BPSK和QPSK调制解调原理及MATLAB程序.docx
《BPSK和QPSK调制解调原理及MATLAB程序.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《BPSK和QPSK调制解调原理及MATLAB程序.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
BPSK和QPSK调制解调原理及MATLAB程序
BPSK和QPSK调制解调原理及MATLAB程序
2.1PSK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π来分别表示“0”或“1”。
2PSK已调信号的时域表达式为s2psk（t）=s（t）cosωct,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
e2PSK（t）=[
g（t-nTs）]coswct
其中,an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应选择双极性。
1,发送概率为P
an=
-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
cosωct,发送概率为P
e2PSK（t）=
-cosωct,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°相位，发送二进制符号0时，e2PSK（t）取180°相位。
若用φn表示第n个符号的绝对相位，则有
0°,发送1符号
φn=
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π”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。
（a）模拟调制产生2PSK信号
（b）数字键控的方法产生2PSK信号
图92PSK信号的调制原理图
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cosAtω和sinAtω进行调制，相加后即可得到QPSK信号
图12QPSK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。
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。
BPSK调制解调程序
%构造载波，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*l）;%生成载波
t=linspace（0,10*pi,400）;%定义时轴length为10pi,取点400个，代表8个码元的总取样点数
out=1:
400;%规定已调信号length
b=1:
400;%规定基带信号length
w=1:
400;%规定载波length
%生成PSK信号%
fori=1:
8
ifa（i）==0
forj=1:
50
out（j+50*（i-1））=f（j）;%若码元为0则将载波输出
end
else
forj=1:
50
out（j+50*（i-1））=-f（j）;%若码元为1则将载波反相输出
end
end
end
%输出载波和基带信号%
fori=1:
8
forj=1:
50
b（j+50*（i-1））=a（i）;%b作为调制信号输出
w（j+50*（i-1））=f（j）;%w作为载波输出
end
end
subplot（3,3,1）,plot（t,b）,axis（[010*pi-0.51.2]）,xlabel（'t'）,ylabel（'幅度'）,title（'基带信号'）;gridon;
subplot（3,3,2）,plot（t,w）,axis（[010*pi-1.21.2]）,xlabel（'t'）,ylabel（'幅度'）,title（'载波'）;gridon;
subplot（3,3,3）,plot（t,out）,axis（[010*pi-1.21.2]）,xlabel（'t'）,ylabel（'幅度'）,title（'PSK波形'）;gridon;
%已调信号加入高斯白噪声%
noise=awgn（out,80,'measured'）;%产生噪音并加入到已调信号out中,信噪比80
subplot（334）;
plot（t,noise）;
ylabel（'幅度'）;title（'噪音+信号'）;xlabel（'t'）;
axis（[010*pi-1.21.2]）;gridon;
%信号通过BPF%
Fs=400;%抽样频率400HZ
t=（1:
400）*10*40/Fs;%时轴步进
[b,a]=ellip（4,0.1,40,[10,25]*2/Fs）;%设计IIR-BPF
sf=filter（b,a,noise）;%信号通过该滤波器
subplot（335）;
plot（t,sf）;%画出信号通过该BPF的波形
xlabel（'t'）;ylabel（'幅度'）;title（'通过BPF后的波形'）;
axis（[010*pi-1.21.2]）;gridon;
%信号经过相乘器%
f=[ffffffff];%%调整载波函数的长度，与BPF输出函数统一length
s=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（[010*pi-11]）;gridon;
%信号通过LPF%
Fs=400;%抽样频率400HZ
t=（1:
400）*10*pi/Fs;%时轴步进
[b,a]=ellip（4,0.1,40,[10]*2/Fs）;%设计IIR-LPF
sf=filter（b,a,s）;%信号通过该滤波器
subplot（337）;
plot（t,sf）;%画出信号通过该低通滤波器的波形
xlabel（'t'）;ylabel（'幅度'）;title（'通过LPF后的波形'）;
axis（[010*pi-11]）;gridon;
%抽样判决%
b=0.26;%设置判决门限
fori=1:
8
forj=1:
50
ifsf（j+50*（i-1））>b
sf（j+50*（i-1））=1;%若sf>判决门限，说明此时码元为1
else
sf（j+50*（i-1））=0;%若sf<判决门限，说明此时码元为0
end
end
end
subplot（338）;
plot（t,sf）;%画出信号通过抽样判决器的波形
xlabel（'t'）;ylabel（'幅度'）;
title（'抽样判决后波形'）;
axis（[310*pi-0.51.2]）;
gridon;
QPK调制解调程序
（1）调制
%调相法
clearall
closeall
t=[-1:
0.01:
7-0.01];
tt=length（t）;
x1=ones（1,800）;
fori=1:
tt
if（t（i）>=-1&t（i）<=1）|（t（i）>=5&t（i）<=7）;
x1（i）=1;
elsex1（i）=-1;
end
end
t1=[0:
0.01:
8-0.01];
t2=0:
0.01:
7-0.01;
t3=-1:
0.01:
7.1-0.01;
t4=0:
0.01:
8.1-0.01;
tt1=length（t1）;
x2=ones（1,800）;
fori=1:
tt1
if（t1（i）>=0&t1（i）<=2）|（t1（i）>=4&t1（i）<=8）;
x2（i）=1;
elsex2（i）=-1;
end
end
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=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（[-18-11]）;ylabel（'a序列'）;
subplot（4,1,2）;plot（t4,q_rc）;axis（[-18-11]）;ylabel（'b序列'）;
subplot（4,1,3）;plot（t2,QPSK_rc）;axis（[-18-11]）;ylabel（'合成序列'）;
subplot（4,1,4）;plot（t2,QPSK_rc_n1）;axis（[-18-11]）;ylabel（'加入噪声'）;
（2）解调
%设定T=1,不加噪声
clearall
closeall
%调制
bit_in=randint（1e3,1,[01]）;
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）;
fori=1:
1e4
data_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）;
%解调
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=[];
fori=1:
20:
10000
data_recover=[data_recoverI（i:
1:
i+19）Q（i:
1:
i+19）];
end;
ddd=-2*bit_in+1;
ddd1=repmat（ddd',10,1）;
fori=1:
1e4
ddd2（i）=ddd1（i）;
end
figure
（1）
subplot（4,1,1）;plot（t3,I）;axis（[020-66]）;ylabel（'解调后奇位'）;
subplot（4,1,2）;plot（t3,Q）;axis（[020-66]）;ylabel（'解调后偶位'）;
subplot（4,1,3）;plot（t2,data_recover）;axis（[020-66]）;ylabel（'解调后序列'）;
subplot（4,1,4）;plot（t,ddd2）;axis（[020-66]）;ylabel（'原始序列'）;
升级会员 