BPSK和QPSK调制解调原理及MATLAB程序

1、2.1 PSK调制方式PSK原理介绍(以2-PSK为例)移相键控(PSK又称为数字相位调制，二进制移相键控记作2PSK绝对相移是 利用载波的相位(指初相)直接表示数字信号的相移方式。二进制相移键控中，通常 用相位0和n来分别表示0”或1 ”。2PSK已调信号的时域表达式为 s2psk(t)=s(t)cos ct, 2PSK移相键控中的基带信号与频移键控和幅度键控是有区 别的，频移键控和幅度键控为单极性非归零矩形脉冲序列，移相键控为为双极性数 字基带信号，就模拟调制法而言与产生2ASK信号的方法比较，只是对s(t)要求不 同因此2PSK信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB调幅信号。在二进制

2、数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化 时，则产生二进制移相键控(2PSK信号。通常用已调信号载波的0和180。分别 表示二进制数字基带信号的 1和0。二进制移相键控信号的时域表达式为0psK(t)=an g(t-nT s) coswctn其中,an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应选择双极性。尸 1,发送概率为PYan=-1,发送概率为1-P若g(t)是脉宽为Ts,高度为1的矩形脉冲时，则有cos 3Ct,发送概率为Pe2PSK(t) =-cos 3Ct,发送概率为1-P由上式(6.2-28)可看出，当发送二进制符号1时，已调信号e2PSK(t)取 0

3、相位，发送二进制符号0时，e2PSK(t取180。相位。若用如表示第n个符号的 绝对相位，则有厂0发送1符号n=180。， 发送0符号由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180。的相位模糊，所以2PSK信 号的相干解调存在随机的“倒n”现象，从而使得2PSK方式在实际中很少采用。 为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，提出了二进制差分相位键控(2DPSK，这里不再详述。2-PSK调制解调二进制移相键控信号的调制原理：如图9所示。其中图(a)是采用模拟调制 的方法产生2PSK信号，图(b)是采用数字键控的方法产生2PSK信号。解调器原理如图10所示。2PSK信号的解调通常都是采用相干解

4、调，在相干解调过程中需要用到与接收的 2PSK信号同频同相的相干载波。双极性不归零模拟调制产生2PSK信号开关电路(b)数字键控的方法产生 2PSK信号图9 2PSK信号的调制原理图图112PSK信号相干解调各点时间波形就键控法来说，用数字基带信号S(t)控制开关电路，选择不同相位的载波输出， 这时s(t)为单极性NRZ或双极性NRZ脉冲序列信号均可。当基带信号为0时候, 连通开关0,产生无差别的载波，当所发出的信号为1时，既连通开关n改变载波的 相位。在移相键控中还有一种差分移相键，他和普通的移相键控区别在与，差分移 相键只有在当前传输的码元和上次传输的码元产生差别时才会产生相位的变化。 移

5、相键控相对与幅度键控和移频键控有着更好的抗干扰性，也更适合于在信道中 传输。QPSK 调制9QPSK信号可以看作两个载波正交2PSK信号的合成。用调相法产生QPSK调制器框图如图12所示，QPSK的调制器可以看作是 由两个BPSK调制器构成，输入的串行二进制信息序列经过串并变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电平信号I (t)和Q (t)，然后对cosAt 3和sin At 3进行调制，相加后即可得到 QPSK信号二进制信息图12 QPSK调制器框图QPSK解调QPSK信号的解调原理如图3-5的方框图所示。解调是从已调信号中提 取信号的过程，在某种意义上解调是调制的逆过程

6、。由于QPSK信号可以看作是两正交2PSK信号的叠加，故用两路正交的相干载波去解调， 这样能 够很容易地分离出这两路正交的2PSK信号。相干解调后的两路并行码元 a 和b经过“并串”转换后成为串行数据输出。图3-5 QPSK信号解调原理方框图BPSK调制解调程序%勾造载波，产生8个码元，生成已调信号%a=randsrc(1,8,0:1);%产生8个随机的二进制数l=linspace(0,2*pi,50);%利用linspace函数创建数组，2pi长度取点50个模拟一个码元f=sin (2*1);%生成载波t=linspace(0,10*pi,400);%定义时轴length为10pi,取点40

7、0个，代表8个码元的总取样点数 out=1:400;%规定已调信号len gthb=1:400;%规定基带信号len gthw=1:400;%规定载波 length%生成PSK信号%for i=1:8if a(i)=0for j=1:50out(j+50*(i-1)=f(j); %若码元为0则将载波输出endelsefor j=1:50out(j+50*(i-1)=-f(j); %若码元为1则将载波反相输出endendend% 俞出载波和基带信号%for i=1:8for j=1:50b(j+50*(i-1)=a(i); %b作为调制信号输出w(j+50*(i-1)=f(j); %w 作为载波

