基于MATLAB的數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的仿真

1、北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設(shè)計(論文)題 目 基于MATLAB的數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)仿真學 號 學生姓名 通信工 專業(yè)名稱 通信工 所在系（院） 通信與信息工程 指導教師 通信工 2012年 6 月 1 日北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書姓名學號專業(yè)通信工程系（院）通信與信息工程設(shè)計（論文）題目基于MATLAB的數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)仿真題目分類 工程設(shè)計； 工程技術(shù)研究； 軟件工程（如CAI課題等）； 專題研究；藝術(shù)設(shè)計； 其他 題目來源 自然科學基金與部、省、市級以上科研課題； 企、事業(yè)單位委托課題； 院級課題； 自擬課題 其他 指導教師（指導教師組組長及成員姓名）職 稱工作單位備注程 韌教

2、授通信與信息工程系組長李 殷講師通信與信息工程系指導教師游 思 晴助教通信與信息工程系成員張 茹教授通信與信息工程系成員畢業(yè)設(shè)計(論文)的內(nèi)容和要求：注意：選題盡量與實際應用需求相結(jié)合。要求寫明本設(shè)計（論文）所涉及的分析方法或技術(shù)手段（如定性、定量分析的方法）；要求有獨立的見解，設(shè)計內(nèi)容要詳細寫明具體步驟和技術(shù)指標。數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)是把數(shù)字基帶信號經(jīng)過調(diào)制后送往信道傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由發(fā)送濾波器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、接收濾波器等部分構(gòu)成。研究數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)是研究數(shù)字通信的基礎(chǔ)，現(xiàn)代大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)都是頻帶通信系統(tǒng)。所以研究數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)并用軟件仿真，具有現(xiàn)實意義

3、。 本論文要求在分析數(shù)字頻帶傳輸基本原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計信道帶寬受限且具有高斯白噪聲的最佳數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)，理論分析其性能，并用程序仿真驗證分析結(jié)果。應完成的工作和提交材料要求（課題完成后應提交成果的種類、數(shù)量、質(zhì)量等方面的要求）： 開題報告：3000字左右； 論文的中文摘要：200-300字左右，包含關(guān)鍵詞，并譯成英文。英文摘要以250個左右實詞為宜； 論文正文不少于15000字； 盡量結(jié)合課題，翻譯1500漢字以上的有關(guān)技術(shù)資料或?qū)I(yè)文獻； 參考文獻中，主要的文獻應達到10篇以上，其中外文文獻在2篇以上。主要參考文獻（參考文獻不少于4篇，參考文獻目錄按GB/T77142005的要求填寫）：1

4、 樊昌信，詹道庸，徐炳祥，吳成柯通信原理M北京：國防工業(yè)出版社，1980：1712602 薛鵬騫電子與通信電路計算機仿真M北京：煤炭工業(yè)出版社，2003：1131443 鄧華MATLAB通信仿真及應用實例詳解M北京：人民郵電出版社，2003：991154 張謙通信系統(tǒng)中MATLAB基礎(chǔ)與仿真應用M西安：西安電子科技大學出版社，2010：85109畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃（從正式啟動時間開始，以周為單位填寫）：第1周-第2周 課題調(diào)研、查資料、撰寫開題報告。第3周 根據(jù)查詢的資料確定總體設(shè)計思路，完成開題報告并上交。第4周-第7周 畢業(yè)設(shè)計單元部分研究,并設(shè)計出整體框架。第8周 完成論文中期檢查

5、報告。第9周-第15周 資料整理，撰寫畢業(yè)論文；上交畢業(yè)設(shè)計論文，指導教師審查評閱設(shè)計報告，業(yè)設(shè)計答辯資格審查。畢業(yè)設(shè)計答辯，學生修改畢業(yè)設(shè)計論文，準備答辯。第16周 進行畢設(shè)答辯。指導教師簽字： 日期： 年 月 日教學單位意見審核人簽字：系（院）（蓋章）年 月 日學院意見審核專家簽字：年 月 日備注1、由指導教師撰寫，可根據(jù)長度加頁，一式三份，教務(wù)處、系（院）各留存一份，發(fā)給學生一份，任務(wù)完成后附在論文內(nèi)；2、凡審核不通過的任務(wù)書，請重新申報。北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），題目基于MATLAB的數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)仿真是本人在指導教師的指導下，獨立

