现代移动通信中的调制技术研究(8)

紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如现在广泛使用的GSM移动通信体制就是使用GMSK调制方式。

QPSK是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中. 适合卫星广播。例如，数字卫星电视DVB2S 标准中，信道噪声门限低至4.5 dB，传输码率达到45M b/s，采用QPSK 调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。QPSK数字电视调制器采用了先进的数字信号处理技术，接收端可直接用数字卫星接收机进行接收。它不但能取得较高的频谱利用率，具有很强的抗干扰性和较高的性能价格比，而且和模拟FM微波设备也能很好的兼容。

OQPSK是QPSK的改进型。它与QPSK有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。因此，OQPSK信号相位只能跳变0°,±90°,不会出现180°的相位跳变。

OFDM信号是一种多频率的频分调制体制。它具有优良的抗多径衰落能力，和对信道变化的自适应能力。适用于衰落严重的无线信道中。在美国的IEEE802.11a/g和欧洲的ETSI的HiperLAN/2中，均采用OFDM技术。IEEE802.11a工作在5GHz频带，IEEE802.11g工作在2.4GHz频带，它们采用OFDM调制技术，速率可达54Mb/s。 HiperLAN/2物理层应用了OFDM和链路自适应技术，媒体接入控制（MAC）层采用面向连接、集中资源控制的TDMA/TDD方式和无线ATM技术，最高速率可达54Mb/s,实际应用最低也能保持在20Mb/s左右。

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第4章 数字调制系统的仿真和结果分析

4.1 数字调制系统的仿真分析

典型的数字通信系统由信源、编码解码、调制解调、信道及信宿等环节构成，数字调制统仿真框图如图3-1所示。数字调制系统的输入端是经编码器编码后适合在信道中传输的基带信号。对数字调制系统进行仿真时，我们并不关心基带信号的码型，因此，我们在仿真的时候可以给数字调制系统直接输入数字基带信号，不用在经过编码器。仿真软件MATLAB不仅提供了方便的图形界面仿真工具Simulink，而且为仿真提供了强大编程环境，它支持解释性语言的输入，编程实现简单，具有丰富的数学函数功能支持。MATLAB运行环境分成几个部分：桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件路径检索等，其中主要部分是命令窗口，它是MATLAB与用户之间交互式命令输入、输出的界面，用户从这个窗口输入的命令，经过MATLAB解释后执行，并且将执行结果显示在这个窗。

基带 信号 调制器 信 道 解调器 基带信号 噪声源 图4-1 数字调制系统仿真框图 在论文的第2章中，简单的介绍了几种简单的数字调制技术，比如ASK信号、FSK信号、PSK信号和DPSK信号等，这是最基本的数字调制技术，在现代移动通信中，我们已经不再使用这些调制技术，重点介绍了运用在现代移动通信中的新型调制技术，这些相对比较先进的调制技术都是有基础的数字调制技术发展和演进而来，了解其对我们深入研究新型调制技术十分重要，重点讲解了MSK信号，GMSK信号，QPSK信号，OQPSK等数字调制技术，由于时间有限，这里以MSK信号和QPSK信号为例，进行编程仿真，通过观察仿真图形，了解数字调制技术的信噪比、误码率、优缺点以及在实际中的应用。

4.2 MSK信号仿真

4.2.1 MSK信号仿真思路

在以MSK为模型进行编程时，我们按照图4-1所示的流程，结合第3章所介绍的MSK的调制解调原理框图（图3-3和3-4），进行程序汇编，先编程实现MSK信号的产生，然后让产

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生的MSK信号通过高斯白噪声信道，接着进行MSK信号的调制和解调，最后恢复MSK信号，并与输入的MSK信号进行对照。通过MATLAB进行程序的编译和调。源程序见附录[3]，仿真图形如图4-2所示。

图（a） MSK信号波形

图（b） 差分编码、同向、正交和数字信号波形

图（c）加噪声、经过带通和加入载波后的信号波形

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图（d） 经过带通和低通滤波器后的信号波形

图（e）加入载波及通过低通后的信号s11，s22

图（f） 调制和解调信号波形

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图（g）差分信号和恢复的MSK信号波形 图4-2 MSK信号的调制解调对比图形

4.2.2 MSK信号的仿真结果分析

MSK信号的表达式可以展开成两部分，一部分是同向分量，一部分是正交分量(公式2.8)，因此在仿真时首先产生的是同向分量和正交分量的波形，然后让同向分量和正交分量相互叠加而产生MSK信号（如图a），产生的MSK信号在经过差分编码之后，为了形成对照和便于理解，同样的将其的分解成两种分量，即同向差分分量和正交差分分量（如图b）。让经过差分编码的MSK信号通过白噪声干扰的信道，我们从图（c）可以看出MSK信号的轮廓变成了锯齿状，但是其波形形状并没有发生变化，由此说明MSK信号的抗噪声干扰能力比较强，图（d）和图（e）是给MSK信号的同向和正交分量分别乘以相应的载波，然后通过低通滤波器的波形对比。经过调制解调后再一次让其经过差分编码器，从而恢复出MSK信号（图f和g）。从上面一系列的MSK信号调制解调波形的变化过程中，我们可以看出MSK信号波形的振幅非常稳定，相移较小，这与MSK的定义是相符的。另外，解调后的时域波形和源信号相比，除了有几个码元的延迟外，其信号波形与源信号波形是一致的，这说明MSK调制性能很好。抗干扰能力强，误码率较小，从而证明了仿真的合理性和可行性。

4.3 QPSK信号仿真

4.3.1 QPSK信号的仿真思路

对QPSK进行编程仿真时，我们主要对其信号的输入，功率谱密度，信号的调制和解调以及误码率曲线为主进行编程，并且以QPSK为例，来比较仿真模型的性能和理论性能。通过观察图形来验证QPSK信号的性能以及仿真的可行性，仿真的源程序见附录[4]，仿真波形如图3-3所示。

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