(完整word版)BPSK和QPSK調(diào)制解調(diào)原理及MATLAB程序

1、2.1 PSK 調(diào)制方式PSK 原理介紹(以 2-PSK 為例)移相鍵控(PSK)又稱為數(shù)字相位調(diào)制，二進(jìn)制移相鍵控記作 2PSK 絕對(duì)相移 是利用載波的相位(指初相)直接表示數(shù)字信號(hào)的相移方式。二進(jìn)制相移鍵控中，通常用相位 0 和n來(lái)分別表示“ 0”或“ T。2PSK 已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為s2psk(t)=s(t)coscoct, 2PSK 移相鍵控中的基帶信號(hào)與頻移鍵控和幅度鍵控是有區(qū)別的，頻移鍵控和幅度鍵控為單極性非歸零矩形脈沖序列，移相鍵控為為雙 極性數(shù)字基帶信號(hào)，就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生 2ASK 信號(hào)的方法比較，只是對(duì) s(t)要求不同，因此 2PSK 信號(hào)可以看作是雙極性基帶信

2、號(hào)作用下的DSB 調(diào)幅信號(hào)。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化 時(shí)，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的 0。和 180 分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的 1 和 0。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為e2PSh(t)=ang(t-nTs)coswctn其中，an 與 2ASK 和 2FSK 時(shí)的不同，在 2PSK 調(diào)制中，an 應(yīng)選擇雙極性。嚴(yán) 1,發(fā)送概率為 Pan= Y2,發(fā)送概率為 1-P若 g(t)是脈寬為 Ts,高度為 1 的矩形脈沖時(shí)，則有廠cosoct,發(fā)送概率為 Pe2pst) = V-coLoct,發(fā)送概率為 1-P由上式(6.

3、2-28)可看出， 當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 1 時(shí)， 已調(diào)信號(hào) e2PSK(t)取 0 相位，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 0 時(shí)，e2PSK(t)取 180相位。若用 n 表示第 n 個(gè)符號(hào) 的絕對(duì)相位，則有廠 0 , 發(fā)送 1 符號(hào) n= Y180 匚 , 發(fā)送 0 符號(hào)由于在 2PSK 信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著 180的相位模糊，所以 2PSK 信 號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的“倒n”現(xiàn)象， 從而使得 2PSK 方式在實(shí)際中很少采用為了解決 2PSK 信號(hào)解調(diào)過(guò)程的反向工作問(wèn)題，提出了二進(jìn)制差分相位鍵控(2DPSK),這里不再詳述。2-PSK 調(diào)制解調(diào)二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的調(diào)制原理：如圖 9 所示。其中圖(a)是

4、采用模擬調(diào)制 的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)。解調(diào)器原理：如圖 10 所示。2PSK 信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)，在相干解調(diào)過(guò)程中需要用到與接收的 2PSK 信號(hào)同頻同相的相干載波。雙極性不歸零(a)模擬調(diào)制產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)開(kāi)關(guān)電路(b)數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生 2PSK 信號(hào)圖 9 2PSK 信號(hào)的調(diào)制原理圖圖 11 2PSK 信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形就鍵控法來(lái)說(shuō)，用數(shù)字基帶信號(hào) S(t)控制開(kāi)關(guān)電路，選擇不同相位的載波 輸出,這時(shí) s(t)為單極性 NRZ 或雙極性 NRZ 脈沖序列信號(hào)均可。當(dāng)基帶信號(hào)為 0 時(shí)候，連通開(kāi)關(guān) 0,產(chǎn)生無(wú)差別的

5、載波，當(dāng)所發(fā)出的信號(hào)為 1 時(shí)，既連通開(kāi)關(guān)n改 變載波的相位。在移相鍵控中還有一種差分移相鍵，他和普通的移相鍵控區(qū)別在 與,差分移相鍵只有在當(dāng)前傳輸?shù)拇a元和上次傳輸?shù)拇a元產(chǎn)生差別時(shí)才會(huì)產(chǎn)生相 位的變化。移相鍵控相對(duì)與幅度鍵控和移頻鍵控有著更好的抗干擾性，也更適合于在信道中傳輸。QPSK 調(diào)制QPSKS 號(hào)可以看作兩個(gè)載波正交 2PSK 信號(hào)的合成。用調(diào)相法產(chǎn)生 QPSK 調(diào)制器框圖如圖 12 所示， QPSK 勺調(diào)制器可以看作是由 兩個(gè) BPSK 調(diào)制器構(gòu)成，輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)過(guò)串并變換，變成兩路速 率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性的二電平信號(hào)I (t )和 Q( t),然后對(duì)

6、cosAt3和 sinAtw進(jìn)行調(diào)制，相加后即可得到 QPSK 言號(hào)QPSK 解調(diào)QPSK 信號(hào)的解調(diào)原理如圖 3-5 的方框圖所示。解調(diào)是從已調(diào)信號(hào)中提 取信號(hào)的過(guò)程，在某種意義上解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程。由于 QPSK 信號(hào)可以 看作是兩正交2PSK 信號(hào)的疊加，故用兩路正交的相干載波去解調(diào)，這樣能 夠很容易地分離出這兩路正交的 2PSK 信號(hào)。 相干解調(diào)后的兩路并行碼元 a 和 b 經(jīng)過(guò)“并/串”轉(zhuǎn)換后成為串行數(shù)據(jù)輸出。二進(jìn)制信息圖 3-5 QPSK 信號(hào)解調(diào)原理方框圖BPSK 調(diào)制解調(diào)程序%構(gòu)造載波，產(chǎn)生 8 個(gè)碼元，生成已調(diào)信號(hào)%a=randsrc(1,8,0:1);%產(chǎn)生 8 個(gè)隨機(jī)的二