6、進行研究工作所取得的成果，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關(guān)責任。本人簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計（論文）使用權(quán)的說明本人完全了解北京郵電大學世紀學院有關(guān)保管、使用論文的規(guī)定，其中包括：學校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學位論文的原件與復印件；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其它復制手段復制并保存論文；學?？稍试S論文被查閱或借閱；學校可以學術(shù)交流為目的，復制贈送和交換學位論文；學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內(nèi)容。本人簽名：

7、日期： 指導教師簽名： 日期： 題目 基于MATLAB的數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)仿真 摘要本論文研究了數(shù)字頻帶傳輸?shù)男阅?。圍繞基本結(jié)構(gòu)發(fā)送濾波器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、接收濾波器等部分進行仿真。在分析數(shù)字頻帶傳輸基本原理的基礎(chǔ)上，從兩方面理論分析其傳輸系統(tǒng)的基本性能。第一個方面使用MATLAB中M語言完成QPSK的仿真，得出在加性高斯白噪聲的信道下，傳輸比特錯誤率，得出關(guān)系曲線，并將比特錯誤率與理論值相比較，分析其傳輸性能。第二個方面是通過仿真得到QPSK和OQPSK信號經(jīng)過帶通后的波形。對比兩個信號的功率譜密度圖，理論分析其傳輸性能。關(guān)鍵詞 仿真 MATLAB QPSK OQPSKTitle Bas

8、ed on the MATLAB Simulation of the Digital Band Communication System AbstractThis paper studies the performance of the digital band transmission. Focus on the basic structure of the transmit filter, the modulator, channel, demodulator, receiver filters and other parts of the simulation. On the basic

9、 principle of the digital band Communication to analysis performance of the transmission system.The first aspect of the use of MATLAB M language to complete QPSK simulation, Obtained in the additive white Gaussian noise channel, the transmission bit error rate, to draw the curve. Compared to the bit

10、 error rate with the theoretical value, analyze the transmission performance.The second aspect is the simulation waveform of QPSK and OQPSK signals after the band-pass. Contrast the two signals the power spectral density figure, the theoretical analysis the transmission properties. Power spectral de

11、nsity map comparison of the two signals, the theory to analyze the transmission performance.Keywords Simulation MATLAB QPSK OQPSK目錄1.前言11.1 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的簡介11.2 本論文的選題意義22.MATLAB簡介42.1 MATLAB的主要功能42.2 MATLAB的優(yōu)勢42.3 MATLAB工具箱62.4 MATLAB語言73.通信系統(tǒng)84.數(shù)字信號的基帶傳輸114.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)114.2加性高斯白噪聲AWGN124.3升余弦滾降系統(tǒng)125.數(shù)字信號

12、的頻帶傳輸155.1數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)155.2 四相移相鍵控（QPSK）165.2.1 QPSK信號的產(chǎn)生165.2.2 QPSK信號的平均功率譜密度185.2.3 QPSK信號的接收及其平均誤比特率195.2.4 程序仿真225.3 偏移四相移相鍵控（OQPSK）235.3.1 OQPSK調(diào)制245.3.2 OQPSK信號的最佳接收及誤比特率265.3.3 程序仿真276.結(jié)論28致謝29參考文獻30附錄311.前言在現(xiàn)代信息化的社會里，通信是很重要的，尤其是移動通信，它在現(xiàn)代化進程中起到的巨大作用是不容質(zhì)疑的。移動通信可以說從MG馬可尼（1987）所完成的無線通信實驗之日就產(chǎn)生了，當時的試

13、驗是在固定站與一艘拖船之間進行的，距離為18海里。移動通信的發(fā)展走過了一段很漫長的路程。通信信號處理方式也從模擬向數(shù)字通信轉(zhuǎn)變。同時通信系統(tǒng)已經(jīng)由單一的硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)向與軟件的結(jié)合。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，信號處理方面硬件設(shè)計與專業(yè)軟件設(shè)計結(jié)合日趨緊密。比較優(yōu)秀而且得到廣大技術(shù)人員認可的有MTALAB。MATLAB是Matrix Labotratory(矩陣實驗室)的縮寫，最初由美國Cleve Moler博士在20世紀70年代末講授矩陣理論和數(shù)據(jù)分析等課程編寫的軟件包Linkpack與Eispack組成，旨在使應用人員免去大量重復的矩陣運算和基本數(shù)字運算等繁瑣的編程工作。MATLAB作為一種仿真平臺，

