BPSK和QPSK調(diào)制解調(diào)原理及MATLAB程序

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,二進制移相鍵控記作2PSK。絕對相移是 利用載波的相位(指初相)直接表示數(shù)字信號的相移方式。二進制相移鍵控中，通常用相位0和n來分別表示“ 0或“ 1。2PSK已調(diào)信號的時域表達式為 s2psk(t)=s(t)cos 3 ct, 2PSK移相鍵控中的基帶信號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，就模擬調(diào)制法而言，與產(chǎn)生2ASK信號的方法比較，只是對s(t)要求不同,因此2PSK信號可以看作是雙極性基帶信號作用下的DSB調(diào)幅信號。在二進制數(shù)

2、字調(diào)制中，當正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。通常用已調(diào)信號載波的0。和180 分 別表示二進制數(shù)字基帶信號的1和0。二進制移相鍵控信號的時域表達式為e2PSK (t) =an g(t-nT s ) coswtn其中,an與2ASK和2FSK時的不同，在2PSK調(diào)制中，an應(yīng)選擇雙極性若 g(t)1,an=是脈寬為Ts,高度為cos 3 ct,e2PSK (t)3 ct,發(fā)送概率為 P發(fā)送概率為1-P1的矩形脈沖時，則有發(fā)送概率為P發(fā)送概率為1-P由上式可看出，當發(fā)送二進制符號1時，已調(diào)信號e2PSK(t)取0。相位，發(fā)送二進制符號 0時，e2

3、PSK(t)取180。相位。若用$ n表示第n個符號的絕對相位，則有:0 , 發(fā)送1符號$ n= Y180 , 發(fā)送0符號由于在2PSK信號的載波恢復(fù)過程中存在著180。的相位模糊， 所以2PSK信 號的相干解調(diào)存在隨機的“倒 n”現(xiàn)象， 從而使得2PSK方式在實際中很少采用。為了解決2PSK信號解調(diào)過程的反向工作問題，提出了二進制差分相位鍵控(2DPSK)，這里不再詳述。2-PSK調(diào)制解調(diào)二進制移相鍵控信號的調(diào)制原理：如圖9所示。其中圖(a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生2PSK信號，圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2PSK信號。解調(diào)器原理：如圖10所示。2PSK信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)，在

4、相干解調(diào)過程中需要用到與接收的2PSK信號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信號開關(guān)電路(b)數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2PSK信號圖9 2PSK信號的調(diào)制原理圖圖10 2PSK信號的解調(diào)原理圖圖11 2PSK信號相干解調(diào)各點時間波形就鍵控法來說，用數(shù)字基帶信號S(t)控制開關(guān)電路，選擇不同相位的載波輸出 這時s(t)為單極性NRZ或雙極性NRZ脈沖序列信號均可。當基帶信號為0時候，連通開關(guān)0,產(chǎn)生無差別的載波，當所發(fā)出的信號為1時，既連通開關(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前傳輸?shù)拇a元和上次傳輸?shù)拇a元產(chǎn)生差別時

5、才會產(chǎn)生相位的變化。移相鍵控相對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QPSK信號可以看作兩個載波正交 2PSK信號的合成。用調(diào)相法產(chǎn)生QPSK調(diào)制器框圖如圖12所示，QPSK的調(diào)制器可以看作是由 兩個BPSK調(diào)制器構(gòu)成，輸入的串行二進制信息序列經(jīng)過串并變換，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I (t )和Q ( t)，然后對cosAt 3和sinAt 3進行調(diào)制，相加后即可得到QPSK信號二進制信息圖12 QPSK調(diào)制器框圖QPSK解調(diào)QPSK信號的解調(diào)原理如圖3-5的方框圖所示。解調(diào)是從已調(diào)信號中提取 信號的過程，在某種意義

6、上解調(diào)是調(diào)制的逆過程。由于QPSK信號可以看作是兩正交2PSK信號的疊加，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。相干解調(diào)后的兩路并行碼元b經(jīng)過“并/串”轉(zhuǎn)換后成為串行數(shù)據(jù)輸出。BPSK調(diào)制解調(diào)程序%構(gòu)造載波，產(chǎn)生8個碼元，生成已調(diào)信號 %產(chǎn)生8個隨機的二進制數(shù)利用linspace函數(shù)創(chuàng)建數(shù)組,2pi長度取點50個模擬一個碼元a=ra ndsrc(1,8,0:1);% l=li nspace(0,2*pi,50);% f=sin (2*l);% 生成載波t=li nspace(0,10*pi,400);%占數(shù)八、out=1:400;% 規(guī)定已調(diào)信號 b=1