7、進(jìn)制數(shù)l=linspace(0,2*pi,50);%利用 linspace 函數(shù)創(chuàng)建數(shù)組,2pi 長(zhǎng)度取點(diǎn) 50 個(gè)模擬一個(gè)碼元f=sin(2*l);%生成載波t=linspace(0,10*pi,400);% 定義時(shí)軸 length 為 10pi,取點(diǎn) 400 個(gè)，代表 8 個(gè)碼元的總?cè)狱c(diǎn)數(shù)out=1:400;%規(guī)定已調(diào)信號(hào) len gthb=1:400;%規(guī)定基帶信號(hào) lengthw=1:400;% 規(guī)定載波 length%生成 PSK 信號(hào)%for i=1:8if a(i)=0for j=1:50out(j+50*(i-1)=f(j); %若碼元為 0 則將載波輸出endelsefor

8、 j=1:50out(j+50*(i-1)=-f(j); %若碼元為 1 則將載波反相輸出endendend%輸出載波和基帶信號(hào)%for i=1:8for j=1:50b(j+50*(i-1)=a(i); %b 作為調(diào)制信號(hào)輸出w(j+50*(i-1)=f(j); %w 作為載波輸出s=(-1).*s;subplot(336);plot(t,s);% 畫(huà)出信號(hào)通過(guò)該相乘器的波形xlabel(t); ylabel( 幅度 );title( 通過(guò)相乘器后波形axis(0 10*pi -1 1);grid on;%信號(hào)通過(guò) LPF%Fs=400;t=(1:400)*10*pi/Fs;b,a=elli

9、p(4,0.1,40,10*2/Fs);sf=filter(b,a,s);subplot(337);plot(t,sf);xlabel(t); ylabel( 幅度 );title( 通過(guò) LPF 后的波形 ); axis(0 10*pi -1 1);grid on;%抽樣判決 %b=0.26;%設(shè)置判決門(mén)限for i=1:8for j=1:50if sf(j+50*(i-1)bsf(j+50*(i-1)=1;elsesf(j+50*(i-1)=0;% 若 sf=-1 & t(i)=5& t(i)=0 & t1(i)=4& t1(i)=8);x2(i)=1;el

10、se x2(i)=-1;endend f=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f);y1=conv(x1,xrc)/5.5;y2=conv(x2,xrc)/5.5;n0=randn(size(t2);f1=1; i=x1.*cos(2*pi*f1*t);q=x2.*sin(2*pi*f1*t1);I=i(101:800);Q=q(1:700);QPSK=sqrt(1/2).*I+sqrt(1/2).*Q; QPSK_n=(sqrt(1/2).*I+sqrt(1/2).*Q)+n0;n1=randn(size(t2); i_rc=y1.*cos(2*pi*f1*t3);q_rc

11、=y2.*sin(2*pi*f1*t4);I_rc=i_rc(101:800);Q_rc=q_rc(1:700); QPSK_rc=(sqrt(1/2).*I_rc+sqrt(1/2).*Q_rc);QPSK_rc_n1=QPSK_rc+n1;figure(1) subplot(4,1,1);plot(t3,i_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel(a 序列 );subplot(4,1,2);plot(t4,q_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel(b 序列 ); subplot(4,1,3);plot(t2,QPSK_rc);axis(-1 8-1 1);yl

12、abel( 合成序列 ); subplot(4,1,4);plot(t2,QPSK_rc_n1);axis(-1 8 -1 1);ylabel( 加入噪聲 );(2)解調(diào)% 設(shè)定 T=1, 不加噪聲clear allclose all% 調(diào)制bit_in = randint(1e3, 1, 0 1);bit_I = bit_in(1:2:1e3);bit_Q = bit_in(2:2:1e3);data_I = -2*bit_I+1; data_Q = -2*bit_Q+1;data_I1=repmat(data_I,20,1);data_Q1=repmat(data_Q,20,1);for

13、i=1:1e4data_I2(i)=data_I1(i); data_Q2(i)=data_Q1(i);end;t=0:0.1:1e3-0.1;f=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f);data_I2_rc=conv(data_I2,xrc)/5.5;data_Q2_rc=conv(data_Q2,xrc)/5.5;f1=1;t1=0:0.1:1e3+0.9;I_rc=data_I2_rc.*cos(2*pi*f1*t1);Q_rc=data_Q2_rc.*sin(2*pi*f1*t1);QPSK_rc=(sqrt(1/2).*I_rc+sqrt(1/2).*Q_rc);

14、% 解調(diào)I_demo=QPSK_rc.*cos(2*pi*f1*t1);Q_demo=QPSK_rc.*sin(2*pi*f1*t1);I_recover=conv(I_demo,xrc);Q_recover=conv(Q_demo,xrc);I=I_recover(11:10010);Q=Q_recover(11:10010);t2=0:0.05:1e3-0.05;t3=0:0.1:1e3-0.1;data_recover=;for i=1:20:10000data_recover=data_recover I(i:1:i+19) Q(i:1:i+19); end;ddd = -2*bit_in+1; ddd1=repmat(ddd,10,1);for i=1:1e4 ddd2(i)=ddd1(i);end figure(1)subplot(4,1,1);plot(t3,I