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理介22 (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(jìn)制相移鍵控中，通常用相位0和冗來分別表示“ 0”或“1。2PSK已調(diào)信號的時域表達(dá)式為 s2psk(t)=s(t)cos 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

2、。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)字基帶信號離散變化 時，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)信號。通常用已調(diào)信號載波的0和180 0 分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的1和0。二進(jìn)制移相鍵控信號的時域表達(dá)式為e2PSK(t) =an g(t-nT s) coswctn其中，an與2ASKf口 2FSK寸的不同，在2PSKS制中，an應(yīng)選擇雙極性。l 1,發(fā)送概率為Pan= YM,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，則有L cosct,發(fā)送概率為Pe2PSK(t) = V-coL ct,發(fā)送概率為1-P由上式(6.2-28)可看出，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號1時，已調(diào)信號e

3、2PSK(t)取0 相位，發(fā)送二進(jìn)制符號0時，e2PSK(t)取180相位。若用小n表示第n個符號 的絕對相位，則有. 00 , 發(fā)送1符號小n= Y18。10 , 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(jī)的“倒冗”現(xiàn)象， 從而使得2PSK方式在實(shí)際中很少采用。為了解決2PSK信號解調(diào)過程的反向工作問題，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1

4、0所示。2PSK信號的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào)，在相干解調(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102PSK信號的解調(diào)原理圖11100100_v_ v_ 圖11 2PSK信號相干解調(diào)各點(diǎn)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NRZIE雙極性NRZ脈沖序列信號均可。當(dāng)基帶信號為0 時候，連通開關(guān)0,產(chǎn)生無差別的載波，當(dāng)所發(fā)出的信號為1時，既連通開關(guān)口改 變載波的相位。在移相鍵控中還有一種差分移相

5、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。QPSKS制QPSK號可以看作兩個載波正交2PSK言號的合成。用調(diào)相法產(chǎn)生QPS喇制器框圖如圖12所示，QPSK勺調(diào)制器可以看作是由 兩個BPSKM制器構(gòu)成，輸入的串行二進(jìn)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和sinAt進(jìn)行調(diào)制，相加后即可得到 QPSK言號二進(jìn)制信息輸出QPSK信號 圖12 QPSK調(diào)制器框圖QPSK軍

6、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a 和b經(jīng)過“并/用”轉(zhuǎn)換后成為串行數(shù)據(jù)輸出。圖3-5 QPSK信號解調(diào)原理方框圖BPS緘制解調(diào)程序%構(gòu)造載波，產(chǎn)生 8個碼元，生成已調(diào)信號 a=randsrc(1,8,0:1);%產(chǎn)生8個隨機(jī)的二進(jìn)制數(shù)l=linspace(0,2*pi,50);%利用linspace函數(shù)創(chuàng)建數(shù)組，2pi長度取點(diǎn)50個模擬一個碼元 f=si

7、n(2*l);%生成載波t=linspace(0,10*pi,400);% 定義時軸length為10pi,取點(diǎn)400個，代表8個碼元的總?cè)狱c(diǎn)數(shù) out=1:400;%規(guī)定已調(diào)信號length b=1:400;%規(guī)定基帶信號length w=1:400;% 規(guī)定載波 length %生成PSK信號% 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 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 % for i=1:8f

8、or j=1:50b(j+50*(i-1)=a(i); %b 作為調(diào)制信號輸出w(j+50*(i-1)=f(j); %w 作為載波輸出endendsubplot(3,3,1),plot(t,b),axis(0 10*pi -0.5 1.2), xlabel(t),ylabel( subplot(3,3,2),plot(t,w),axis(0 10*pi -1.2 1.2), xlabel(t),ylabel( subplot(3,3,3),plot(t,out),axis(0 10*pi -1.2 1.2),xlabel(t),ylabel( %已調(diào)信號加入高斯白噪聲幅度),title(基帶信

9、號);grid on;幅度),title(載波);grid on;幅度),title(PSK 波形);grid on;noise=awgn(out,80,measured);subplot(334);plot(t,noise);ylabel(幅度);title(噪音 + 信號);xlabel(t);axis(0 10*pi -1.2 1.2); grid on;%信號通過BPF% Fs=400;t=(1:400)*10*40/Fs;b,a=ellip(4,0.1,40,10,25*2/Fs);sf=filter(b,a,noise);subplot(335);plot(t,sf);xlabel

10、(t); ylabel(幅度);title(通過 BPF 后的波形); axis(0 10*pi -1.2 1.2);grid on;%信號經(jīng)過相乘器%產(chǎn)生噪音并加入到已調(diào)信號out中，信噪比80%抽樣頻率400Hz%時軸步進(jìn)%設(shè)計 IIR-BPF%信號通過該濾波器%畫出信號通過該 BPF的波形f=fff fffff;s=sf.*f;%信號與載波相乘%調(diào)整載波函數(shù)的長度，與BPF輸出函數(shù)統(tǒng)一 lengths=(-1).*s;subplot(336);plot(t,s);%畫出信號通過該相乘器的波形xlabel(t); ylabel(幅度);title(通過相乘器后波形 axis(0 10*pi

11、 -1 1);grid on;%信號通過LPF%Fs=400;t=(1:400)*10*pi/Fs;b,a=ellip(4,0.1,40,10*2/Fs);sf=filter(b,a,s);subplot(337);plot(t,sf););%抽樣頻率400HZ%時軸步進(jìn)%設(shè)計 IIR-LPF%信號通過該濾波器%畫出信號通過該低通濾波器的波形xlabel(t); ylabel(幅度);title(通過 LPF 后的波形);axis(0 10*pi -1 1);grid on;%抽樣判決%b=0.26;%設(shè)置判決門限for i=1:8for j=1:50if sf(j+50*(i-1)bsf(j

12、+50*(i-1)=1;%若sf判決門限，說明此時碼元為1elsesf(j+50*(i-1)=0;%若sf判決門限，說明此時碼元為0endendendsubplot(338);plot(t,sf);%畫出信號通過抽樣判決器的波形xlabel(t); ylabel(幅度);title(抽樣判決后波形)；axis(3 10*pi-0.5 1.2);grid on;QP頒制解調(diào)程序(1)調(diào)制%調(diào)相法clear allclose allt=-1:0.01:7-0.01;tt=length(t);x1=ones(1,800);for i=1:ttif (t(i)=-1 & t(i)=5& t(i)=0

13、& t1(i)=4& t1(i)=8);x2(i)=1;else x2(i)=-1;endendxrc=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(

14、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;figuresubplot(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

15、 -1 1);ylabel(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

16、i=1:1e4data_I2(i尸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);%解

17、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=;fo門=1:20:10000data_recover=data_recove門(i:1:i+19) Q(i:1:i+19); end;ddd = -2*bit_in+1;ddd1=repmat(ddd,10