14、提供了強大的工程，設(shè)計者可以自己設(shè)計函數(shù)，同時也可以調(diào)用Toolbox里的函數(shù)調(diào)用。MATLAB等優(yōu)秀軟件使仿真技術(shù)得到很好的應用。通過對通信過程的仿真，我們就可以在低成本的條件下檢測某一個方案是否能夠?qū)崿F(xiàn)，是否有更好的方案可以代替原來的方案，這樣對通信的研究就站在了一個更高的起點，使通信技術(shù)的發(fā)展日新月異，近十年來手機的普及率的迅速提高就從側(cè)面反映移動通信技術(shù)的發(fā)展。移動通信中，數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，其中數(shù)字調(diào)制信號具有數(shù)字通信的諸多優(yōu)點，在數(shù)字移動通信中，廣泛使用它來傳送各種控制信息。1.1 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)的簡介人類的社會活動和發(fā)展是與信息及其傳遞通信密切相關(guān)的。當今世界已進入信息

15、時代。通信已深入到社會各個領(lǐng)域，對人類的生活和社會的發(fā)展更加具有特殊重要的意義，對于遠程通信來說，數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)的發(fā)展尤為重要。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與數(shù)字器件的廣泛使用數(shù)字信號處理在通信系統(tǒng)中的應用已經(jīng)越來越重要。數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。頻帶傳輸系統(tǒng)也叫數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)是一種利用調(diào)制器對傳輸信號進行頻率交換的傳輸方式，該系統(tǒng)對基帶信號進行調(diào)制，使其頻譜搬移到適合在信道(一般為帶通信道)上傳輸?shù)念l帶上。信號調(diào)制的目的是為了更好的適應信號傳輸通道的頻率特性，傳輸信號經(jīng)過調(diào)制處理也能克服基帶傳輸同頻帶過寬的缺點，提高線路的利用率，一舉兩得。研究數(shù)字頻帶通信系

16、統(tǒng)是研究數(shù)字通信的基礎(chǔ)，現(xiàn)代大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)都是頻帶通信系統(tǒng)。數(shù)字頻帶傳輸在應用上要比基帶傳輸更廣泛，應用范圍更大，如：衛(wèi)星通信、移動通信、光纖通信、均是在所規(guī)定信道頻帶內(nèi)傳輸頻帶信號。通信信號的調(diào)制識別成為研究熱點之一，國內(nèi)外都有相關(guān)方面的研究，并且取得很好的結(jié)果。80年代以來，通信和信號處理系統(tǒng)越來越復雜，各種新技術(shù)的發(fā)展對通信系統(tǒng)的實現(xiàn)起著重大的影響。通信系統(tǒng)復雜性的增加使得分析與設(shè)計所需的時間和費用也迅速上升，為了節(jié)約人力、物力、財力和時間，就需要進行系統(tǒng)仿真。近10年來，數(shù)字通信系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，尤其是人們對數(shù)字通信系統(tǒng)的需求，已超過現(xiàn)今技術(shù)所能支持數(shù)據(jù)速率幾個數(shù)量級，而可利用

17、的無線頻譜有限，只有使通信頻譜利用率得到顯著提高，才能滿足通信容量的要求。盡管通過增加發(fā)射功率和帶寬來提高系統(tǒng)輸出信噪比可以改善系統(tǒng)性能，但這與移動通信的發(fā)展目標相違背。一個使數(shù)據(jù)速率增長得以實現(xiàn)的重要技術(shù)突破就是研究數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)。過去，數(shù)字信號處理一直是用模擬設(shè)備完成，近代，數(shù)字計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展，為數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的處理提供了強有力的手段。在電子各個領(lǐng)域，正日益廣泛地用數(shù)字方法實現(xiàn)數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)。數(shù)字通信在其發(fā)展過程中表現(xiàn)出了強大的生命力，它沖破了傳統(tǒng)模擬通信方式的統(tǒng)治，逐步地發(fā)展、完善。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

18、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。數(shù)字調(diào)制傳輸在現(xiàn)在通信中發(fā)揮著越來越重要的作用。為使數(shù)字信號能在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字信號對載波進行調(diào)制，其調(diào)制方式與模擬信號調(diào)制相類似。根據(jù)數(shù)字信號控制波的參量不同也分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種方式。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）。基于頻帶系統(tǒng)仿真是通信電子類專業(yè)教學和科研經(jīng)常使用的一種方法。我們在計算機嘗試仿真，在計算機上顯示不同系統(tǒng)的工作原理進行波形觀察、頻譜分析和性能分析等，為數(shù)

