四相移相键控QPSK调制及解调实验.docx
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四相移相键控QPSK调制及解调实验
通信对抗原理
实验报告
实验名称：
四相移相键控（QPSK）调制及解调实验
学生姓名：
学生学号：
学生班级:
所学专业：
实验日期:
1.实验目的
1.掌握QPSK调制解调原理及特性。
2..熟悉Matlab仿真软件的使用。
2.实验内容
1、编写Matlab程序仿真QPSK调制及相干解调。
2、观察IQ两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。
3、观察IQ调制解调过程中各信号变化。
4、观察功率谱的变化。
5、分析仿真中观察的数据，撰写实验报告。
3.实验原理
1、QPSK调制原理
QPSK又叫四相绝对相移调制，它是一种正交相移键控。
QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。
由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位来表征。
我们把组成双比特码元的前一信息比特用a代表，后一信息比特用b代表。
双比特码元中两个信息比特ab通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表1-1所示，矢量关系如图1-1所示。
图1-1（a）表示A方式时QPSK信号矢量图，图1-1（b）表示B方式时QPSK信号的矢量图。
由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在A方式中：
45°、135°、225°、315°，则数据
、
通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±
；B方式中：
0°、90°、180°、270°，则数据
、
通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。
表1-1双比特码元与载波相位关系
双比特码元
载波相位
A
B
A方式
B方式
0
1
1
0
0
0
1
1
225°
315°
45°
135°
0°
90°
180°
270°
图1-1 QPSK信号的矢量图
下面以A方式的QPSK为例说明QPSK信号相位的合成方法。
串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行序列，然后通过基带成形得到的双极性序列（从D/A转换器输出，幅度为±
）。
设两个双极性序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。
双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图1-2中虚线矢量，将两路输出叠加，即得到QPSK调制信号，其相位编码关系如表1-2所示。
图1-2 矢量图
表1-2 QPSK信号相位编码逻辑关系
a
1
－1
－1
1
b
1
1
－1
－1
a路平衡调制器输出
b路平衡调制器输出
合成相位
0°
90°
45°
180°
90°
135°
180°
270°
225°
0°
270°
315°
用调相法产生QPSK调制器框图如图1-3所示。
图1-3 QPSK调制器框图
图1-4 二进制码经串并变换后码型
由图1-3可以看到，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
和
进行调制，相加后即可得到QPSK信号。
经过串并变换后形成的两个支路如图1-4所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路；另外一路称为正交支路，即Q支路。
2、QPSK相干解调原理
QPSK由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其原理框图如图1-5所示。
图1-5 QPSK解调原理框图
3、星座图
星座显示是示波器显示的数字等价形式，将正交基带信号的I和Q两路分别接入示波器的两个输入通道，通过示波器的“X-Y”的功能即可以很清晰地看到调制信号的星座图。
我们知道QPSK信号可以用正交调制方法产生。
在它的星座图中，四个信号点之间任何过渡都是可能的，如图1-6（a）所示。
OQPSK信号将正交路信号偏移T2/2，结果是消除了已调信号中突然相移180度的现象，每隔T2/2信号相位只可能发生±90度的变化。
因而星座图中信号点只能沿正方形四边移动，如图1-6（b）所示。
MSK信号配置图如图1-6（c）所示，1比特区间仅使用圆周的1/4，信号点必是轴上4个点中任何一个，因此，相位必然连续。
（a）QPSK （b）OQPSK （c）MSK
图1-6 相位转移图
4.实验代码
clearall;
j=sqrt（-1）;
data2=randint（1,100）;
data2_out=zeros（1,100）;
data2_1=zeros（1,50）;
data2_2=zeros（1,50）;
Ia=zeros（1,200）;
Qa=zeros（1,200）;
error_rate=zeros（1,50）;
mi=0.8;
mq=1.5;
i=1;
whilei<101
ifmod（i,2）==1;
data2_1（1,i/2+0.5）=data2（1,i）;
else
data2_2（1,i/2）=data2（1,i）;
end
i=i+1;
end
data24=data2_2+data2_1*2;
i=1;
whilei<51
ifdata24（1,i）==0
Ia（1,4*i）=1;
Ia（1,4*i-1）=1;
Ia（1,4*i-2）=1;
Ia（1,4*i-3）=1;
Qa（1,4*i-0）=0;
Qa（1,4*i-1）=0;
Qa（1,4*i-2）=0;
Qa（1,4*i-3）=0;
else
ifdata24（1,i）==1
Ia（1,4*i）=0;
Ia（1,4*i-1）=0;
Ia（1,4*i-2）=0;
Ia（1,4*i-3）=0;
Qa（1,4*i）=-1;
Qa（1,4*i-1）=-1;
Qa（1,4*i-2）=-1;
Qa（1,4*i-3）=-1;
else
ifdata24（1,i）==2
Ia（1,4*i）=0;
Ia（1,4*i-1）=0;
Ia（1,4*i-2）=0;
Ia（1,4*i-3）=0;
Qa（1,4*i）=1;
Qa（1,4*i-1）=1;
Qa（1,4*i-2）=1;
Qa（1,4*i-3）=1;
else
ifdata24（1,i）==3
Ia（1,4*i）=-1;
Ia（1,4*i-1）=-1;
Ia（1,4*i-2）=-1;
Ia（1,4*i-3）=-1;
Qa（1,4*i）=0;
Qa（1,4*i-1）=0;
Qa（1,4*i-2）=0;
Qa（1,4*i-3）=0;
end
end
end
end
i=i+1;
end
Fd=1;
Fs=4;
[num,den]=rcosine（Fd,Fs,'fir',0.5,3）;
B=Ia;
Ia=conv（B,num）;
Ia=Ia（1,12:
211）;
C=Qa;
Qa=conv（C,num）;
Qa=Qa（1,12:
211）;
subplot（5,1,1）;plot（1:
200,Ia）;
subplot（5,1,2）;plot（1:
200,Qa）;
fc=177;
cos_c=zeros（1,200）;
sin_c=zeros（1,200）;
i=1;
whilei<201
cos_c（1,i）=cos（2*pi*i*fc/4）;
sin_c（1,i）=sin（2*pi*i*fc/4）;
i=i+1;
end
data_in=Ia.*cos_c+Qa.*sin_c;
forx=0:
1:
49
error_m=0;
fory=1:
100
data_out=awgn（data_in,x/5）;
data_out_c=data_out.*cos_c;
data_out_s=data_out.*sin_c;
doc_f=fft（data_out_c）;
la_f=fft（Ia）;
doc_f_mag=abs（doc_f）;
doc_f_ang=angle（doc_f）;
fori=51:
1:
149
doc_f_mag（1,i）=doc_f_mag（1,i）/3;
end
I_j=doc_f_mag.*exp（j*doc_f_ang）;
Ia_j1=ifft（I_j）;
Ia_j1=real（Ia_j1）;
fori=1:
50
sum=0;
forn=1:
4;
sum=sum+Ia_j1（1,4*（i-1）+n）;
end
sum=sum/4;
ifsum>=mi
F（1,4*i-3）=1;
F（1,4*i-2）=1;
F（1,4*i-1）=1;
F（1,4*i）=1;
else
ifsum<=-mi
F（1,4*i-3）=-1;
F（1,4*i-2）=-1;
F（1,4*i-1）=-1;
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