8、输出end end幅度),title(基带信号);grid on; 幅度),title(载波);grid on;1.2),xlabel(t),ylabel(幅度),title(PSK 波形);gridsubplot(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 on;%已调信号加入高斯白噪声%沪生噪音并

9、加入到已调信号out中信噪比%抽样频率400HZ%时轴步进%设计 IIR-BPF%信号通过该滤波器no ise=awg n(o ut,80,measured);80subplot(334);plot(t, no ise);ylabel(幅度);title(噪音 + 信号);xlabel(t);axis(0 10*pi -1.2 1.2); grid on;%言号通过BPF%Fs=400;t=(1:400)*10*40/Fs;b,a=ellip(4,0.1,40,10,25*2/Fs); sf=filter(b,a ,no ise);subplot(335);plot(t,sf);%画出信号通过

10、该BPF的波形xlabel(t); ylabel(幅度);title(通过 BPF后的波形);axis(O 10*pi -1.2 1.2);grid on;%信号经过相乘器%f=f f f f f f f f;%嘱整载波函数的长度，与BPF输出函数统一 len gths=sf.*f;%信号与载波相乘 s=(-1).*s;subplot(336);plot(t,s);%画出信号通过该相乘器的波形xlabel(t); ylabel(幅度);title(通过相乘器后波形);axis(0 10*pi -1 1);grid on;%言号通过LPF%Fs=400;t=(1:4OO)*1O*pi/Fs;b,

11、a=ellip(4,0.1,40,10*2/Fs); sf=filter(b,a,s);subplot(337);plot(t,sf);xlabel(t); ylabel(幅度);title(通过 LPF后的波形 axis(0 10*pi -1 1);grid on;%t样判决%b=0.26;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(抽样判决后波形);axis(3 10*

12、pi -0.5 1.2);grid on;%t样频率400HZ%寸轴步进%设计 IIR-LPF%言号通过该滤波器%画出信号通过该低通滤波器的波形);%设置判决门限%若 sf判决门限，说明此时码元为1%若 sf判决门限，说明此时码元为0%画出信号通过抽样判决器的波形QPK调制解调程序(1)调制%调相法 clear all close all t=-1:0.01:7-0.01;tt=le ngth(t);x1=o nes(1,800);for i=1:ttif (t(i)=-1 & t(i)=5& t(i)=0 & t1(i)=4& t1(i)=8);x2(i)=1;else x2(i)=-1;e

13、ndend f=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f);y1=c on v(x1,xrc)/5.5;y2=c on v(x2,xrc)/5.5;n0=randn( size(t2);f1=1;i=x1.*cos(2*pi*f1*t); q=x2.*si n( 2*pi*f1*t1);I=i(101:800);Q=q(1:700);QPSK=sqrt(1/2).*l+sqrt(1/2).*Q;QPSK_n=(sqrt(1/2).*l+sqrt(1/2).*Q)+n0;n 1=ra ndn( size(t2); i_rc=y1.*cos(2*pi*f1*t3);q_rc=y2.

14、*si n(2*pi*f1*t4);l_rc=i_rc(101:800);Q_rc=q_rc(1:700);QPSK_rc=(sqrt(1/2).*l_rc+sqrt(1/2).*Q_rc);QPSK_rc_n仁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);ylabel(

15、合成序列);subplot(4,1,4);plot(t2,QPSK_rc_n 1);axis(-1 8 -1 1);ylabel(加入噪声);(2)解调%设定T=1,不加噪声clear allclose all%调制bit_in = randin t(1e3, 1, 0 1);bit_I = bit_i n(1:2:1e3);bit_Q = bit_i n(2:2:1e3);data_I = -2*bit_I+1;data_Q = -2*bit_Q+1;data_I1=repmat(data_I,20,1);data_Q 1=repmat(data_Q,20,1);for i=1:1e4dat

16、a_I2(i)=data_I1(i); data_Q2(i)=data_Q1(i);en d;t=0:0.1:1e3-0.1;f=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f);data_I2_rc=c on v(data_l2,xrc)/5.5;data_Q2_rc=co nv(data_Q2,xrc)/5.5;f1=1;t1=0:0.1:1e3+0.9;I_rc=data_l2_rc.*cos(2*pi*f1*t1); Q_rc=data_Q2_rc.*si n(2*pi*f1*t1); QPSK_rc=(sqrt(1/2).*l_rc+sqrt(1/2).*Q_rc);%解调

17、I_demo=QPSK_rc.*cos(2*pi*f1*t1);Q_demo=QPSK_rc.*si n(2*pi*f1*t1);l_recover=c on v(l_demo,xrc); Q_recover=c on v(Q_demo,xrc); l=l_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);en d;ddd = -2*bit_i n+1;ddd 1= repmat(ddd,10,1);for i=1:1e4