19、字頻帶傳輸系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)設(shè)計和研究提供強有力的指導。1.2 本論文的選題意義當要測試一個傳輸系統(tǒng)的性能時，往往都是把它做出來，再對其進行測量計算。這樣做的話，需要浪費大量時間。而我們現(xiàn)在利用計算機，把需要設(shè)計的方案進行計算機仿真，模擬測試出來傳輸系統(tǒng)，最后計算出來和他相關(guān)的誤碼率，誤比特率等數(shù)據(jù)，得出這個傳輸系統(tǒng)性價比。MATLAB是一種功能強大，效率高，交互性好的數(shù)值計算和可視化計算機高級語言，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。隨著其自身版本的不斷提高，MATLAB得到了各個領(lǐng)域?qū)＜覍W者的廣泛關(guān)注，其強大的擴展功能可以

20、為各個領(lǐng)域的應用提供基礎(chǔ)。目前，MATLAB已廣泛應用于科學研究工程計算，仿真，自動控制等領(lǐng)域，是目前工程上流行最廣泛的科學語言。數(shù)字頻帶系統(tǒng)的應用廣泛，所以研究數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)并用軟件仿真，具有現(xiàn)實意義。我首先要復習頻帶傳輸調(diào)制解調(diào)的基本原理，同時也要復習通信系統(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)學原理。并對“通信”這個概念有個整體的理解，學習數(shù)字調(diào)制中誤碼率測試的標準及計算方法。同時還要復習隨機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。 在理解頻帶傳輸調(diào)制解調(diào)的基本原理后，使用MATLAB編

21、程實現(xiàn)頻帶信號在高斯信道下傳輸，以及該方式的誤碼率測試。復習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，并得出響應波形。本論文要針對數(shù)字頻帶傳輸?shù)男阅軄磉M行研究，在分析數(shù)字頻帶傳輸基本原理的基礎(chǔ)上，理論分析其傳輸系統(tǒng)的基本性能。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。2.MATLAB簡介MATLAB是Matrix Laboratory的縮寫，是一款由美國Ma

22、th Works公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件。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。除了矩陣運算、繪制函數(shù)/數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語言（包括C，C+和FORTRAN）編寫的程序。 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。2.1 MATLAB的主要功能可用于技術(shù)計算的高級語言；可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進行管理的開發(fā)環(huán)境；可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題的交互式工具；可用

23、于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等的數(shù)學函數(shù)；可用于可視化數(shù)據(jù)的二維和三維圖形函數(shù)；可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面的各種工具；可將基于 MATLAB 的算法與外部應用程序和語言（如 C、C+、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成的各種函數(shù)。2.2 MATLAB的優(yōu)勢1.友好的工作平臺和編程環(huán)境 MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。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。隨著MATLAB的商

24、業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。2.簡單易用的程序語言 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。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序（M文件）后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C

25、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)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。3.強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C+ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少

26、。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雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。4.出色的圖形處理功能 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，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了

27、很大的改進和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。5.應用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接

28、使用工具箱學習、應用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學研究和工程應用的諸多領(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。6.實用的程序接口和發(fā)布平臺 新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學庫和圖形庫，將自己的MATLAB程

29、序自動轉(zhuǎn)換為獨立于MATLAB運行的C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在Web應用中使用自己的MATLAB數(shù)學和圖形程序。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學科專業(yè)和應用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應用。7.應用軟件開發(fā)（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，有了更強大的圖

30、形標注和處理功能，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進行連接。2.3 MATLAB工具箱 MATLAB的一個重要特點是可擴展性。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）進行功能擴展，每一個工具箱就是實現(xiàn)特定功能的函數(shù)的集合。Math Works提供的工具箱分以下幾大類：數(shù)學和優(yōu)化；統(tǒng)計和數(shù)據(jù)分析；控制系統(tǒng)設(shè)計和分析；信號處理和通訊；圖像處理；測試和測量；金融建模和分析；應用程序部署；數(shù)據(jù)庫連接和報表；分布式計算；這些工具箱大多是用開放式的MATLAB語言寫成，用戶不但可以查看源代碼，還可

