华北科技学院课程设计
的冗余有助于接收机译出期望的信息序列。
信道编码器输出的二进制序列送至数字调制器，它是通信信道的接口。因为在实际中遇到的几乎所有的通信信道都能够给传输电信号（波形），所以数字调制的主要目的是将二进制信息序列映射成信号波形。
通信信道是用来将发送机的信号发送给接收机的物理媒质。在无线传输中，信道可以是大气。另一方面，电话信道通常使用各种各样的物理媒质，包括有线线路、光缆和无线等。无论用什么物理媒质来传输信息，其基本特点是发送信号随机地受到各种可能机理的恶化。
在数字通信系统的接收端,数字解调器对受到信道恶化的发送波形进行处理,并将该波形还原成一个数的序列,该序列表示发送数据符号的估计值。这个数的序列被送至信道编码器,它根据信道编码器所用的关于码的知识及接收数据所含的冗余度重构初始的信息序列。
解调器和译码器工作性能好坏的一个度量是译码序列忠发生差错的频度。更准确地说,在译码器输出端的平均比特错误概率是解调器-译码器组合性能的一个量度。
作为最后一步,需要模拟输出时,信源译码器从信道译码器接收其输出序列,并根据所采用的信源编码方法的有关知识重构由信源发出的原始信号。由于信道译码的差错以及信源编码器可能引入失真,在信源译码器输出端的信号只是原始信源输出的一个近似。在原始信号与重构信号之间的信号差或信号差的函数就是数字通信系统引入失真的一个量度。
2.3 数字通信的特点
第 6 页 共 37 页
华北科技学院课程设计
与模拟系统相比,数字通信具有以下特点:
⑴ 数字通信与模拟通信相比具有明显的优点。它抗干扰能力强,无噪声积累。通信质量不受距离的影响,能适应各种通信业务的要求,便于采用大规模集成电路,便于实现保密通信和计算机管理。不足之处是占用的信道频带较宽。
⑵ 便于加密处理。
⑶ 采用时分复用实现多路通信。 ⑷ 设备便于集成化、小型化。 ⑸ 占用频带较宽。
三、正交相移键控(QPSK)系统及?4QDPSK概述
3.1 QPSK概述
QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语的简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息,是四进制移相键控。QPSK是在M=4时的调相技术,它规定了四种载波相位,分别为 45°,135°,225°,315°,调制器输入的数据是二进制数字序列,为了能和四进制的载波相位配合起来,则需要把二进制数据变换为四进制数据,这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合,即00,01,10,11,其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成,它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK中每次调制可传输2个信息比特,这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。 在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较
第 7 页 共 37 页
华北科技学院课程设计
强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。
3.2 ?4QDPSK概述
?4QDPSK是对QPSK信号的特性进行改进的一种调制方式，改进之一是将QPSK的最大相位跳变??降为正负?3?4,从而改善了?4QDPSK的频谱特性。改进之二是解调方式，QPSK只能用相干解调，而?4QDPSK既可以用相干解调也可以采用非相干解调。?4QDPSK已应用于美国的IS-136数字蜂窝系统、日本的（个人）数字蜂窝系统（PDC）和美国的个人接入通信系统（PACS）中。
四、QPSK的调制及解调原理
4.1 QPSK的调制
QPSK的调制有两种产生方法相乘电路法和选择法。 4.1.1 相乘法
输入信号是二进制不归零的双极性码元，它通过“串并变换”电路变成了两路码元。变成并行码元后，每个码元的持续时间是输入码元的两倍。用两路正交载波去调制并行码元。在QPSK调制中,QPSK信号可以看作两个载波正交的2PSK调制器构成。串/并变换器将输入的二进制序列分为速率减半的两个并行的双极性序列，然后分别对sinωt和cosωt调制，相加后得到QPSK调制信号，其调制过程如图4-1所示。
第 8 页 共 37 页
华北科技学院课程设计
图4-1 QPSK的调制原理图
4.1.2 选择法
输入基带信号经过串并变换后用于控制一个相位选择电路，按照当时的输入双比特ab，决定选择哪个相位的载波输出。原理图如图4-2所示。
a 串/并 变换 b 相位 选择 带通 滤波 ?1 ?2 ?3 ?4
4相载波产生器
图4-2选择法调制原理
4.1.3 QPSK的产生发案
此次仿真模块的搭建方法是使用相乘电路，首先串并变换电路变成两路码元，把二进制不归零双极性码，与载波相乘后，这两路信号在相加电路中相加后得到输出结果。由于QPSK信号可以看作是两个正交2PSK信号的叠加，所以用两路相干正交的相
第 9 页 共 37 页
华北科技学院课程设计
干载波去解调，可以很容易的分离这两路正交的2PSK信号。相干解调后的两路并行码元，经过变换后，成为串行数据输出。Quadrature Phase Shift Keying通过使用载波的四个各不相同的相位差来表示输入的信息，是具有四进制的相移键控。QPSK是在M=4时的数字的调相技术，它通过约定的四种载波相位，分别为45°，135°，225°，275°，输入数据为二进制的数字序列，因为载波相位是四进制的，所有我们需要把二进制的数据变为四进制的，即把二进制序列中每两个比特分成一组，四种排列组合，即00，01，10，11，双比特码元即为一组。每两位二进制信息比特构成每一组，它们分别表示着着四个符号中的某一个符号。Quadrature Phase Shift Keying中每次调制通过载波的相位差来传输所需要的信息。利用星座图和接收到的载波信号的相位来还原原先发送端发送的信息。把组成双比特码元的前一信息比特用a代表，后一信息比特用b代表。双比特码元中两个信息比特ab通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表2.3-1所示，矢量关系如图2.3-1所示。图（a）表示A方式时QPSK信号矢量图，图（b）表示B方式时QPSK信号的矢量图。由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在A方式中：45°、135°、225°、315°，则数据Ik、Qk通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±2/2；B方式中：0°、90°、180°、270°，则数据Ik、Qk通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。此处仿真设计选择的是B方式。
第 10 页 共 37 页