1 QPSK调制解调器的总体设计
1.1 设计任务与要求
1. 了解且掌握QPSK调制和解调的基本原理； 2. 在通信原理的基础上设计与分析通信系统；
3. 学习MATLAB知识，熟悉Simulink在MATLAB集成环境下的仿真平台； 4. 利用通信原理相关知识在仿真平台中设计QPSK调制与解调仿真系统并用
示波器观察解调后的波形；
5. 在指导老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，能正确的阐述和分析
设计和实验结果。
1.2 设计目的和意义
近年来，软件无线电作为解决通信体制兼容性问题的重要方法受到各方面的注意。它的中心思想是在通用的硬件平台上，用软件来实现各种功能，包括调制解调类型、数据格式、通信协议等。通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能，充分体现了体制的灵活性、可扩展性等。其中软件的增加、高频谱效率的调制解调模块是移动通信系统的关键技术，它的软件化也是实现软件无线电的重要环节。
通过完成设计内容，复习QPSK调制解调的基本原理，同时也要复习通信系统的主要组成部分，了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK的实现方法及数学原理。并对―通信‖这个概念有个整体的理解，学习数字调制中误码率测试的标准及计算方法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数，频域用功率谱密度来描述平稳随机过程的特性等基础知识，来理解高斯信道中噪声的表示方法，以便在编程中使用。
理解QPSK调制解调的基本原理，并使用MATLAB编程实现QPSK信号在高斯信道和瑞利衰落信道下传输，以及该方式的误码率测试。复习MATLAB编程的基础知识和编程的常用算法以及使用MATLAB仿真系统的注意事项，并锻炼自己的编程能力，通过编程完成QPSK调制解调系统的仿真，以及误码率测试，并得出响应波形。在完成要求任务的条件下，尝试优化程序。
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1.3 Matlab的简介
MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国Math Works公司出品 的商业数学软件。MATLAB 是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言(包括C，C++和FORTRAN)编写的程序。尽管MATLAB主要用于数值计算，但是因为大量的额外的工具箱它也适合于不领域的应用，如控制系统设计与分析、图像处理和信号处理和通信、金融建模和分析等。除了一个完整Simulink包，提供了一个可视化的开发环境，通常用于系统仿真、动态/嵌入式系统开发等。
1.4 Matlab下的simulink简介
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中只要通过简单的鼠标操作，就可以构造出复杂的系统。Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、效率高、贴近实际、等优点，基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件应用于Simulink。
1.5 Simulink的功能与特点 1.5.1 Simulink的功能
连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间的需求都可以使用工具Simulink进行建模，在这种仿真平台之中，不同的系统部分可以运用不同的速率，即不同部分可以使用不一样的采样速率Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI）以创建动态系统模型，这个过程只需要使用鼠标即可，操作简单方便。
大量产品扩展了Simulink多领域建模功能这是构架在Simulink基础之上的。
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Simulink是MATLAB中的一个仿真平台，它能够使用MATLAB中的各种的工具来进行各种所需的运算和仿真。
1.5.2 Simulink的特点
1. 以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理； 2. 丰富的可扩充的预定义模块库；
3. 提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成并且可以交互
式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图；
4. 使用Embedded MATLAB 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用
MATLAB算法；
5. 诊断设计的性能和异常行为的仿真结果观察方便。
1.6 通信系统的模型
通信的目的是传输信息，进行信息的时空转移。通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。实现通信的方式和手段很多，如手势、语言、旌旗、烽火台和击鼓传令，以及现代社会的电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等，这些都是消息传递的方式和信息交流的手段。伴随着人类的文明、不和科学技术的发展，电信技术也是以一日千里的速度飞速发展，如今，在自然科学领域涉及―通信‖这一术语时，一般指―电通信‖。广义来讲，光通信也属于电通信，因为光也是一种电磁波。
1.6.1 一般模型
通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者)，它的一般模型如图1.6.1所示。
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图 1.6.1 通信系统一般模型
1.信息源
信息源（简称信源）的作用是把各种消息转换成原始电信号。根据消息的种类不同，信源可分为模拟信源和数字信源。模拟信源输出连续的模拟信号，如话筒（声音—>音频符号）、摄像机（—>视频信号）；数字信源则输出离散的数字信号，如电传机（键盘字符—>数字信号）、计算机等各种数字终端。并且，模拟信源送出的信号经数字化处理后也可送出数字信号。
2.发送设备
发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号，即使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗信道干扰的能力，并且具有足够的功率以满足远距离传输的需要。因此，发送设备涵盖的内容很多，可能包含变换、放大、滤波、编码、调制等过程。对于 信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源多路传输系统，发送设备还包括多路复用器。
3.信道
信道是一种物理媒质，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。在无线信道中，信道可以是自由空间；在有线信道中，可以是明线、电缆和光纤。有线信道和无线信道均有多种物理煤质。信道既给信号以通路，也会对信号产生各种干扰和噪声。信道的固有特性及引入的干扰和噪声直接关系到通信的质量。
上图中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统及其他各处的噪声的集中表示。噪声通常是随机的，形式多样的，它的出现干扰了正常信号的传输。
4.接收设备
接收设备的功能是将信号放大和反变换（如译码、解调等），其目的是从收到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。对于多路复用信号，接收设备中还包括解除多路复用，实现正确分路的功能。此外，它还要尽可能减小在传输过程中噪声与干扰所带来的影响。
5.受信者
受信者（简称信箱）是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。
上图概括的描述了一个通信系统的组成。根据我们研究的对象以及所关注的问题不同，因而相应有不同形式的、更具体的通信模型。通常按照信道中传
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输的是模拟信号还是数字信号，相应的把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。
1.6.2 模拟通信模型
图 1.6.2 模拟通信系统模型
模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，其模型如图1.6.2所示，其中包含两种重要变换，第一种变换是，在发送端把连续消息变换成原始电信号，在接收端进行相反的变换，这种变换由信源和信宿完成，这里所说的原始电信号通常称为基带信号。有些信道可以直接传输基带信号，而以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传输这些信号，因此，模拟通信系统中常常需要进行第二种变换：把基带信号变换成适合在信道传输的信号，并在接收端进行反变换，完成这种变换和反变换的通常是调制器和解调器。除了上述两种变换，实际通信系统中可能还有滤波、放大、无线辐射等过程，上述两种变换其主要作用，而其他过程不会使信号发生质的变化，只是对信号进行放大和 改善信号特性等。
1.6.3 数字通信模型
目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速度已明显超过了模拟通信，其模型如图1.6.3-1，数字通信成为当代通信技术的主流，具有以下优点：
1. 抗干扰能力强（数字信号可多次再生，自动检错、纠错信道），可消除
噪声积累；
2. 差错可控，传输性能好。可采用信道编码技术使误码率降低，提高传输
的可靠性；
3. 便于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变
换、存储，从而形成智能网；
4. 便于集成化，从而使通信设备微型化；
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