31、以可根據(jù)自己的需要進行修改以及創(chuàng)建自定義函數(shù)。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。2.4 MATLAB語言MATLAB語言是一種交互性的數(shù)學腳本語言，其語法與C/C+類似。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）。 執(zhí)行MATLAB代碼的最簡單方式是在MATLAB程序的命令窗口（Command

32、 Window）的提示符處輸入代碼，MATLAB會即時返回操作結(jié)果（如果有的話）。此時, MATLAB可以看作是一個交互式的數(shù)學終端，簡單來說，一個功能強大的“計算器”。MATLAB代碼同樣可以保存在一個以.m為后綴名的文本文件中，然后在命令窗口或其它函數(shù)中直接調(diào)用。3.通信系統(tǒng)在當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”。信息的交流主要依賴于計算機通信，而通信作為傳輸手段，與傳感技術(shù)、計算機技術(shù)相互融合，已成為21世紀國際社會和世界經(jīng)濟發(fā)展的強大動力。為了適應時代的要求，新的一代移動通信技術(shù)應時而生，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

33、通信系統(tǒng)間的無隙縫漫游，獲取多媒體通信業(yè)務(wù)。隨著時代的進步、科技的創(chuàng)新、人們的生活要求的提高，移動通信技術(shù)更新?lián)Q代速度相當驚人，差不多每隔十年移動通信技術(shù)就發(fā)生一次變革性換代，從上個世紀80年代的“大哥大”到現(xiàn)在的3G手機，其間發(fā)生了兩次移動通信技術(shù)的變革，從1G的AMPS過渡到2G的GSM，從GSM到IMT-2000（即3G技術(shù)）。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)：1.寬帶調(diào)制和多址技術(shù)無線高速數(shù)據(jù)傳輸不能一味僅靠頻譜的擴展，應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。OFDM與其他編碼方式的結(jié)合，靈活把OFDM與TDMA、

34、FDMA、CDMA、SDMA組合成多址技術(shù)。2.頻譜利用率提升技術(shù)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Shannon的90%。在發(fā)射和接收端以多天線開發(fā)信道空間可取得容量和頻譜效率的增益。MIMO技術(shù)主要包括空間復用和空間分集技術(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。3.軟件無線電技術(shù)軟件無線電技術(shù)是在硬件平臺上通過軟件編輯以一個終端實施不同系統(tǒng)中多種通信業(yè)務(wù)。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。以具有通用開放無線結(jié)構(gòu)，兼容多種模式在多種技術(shù)標準之間無縫切換。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

35、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。4.軟件無線電技術(shù)軟件無線電技術(shù)是在硬件平臺上通過軟件編輯以一個終端實施不同系統(tǒng)中多種通信業(yè)務(wù)。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。以具有通用開放無線結(jié)構(gòu)，兼容多種模式在多種技術(shù)標準之間無縫切換。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

36、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?，F(xiàn)代移動通信技術(shù)發(fā)展的七個新趨勢:一、移動管理已從終端管理向個人管理和智能管理發(fā)展二、網(wǎng)絡(luò)已從同步的數(shù)字電路向異步的數(shù)字分組和異步傳遞方式(ATM)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的趨勢發(fā)展;四、信息處理已從話音發(fā)展到數(shù)據(jù)和圖像;五、無線頻譜的處理已從窄帶模擬向窄帶CDMA發(fā)展;六、計算機已從集中式處理發(fā)展到分布式服務(wù)器和智能化處理;在這種趨勢的引導下，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行通信的愿望。移動通信是實現(xiàn)未來理想的個人通信服務(wù)的必由之路。在信息支撐技術(shù)、市場競爭和需求的共同

37、作用下，移動通信技術(shù)的發(fā)展更是突飛猛進，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。了解、掌握這些趨勢對移動通信運營商和設(shè)備制造商均具有重要的現(xiàn)實意義。圖3-1簡單的通信系統(tǒng)一般模型通信的目的是傳輸信息。消息具有不同的形式，例如：符號、文字、話音、音樂、數(shù)據(jù)、圖片、活動圖像等。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。而從廣義的角度看，廣播、電視、雷達、導航、遙測等也可以列入通信的范疇。從表面上來看，通信就是將信

