叠加而形成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，“眼”张开的大，反之如果码间串扰严重，“眼”张开的小了；而且当存在噪声时，眼图的线迹变得比较模糊的带状的线，噪声越大，线条越粗，越模糊，此时“眼睛”张开的越小。因此，“眼”张开的大小表示失真的程度，可以用来指示接受滤波器的调整，以减少码间串扰，改善系统性能。在进行实际的实验时，使水平扫描周期与码元同步，即可得到“眼图”。二进制码时，一个周期可以观察一个“眼图”，三码元有两个“眼睛”。N元码有N-

43、1个“眼睛”。图4-2眼图模型由图4-2眼图模型可以获得一下信息：(1)最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻。(2)定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率。斜率越大，对定位时误差越敏感。(3)图4-2的阴影区的垂直高度表示抽样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度。(4)图4-2中央的横轴位置对应于判决门限电平。(5)抽样时刻时，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限，若噪声瞬时值超过它就可能发生判错。(6)图4-2中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接受波形零点位置的变化范围，即通过零点畸变，它对于信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统有很大的影响10。图4-3眼图系统模型图4-4信道有干扰时的眼图图4-

44、5信道无干扰时的眼图对比图4-4和图4-5可知，无干扰时眼睛张开的幅度比有干扰时明显增大。通过分析可知：(1)眼图张开的宽度决定了接受波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。(2)眼图斜边的斜率表示系统对定时抖动的灵敏度。(3)眼图左(右)角阴影部分的水平宽度表示信号零点的变化范围。(4)在抽样时刻，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量。(5)在抽样时刻上、下两阴影区间隔的一半是最小噪声容限，噪声瞬间值超过它就有可能发生错误判断。(6)横轴对应判决门限电平。图4-6QPSK调制信号眼图由图4-6可知，系统在无噪声干扰下可以形成比较清晰的仿真眼图，从而可以判定该系统的正确性，符合设计要求。4.3

45、QPSK系统的误码率误码率(BER：Bit Error Ratio)是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即误码率=错误码元数/传输总码元数。如果有误码就有误码率。误码的产生是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压，致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码(比如传送的信号是1，而接收到的是0；反之亦然)。误码率是最常用的数据通信传输质量指标。它表示数字系统传输质量的式是“在多少位数据中出现一位差错”1213。在QPSK体制中，由其矢量图4-7可以看出，错误判决是由于信号矢量的相位因噪声而发生偏离造成的。例如，设发送矢量的相位为45，它代表基带信号码元“11”，若因噪声的影响使接收矢量的相位变成135，则将错判为“01”。当不同发送矢量以等概率出现时，合理的判决门限应该设定在和相邻矢量等距离的位置。在图中对于矢量“11”来说，判决门限应该设在0和90。当发送“11”时，接收信号矢量的相位若超出这一范围（图中阴影区），则将发生错判。01110010