7、:400;% 規(guī)定基帶信號 w=1:400;% 規(guī)定載波 length %生成PSK信號%for i=1:8定義時軸length為10pi,取點400個，代表8個碼元的總?cè)觢en gthlen gth若碼元為 0則將載波輸出若碼元為 1則將載波反相輸出if a(i)=0for j=1:50out(j+50*(i-1)=f(j); %endelsefor j=1:50out(j+50*(i-1)=-f(j); %endend end%輸出載波和基帶信號%for i=1:8for j=1:50w(j+50*(i-1)=f(j); %wend作為載波輸出endsubplot(3,3,1),plot

8、(t,b),axis(0 10*pi ), xlabel(t),ylabel( 基帶信號 );grid on;幅度),title(subplot(3,3,2),plot(t,w),axis(0 10*pi ), xlabel(t),ylabel( 載波 ); grid on;幅度),title(subplot(3,3,3),plot(t,out),axis(0 ),title(PSK 波形 );grid on; % 已調(diào)信號加入高斯白噪聲10*pi),xlabel(t),ylabel(幅度產(chǎn)生噪音并加入到已調(diào)信號out 中, 信噪noise=awgn(out,80,measured)比 80

9、subplot(334);plot(t,noise);ylabel( 幅度 );title(噪音+信號); xlabel(t);axis(0 10*pi ); grid on; % 信號通過 BPF%Fs=400;t=(1:400)*10*40/Fs;b,a=ellip(4,40,10,25*2/Fs);sf=filter(b,a,noise);抽樣頻率 400HZ時軸步進設(shè)計 IIR-BPF信號通過該濾波器subplot(335);plot(t,sf);畫出信號通過該 BPF的波形幅度 );title(通過 BPF 后的波形 );xlabel(t); ylabel( axis(0 10*pi

10、 );grid on; % 信號經(jīng)過相乘器 %BPF 輸出函數(shù)統(tǒng)%調(diào)整載波函數(shù)的長度，與f=f f f f f f f f;lengths=sf.*f;% 信號與載波相乘s=(-1).*s;subplot(336);xlabel(t); ylabel(通過相乘器后波形 );plot(t,s);% 畫出信號通過該相乘器的波形 幅度 );title(axis(0 10*pi -1 1);grid on; % 信號通過 LPF%Fs=400;t=(1:400)*10*pi/Fs;b,a=ellip(4,40,10*2/Fs);sf=filter(b,a,s);抽樣頻率 400HZ時軸步進 設(shè)計 II

11、R-LPF 信號通過該濾波器plot(t,sf);xlabel(t); ylabel( axis(0 10*pi -1 1);grid on; %抽樣判決 % 幅度 );title(subplot(337);畫出信號通過該低通濾波器的波形通過 LPF 后的波形 );b=; %for i=1:8for j=1:50if sf(j+50*(i-1)b sf(j+50*(i-1)=1;%elsesf(j+50*(i-1)=0;%endendendsubplot(338);plot(t,sf); % xlabel(t); ylabel( 幅度 ); title( 抽樣判決后波形 );axis(3 10

12、*pi );grid on;QPK 調(diào)制解調(diào)程序(1)調(diào)制% 調(diào)相法clear allclose allt=-1:;tt=length(t);x1=ones(1,800);for i=1:ttif (t(i)=-1 & t(i)=5& t(i)=0 & t1(i)=4& t1(i) 判決門限，說明此時碼元為1若 sf 判決門限，說明此時碼元為0畫出信號通過抽樣判決器的波形endf=0:1;xrc=+*cos(pi*f);y1=conv(x1,xrc)/;y2=conv(x2,xrc)/;n0=randn(size(t2);f1=1;i=x1.*cos(2*pi*f1*t);q=x2.*sin(

13、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=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)序列 );序列 );合成序列 );加

14、入噪聲 );subplot(4,1,1);plot(t3,i_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel(a subplot(4,1,2);plot(t4,q_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel(b subplot(4,1,3);plot(t2,QPSK_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel( subplot(4,1,4);plot(t2,QPSK_rc_n1);axis(-1 8 -1 1);ylabel( (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)

15、; 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 i=1:1e4data_I2(i)=data_I1(i);data_Q2(i)=data_Q1(i);end;t=0:;f=0:1;xrc=+*cos(pi*f);data_I2_rc=conv(data_I2,xrc)/;data_Q2_rc=conv(data_Q2,xrc)/;f1=1;t

16、1=0:1e3+;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);% 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:;t3=0:;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=1:1e4ddd2(i)=ddd1