38、息從發(fā)送端發(fā)送出去，從接收端獲取信息。但是，在通信模型構(gòu)造上還是非常復雜的，圖3-1是一個簡單的通信系統(tǒng)模型。圖3-1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。信源輸出的信號成為基帶信號。所謂基帶信號是指沒有經(jīng)過調(diào)制(進行頻譜搬移和變換)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。根據(jù)原始電信號的特征，基帶信號可分為數(shù)字基帶信號和模擬基帶信號，相應的，信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。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Ｗ儞Q方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移

39、的場合，調(diào)制是最常見的變換方式；對傳輸數(shù)字信號來說，發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。信道是指信號傳輸?shù)耐ǖ溃梢允怯芯€的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。圖中的噪聲源，是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集合。在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進行解調(diào)、翻譯、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中恢復出相應的原始信號來。信宿(也稱受信者或收終端)是將復原的原始電信號轉(zhuǎn)換成相應的消息，如電話機將對方傳來的電信號還原成了聲音。在理論上，如何建立通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)有哪些分類，下面將簡要介紹通信系統(tǒng)的相關(guān)知識點。圖3-1給出的是通信系統(tǒng)的一般模型，下面將簡介數(shù)

40、字基帶通信系統(tǒng)和數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)。4.數(shù)字信號的基帶傳輸4.1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)信源信源編碼器信道差錯控制編碼器數(shù)字調(diào)制器信道信宿信源譯碼器信道譯碼器數(shù)字解調(diào)器在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源是信息的來源，但信源輸出的是消息(或符號)，以消息(或符號)的形式來表達所要傳送的信息，一般，信源輸出消息由傳感器轉(zhuǎn)換為電信號。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制數(shù)字信號來表示，即對有剩余的消息進行少剩余的有效編碼，又稱信源編碼器輸出的二進制數(shù)字序列為信息序列。此信息序列經(jīng)過信道差錯控制編碼器在二進制信息序列中引入剩余度，以提高信息傳輸?shù)目煽啃?，然后將信道差錯控制編碼器輸出的二進制序列再通過

41、數(shù)字調(diào)制器，將二進制序列映射為相應的信號波形在通信信道中傳輸，而通信信道則是物理媒介，將信號波形從發(fā)端傳到收端，在收端進行反變換，從而將信息從信源送到信宿。圖4-1 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4-1所示。數(shù)字調(diào)制器有二進制及M禁止(M2)之分。二進制數(shù)字調(diào)制器是將二進制符號“0”映射為信號波形，將二進制符號“1”映射為信號波形。M進制數(shù)字調(diào)制器則是將每K個二進制符號映射為個不同信號波形。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拿}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。數(shù)字脈沖調(diào)制輸出信號波形的功率譜是低通型的，所占頻帶是從直流

42、或低頻開始，其帶寬是有限的。稱功率譜密度為低通型的數(shù)字信號為數(shù)字基帶信號。若通信信道的傳遞函數(shù)是低通型的，則稱此信道為基帶信道，又稱基帶信道為低通信道，如同軸電纜和雙絞線有線信道均屬基帶信道?；鶐诺肋m合于傳送脈沖波形。將數(shù)字基帶信號通過基帶信道傳輸，則稱此傳輸系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，如圖4-2所示：圖4-2 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型圖4-2中基帶信號形成器包括編碼器、加密器、以及波形變換等，接收濾波器亦可能包括譯碼器、解碼器等。在實際數(shù)字通信系統(tǒng)中，數(shù)字基帶傳輸在應用上雖不如頻帶傳輸那么廣泛，但仍有相當多的應用范圍。此外，重要的是數(shù)字基帶傳輸?shù)幕纠碚摬粌H適用于基帶傳輸，而且還適用于頻帶傳

43、輸，因此所有窄的帶通信號、線性帶通系統(tǒng)及線性帶通系統(tǒng)對帶通信號的響應均可用其等效低通信號、等效低通系統(tǒng)及等效低通系統(tǒng)對等效低通信號的響應來表示，因而頻帶傳輸系統(tǒng)可通過它的等效低通(或等效基帶)傳輸系統(tǒng)的理論分析及計算機仿真來研究它的性能，因而掌握數(shù)字基帶傳輸?shù)幕纠碚撌种匾?，它在?shù)字通信系統(tǒng)中具有普遍意義。4.2加性高斯白噪聲AWGN加性高斯白噪聲AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪聲與干擾模型。加性噪聲：疊加在信號上的一種噪聲，通常記為n(t)，而且無論有無信號，噪聲n(t)都是始終存在的。因此通常稱它為加性噪聲或者加性干擾。白噪聲：噪聲的功

