发布时间 : 星期四 文章基于MATLAB的数字频带通信系统的仿真 - 图文更新完毕开始阅读
北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）
图4-3中，红色线条是a?0时的频谱和波形，绿色是a?0.5时的频谱和波形，蓝色是a?1时的频谱和波形。
若a?0, x?t?的尾巴是随时间以1/t衰减，所以在实际采样时刻与最佳采样时
3刻存在偏差，即具有定时误差时，它在实际采样点所引起的码间干扰比a?0时的小。
需指出，升余弦滤波器的严格限频特性，是物理不可实现的，然而由于0?a?1升余弦滤波器频率特性的平滑性，使得有可能用物理可实现滤波器近似实现此频率特性，所以在实际的频带数字通信系统中广泛采用0?a?1的升余弦滤波器。
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5.数字信号的频带传输
5.1数字频带传输系统
数字通信的基本特征是，它的消息或信号具有“离散”或“数字”的特征，从而使数字通信具有许多特殊的问题。
数字通信中存在以下突出问题：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。这是通过所谓的差错控制编码来实现的。于是就需要在发送端增加一个编码器，而在接收端相应需要一个解码器。第二，当需要实现保密通信时，可对数字基带信号进行人为“扰乱”（加密），此时在接收端就必须进行解密。第三，由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号，因而接收端必须有一个与发送相同的节拍，否则，就会因收发步调不一致而造成混乱。另外，为了表述消息内容，基带信号都是按消息特征进行编组的，于是，在收发之间一组组的编码的规律也必须一致。否则接收时消息的真正内容将无法修复。在数字通信系统中，称节拍一致位“位同步”或“码元同步”，而称编组一致为“群同步”或“帧同步”，故数字通信中还必须有“同步”这个重要问题。
综上所述，点对点的数字通信模型一般可用图5-1表示。
图5-1数字频带通信系统模型
图5-1中调制器/解调器、加密器/解密器、编码器/译码器等环节，在具体通信系统中是否全部采用，这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中，如果发端有调制/加密/编码，则收端必须有解调/解密/译码。通常把有调制器/解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。
在实际通信中，不少信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，即对基带信号进行调制。调制即是按照调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程。调制不仅可以对被调制信号进行频谱搬移和扩频，而且对系统的传输有效性和传输可靠性有很大的影响。因此，调制方
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式往往决定了一个通信系统的性能。在传输脉冲时，传输系统会产生噪声，如果其幅度为反极性并超过脉冲的幅度，则产生误码。在以脉冲调制载波时，也有同样现象产生。但是，在一定的噪声情况下，根据对载波的调制方法和解调方法的不同，误码率也不同。一般，数字频带传输中，调制方式的选择往往是频带利用率、误比特率、Eb/No(或S/N)和设备实现复杂性等因素综合考虑的结果，必须根据具体使用条件进行比较才能做出判断。
数字调制方式有三种：幅度键控、频移键控和相移键控。它们分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号。当调制信号为二进制数字信号时，该调制称为二进制数字调制。而当调制信号为多进制数字信号时，则称为多进制数字调制。相移键控有很多方式，如PSK、DPSK、QPSK、OQPSK、pi/4-DPSK等。本设计重点对QPSK和OQPSK进行研究和仿真。
5.2 四相移相键控（QPSK）
5.2.1 QPSK信号的产生
四相移相键控(QPSK)又名四进制移相键控，该信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，其信号表示式为：
si(t)?Acos(?ct??i) i?1，2，3，4 0?t?Ts 式(5-1)
Ts为四进制符号间隔，?i(i?1,2,3,4)为正弦载波的相位，有4种可能状态。
若?i?(i?1)?/2，则?i为0、?/2、?、3?/2，此初始相位为0的QPSK的
矢量图于图5-2（a）。
若?i?(2i?1)?/4，则?i为?/4、3?/4、5?/4、7?/4，此初始相位为
?/4的矢量图示于图5-2（b）。
图5-2 QPSK信号矢量图
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下面，着重分析图5-2(a)的QPSK信号的产生及解调。将式(5-1写成：
si(t)?Acos(?ct??i)?A(cos?icos?ct?sin?isin?ct) 0?t?Ts 式(5-2) 若?i为?/4、3?/4、5?/4、7?/4，则cos?i??1/2；sin?i??1/2。于是， 式(5-2可写成：
si(t)?A/2[I(t)cos?ct?Q(t)sin?ct]；I(t)??1 Q(t)??1 0?t?Ts 式(5-3)
根据 式(5-3可得到图所示的正交调制框图：
图5-3产生QPSK信号的正交调制原理图
从图5-3看出，信息速率为Rb的二进制序列?ak?(取值为+1或-1)，串并变换后分成两路速率减半的二进制序列，得到基带信号波形I(t)及Q(t)，这两路码元在时间上是对齐的，称这两支路为同相支路及正交支路，将它们分别对正交载波cos?ct及
?sin?ct进行2PSK调制，再将这两支路的2PSK信号相加即可得到QPSK信号。 k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 n +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 -1 -1 -1 +1 2n +1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 2n-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1
图5-4 QPSK串并变换及I(t)、Q(t)波形图
从图5-3及图5-4看出，将二进制序列进行串并变换，其实质是完成二进制与四进制符号的变换，称并行支路所对应的每一对比特a2n及a2n?1为双比特码元，其符号间隔为四进制符号间隔（Ts?2Tb），每一组双比特码元与四进制符号之一相对
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