44、率譜密度在所有的頻率上均為一常數(shù)，則稱這樣的噪聲為白噪聲。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。AWGN，在通信上指的是一種通道模型，此通道模型唯一的信號減損是來自于寬帶的線性加成或是穩(wěn)定譜密度（以每赫茲瓦特的帶寬表示）與高斯分布振幅的白噪聲。4.3升余弦滾降系統(tǒng)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(4-1)稱為滾降因子，取值為。在時，濾波器的帶寬為，稱為奈奎斯特帶寬；時，濾波器的截止頻率為；時，濾波器的截止頻率為。升余弦濾波器的沖擊響應表示式為： 式(4-2)設(shè)是標稱值。對于，它允許的無碼間干擾傳輸?shù)淖畲蠓査俾?，其頻帶利用率為。對于，允許的

45、無碼間干擾傳輸?shù)淖畲蠓査俾?，其頻帶利用率為。利用MATLAB畫出的升余弦滾降頻譜，并畫出其各自對應的時域波形。如：圖4-3 升余弦滾降頻譜及升余弦滾降波形圖4-3中，紅色線條是時的頻譜和波形，綠色是時的頻譜和波形，藍色是時的頻譜和波形。若, 的尾巴是隨時間以衰減，所以在實際采樣時刻與最佳采樣時刻存在偏差，即具有定時誤差時，它在實際采樣點所引起的碼間干擾比時的小。需指出，升余弦濾波器的嚴格限頻特性，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。5.數(shù)字信號的頻帶傳輸5.1數(shù)字頻帶傳輸

46、系統(tǒng)數(shù)字通信的基本特征是，它的消息或信號具有“離散”或“數(shù)字”的特征，從而使數(shù)字通信具有許多特殊的問題。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。這是通過所謂的差錯控制編碼來實現(xiàn)的。于是就需要在發(fā)送端增加一個編碼器，而在接收端相應需要一個解碼器。第二，當需要實現(xiàn)保密通信時，可對數(shù)字基帶信號進行人為“擾亂”（加密），此時在接收端就必須進行解密。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。另外，為了表述消息內(nèi)容，基帶信號都是按消息特征進行編組的，于是

47、，在收發(fā)之間一組組的編碼的規(guī)律也必須一致。否則接收時消息的真正內(nèi)容將無法修復。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，稱節(jié)拍一致位“位同步”或“碼元同步”，而稱編組一致為“群同步”或“幀同步”，故數(shù)字通信中還必須有“同步”這個重要問題。綜上所述，點對點的數(shù)字通信模型一般可用圖5-1表示。圖5-1數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)模型圖5-1中調(diào)制器/解調(diào)器、加密器/解密器、編碼器/譯碼器等環(huán)節(jié)，在具體通信系統(tǒng)中是否全部采用，這要取決于具體設(shè)計條件和要求。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。通常把有調(diào)制器/解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)。在實際通信中，不少信道都不能直接傳送基帶信號，

48、必須用基帶信號對載波波形的某些參量進行控制，即對基帶信號進行調(diào)制。調(diào)制即是按照調(diào)制信號（基帶信號）的變化規(guī)律去改變載波某些參數(shù)的過程。調(diào)制不僅可以對被調(diào)制信號進行頻譜搬移和擴頻，而且對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有很大的影響。因此，調(diào)制方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。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。在以脈沖調(diào)制載波時，也有同樣現(xiàn)象產(chǎn)生。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。一般，數(shù)字頻帶傳輸中，調(diào)制方式的選擇往往是頻帶利用率、誤比特率、(或S/N)和設(shè)備實現(xiàn)復雜性等因素綜合考慮的結(jié)果，必須根據(jù)具體使用條

49、件進行比較才能做出判斷。數(shù)字調(diào)制方式有三種：幅度鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。它們分別對應于用正弦波的幅度、頻率和相位來傳遞數(shù)字基帶信號。當調(diào)制信號為二進制數(shù)字信號時，該調(diào)制稱為二進制數(shù)字調(diào)制。而當調(diào)制信號為多進制數(shù)字信號時，則稱為多進制數(shù)字調(diào)制。相移鍵控有很多方式，如PSK、DPSK、QPSK、OQPSK、pi/4-DPSK等。本設(shè)計重點對QPSK和OQPSK進行研究和仿真。5.2 四相移相鍵控（QPSK）5.2.1 QPSK信號的產(chǎn)生四相移相鍵控(QPSK)又名四進制移相鍵控，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個二進制符號，其信號表示式為： 式(5-1)為四進制符號間

50、隔，為正弦載波的相位，有4種可能狀態(tài)。若，則為0、，此初始相位為0的QPSK的矢量圖于圖5-2（a）。若，則為、，此初始相位為的矢量圖示于圖5-2（b）。圖5-2 QPSK信號矢量圖下面，著重分析圖5-2(a)的QPSK信號的產(chǎn)生及解調(diào)。將式(5-1寫成： 式(5-2)若為、，則；。于是， 式(5-2可寫成：； 式(5-3)根據(jù) 式(5-3可得到圖所示的正交調(diào)制框圖：圖5-3產(chǎn)生QPSK信號的正交調(diào)制原理圖從圖5-3看出，信息速率為的二進制序列(取值為+1或-1)，串并變換后分成兩路速率減半的二進制序列，得到基帶信號波形I(t)及Q(t)，這兩路碼元在時間上是對齊的，稱這兩支路為同相支路及正交

51、支路，將它們分別對正交載波及進行2PSK調(diào)制，再將這兩支路的2PSK信號相加即可得到QPSK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 +12n-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1圖5-4 QPSK串并變換及I(t)、Q(t)波形圖從圖5-3及圖5-4看出，將二進制序列進行串并變換，其實質(zhì)是完成二進制與四進制符號的變換，稱并行支路所對應的每一對比特及為雙比特碼元，其符號間隔為四進制符號間隔（），每一組雙比特碼元與四進制符號之一相

52、對應，而每個四進制符號()又與QPSK信號的載波相位相對應，稱QPSK的載波相位與它所攜帶的雙比特碼元之間的關(guān)系。用上述正交調(diào)制法所產(chǎn)生的QPSK的相位邏輯關(guān)系克通過表5-1作進一步解釋。表5-1 QPSK信號載波相位與雙比特碼元的關(guān)系四進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5-1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，即相鄰四進制符號所對應的雙比特碼之間僅相差一個二進制信號。采用格雷碼的相位邏輯的優(yōu)點是：若QPSK信號在信道傳輸中受到加性噪聲干擾，在噪聲不太大時，接收到的

53、載波相位有可能接近相鄰的載波相位，在解調(diào)時，會發(fā)生錯判為相鄰四進制符號的現(xiàn)象，在從四進制符號譯為雙比特二進制碼時，若采用格雷碼邏輯關(guān)系，則在兩個比特符號中僅錯一個比特符號，這樣可減小誤比特率，所以希望QPSK的相位邏輯符合格雷編碼的關(guān)系。5.2.2 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。2PSK信號的平均功率譜密度公式如式(5-4所示。 式(5-4) 式(5-5)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

54、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(5-5所示。根據(jù)式(5-4及式(5-5，畫出了2PSK信號及QPSK信號的平均功率譜密度，如圖5-5所示。圖5-5表示在2PSK及QPSK的二進制信息速率相同時，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。圖5-5 在給定信息速率為條件下，2PSK及QPSK雙邊功率譜密度5.2.3 QPSK信號的接收及其平均誤比特率（1）在加性高斯白噪聲信道條件下QPSK最佳接收在加性高斯白噪聲干擾的信道條件下，利用匹配濾波器或相關(guān)解調(diào)器進行QPSK的解調(diào)，圖5-6為QPSK最佳接收框圖。圖5-6

55、 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行2PSK的解調(diào)，然后進行并串變換，得到所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。計算QPSK解調(diào)的誤比特率有兩種方法：一是先計算誤符率(平均錯判四進制信號的概率)，然后再根據(jù)誤符率計算從四進制符號譯為二進制符號的誤比特率；另一種計算方法是沿用2PSK匹配濾波器解調(diào)的誤比特率計算公式。下面，采用第二種方法來進行計算。在加性高斯白噪聲信道下，2PSK最佳接收的平均誤比特率為： 式(5-6)對于QPSK而言，在QPSK與2PSK的輸入二進制信息速率相同，二者的發(fā)送功率相同，加性噪聲的單邊功率譜密度相同的條件下，QPSK與2PSK的平均誤比特率是相同的。在給定二進制信息速率的條件下，QPSK的同相支路及正交支路的四進制