天津理工大学计算机与通信工程学院通信工程专业设计说明书
基于Matlab/Simulink
的QPSK调制解调仿真设计与研究
姓名韩双年
学号 20092226
班级 09通信3班
指导老师白媛
日期 2012-12-16
目录
摘要 (2)
第一章前言 (2)
1.1 专业设计任务及要求 (2)
1.2 Matlab简介 (2)
1.3 Matlab下的simulink简介 (3)
1.4 通信系统模型 (3)
第二章QPSK调制 (4)
2.1 QPSK介绍 (4)
2.2 QPSK调制原理 (4)
2.2.1 相乘法 (4)
2.2.2 选择法 (5)
2.3 QPSK调制原理框图 (6)
2.4 QPSK调制方式的Matlab仿真 (6)
2.5 QPSK调制方式Matlab-simulink仿真 (7)
2.5.1 simulink调制建模 (7)
2.5.2 simulink调制仿真结果 (8)
第三章QPSK解调 (13)
3.1 QPSK解调原理 (13)
3.2 QPSK解调原理框图 (13)
3.3 QPSK解调方式Matlab仿真 (13)
3.4 QPSK解调方式的Matlab-simulink仿真 (14)
3.4.1 QPSK解调建模 (14)
3.4.2 传输信道 (16)
3.4.3仿真结果 (16)
3.5 仿真结果分析 (18)
第四章QPSK通信系统性能分析 (19)
第五章结论 (19)
参考文献 (20)
附录 (20)
摘要
正交相移键控（QPSK），是一种数字调制方式。QPSK技术具有抗干扰能力好、误码率低、频谱利用效率高等一系列优点。论文主要介绍了正交相移键控(QPSK)的概况，以及正交相移键控QPSK的调制解调概念和原理，利用Matlab中M文件和Simulink模块对QPSK的调制解调系统进行了仿真，对QPSK在高斯白噪声信道中的性能进行了，分析了解Simulink中涉及到QPSK的各种模块的功能。
【关键词】Matlab QPSK Simulnk 仿真
第一章前言
1.1专业设计任务及要求
1了解并掌握QPSK调制与解调的基本原理；
2在通信原理课程的基础上设计与分析简单的通信系统；
3学会利用MATLAB7.0编写程序进行仿真，根据实验结果能分析所设计系统的性能。
4学习MATLAB的基本知识，熟悉MATLAB集成环境下的Simulink的仿真平台。
5利用通信原理相关知识在仿真平台中设计QPSK调制与解调仿真系统并用示波器观察解调后的波形
6在指导老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，能正确的阐述和分析设计和实验结果。
1.2 Matlab简介
MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国Math Works公司出品的商业数学软件。MATLAB 是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言(包括C，C++和FORTRAN)编写的程序。尽管MATLAB主要用于数值计算,但是因为大量的额外
的工具箱它也适合于不同领域的应用,如控制系统设计与分析、图像处理和信号处理和通信、金融建模和分析等。除了一个完整的Simulink包,提供了一个可视化的开发环境,通常用于系统仿真、动态/嵌入式系统开发等。
1.3 Matlab下的simulink简介
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中只要通过简单的鼠标操作，就可以构造出复杂的系统。Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、效率高、贴近实际、等优点，基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件应用于Simulink。
1.4 通信系统模型
通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图1.4.1所示。
信息源发送设备信道接收设备受信者
→→→→
↑
噪声源
图1.4.1 通信系统一般模型
模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1.4.2所示。
信息源调制器信道解调器受信者
→→→→
↑
噪声源
图1.4.2 模拟通信系统模型
第二章 QPSK调制
2.1 QPSK介绍
Quadrature Phase Shift Keying通过使用载波的四个各不相同的相位差来表示输入的信息，是具有四进制的相移键控。QPSK是在M=4时的数字的调相技术，它通过约定的四种载波相位，分别为45°，135°，225°，275°，输入数据为二进制的数字序列，因为载波相位是四进制的，所有我们需要把二进制的数据变为四进制的，即把二进制序列中每两个比特分成一组，四种排列组合，即00，01，10，11，双比特码元即为一组。每两位二进制信息比特构成每一组，它们分别表示着着四个符号中的某一个符号。
2.2 QPSK调制原理
QPSK的调制有两种产生方法相乘电路法和选择法。
2.2.1相乘法
输入信号是二进制不归零的双极性码元，它通过“串并变换”电路变成了两路码元。变成并行码元后，每个码元的持续时间是输入码元的两倍。用两路正交载波去调制并行码元。
图2.2.1选择法
QPSK 的调制中，QPSK 信号可以看成是两个载波正交的2PSK 信号调制器构成。原理分析如下：基本原理和系统结构QPSK 与二进制PSK 一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。个别的载波相位取四个等间隔值之一，如л/4、3л/4、5л/4、7л/4。相应的，可将发射信号定义为：
?????≤≤-+=其他,00],4)12(2cos[/2)(b t T t i ft t E t S ππ
其中，i ＝1，2，3，4；E 是发射信号的每个符号的能量，T 为符号的持续时间，载波频率f 等于nc/T ，nc 为固定整数。每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。下面介绍QPSK 信号的产生和检测。如图为典型的QPSK 发射机框图。输入的二进制数据序列首先被不归零(NRZ)电平编码转换器转换为极性形式，即负号1和0分别用b E 和-b E 表示。该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形，这两个二进制波形分别用a1(t)和a2(t)表示。此时，在任何一信号时间间隔内a1(t)，和a2(t)的幅度恰好分别等于Si1和 Si2，即由发送的二位组决定。这两个二进制波形a1(t)和a2(t)被用来调制一对正交载波：()()t f T t c πφ2cos /21=,()()t f T t c πφ2sin /22=。这样就得到一对二进制PSK 信号。()t 1φ和()t 2φ的正交性使这两个信号可以被独立地检测。最后，将这两个二进制PSK 信号相加，从而得期望的QPSK 。
2.2.2 选择法
输入基带信号经过串并变换后用于控制一个相位选择电路，按照当时的输
入双比特ab，决定选择哪个相位的载波输出。
图2.2.2选择法
2.3 QPSK调制原理框图
图2.3 调制原理框图
2.4 QPSK调制方式的Matlab仿真
I 路信号是用余弦载波，由2进制数据流的奇数序列组成；Q路信号用正弦载波，由2进制数据流的偶数序列组成。下面的a是Idata，b就是Qdata，它们分布与各自的载波相乘分别输出 I 路信号和 Q 路信号。I 路信号加上Q路信
号就是QPSK 输出信号。当 I 路载波信号是0相位时为1，是180°相位时为0；当Q 路载波信号是0相位时为1，是180°相位时为0。
-1
012345678
-10
1
a 序列-1
012345678
-10
1b 序列-1012345678
-10
1合成序列
2.4 matlab 调制仿真图
2.5 QPSK 调制方式Matlab-simulink 仿真
2.5.1 simulink 调制建模
图2.5.1
调制框图
（1)产生需要的信号源
在搭建QPSK调制解调系统中使用伯努力信号发生器产生随机的01比特序列，每两比特代表就一个符号。Bernoulli Binary Generator模块利用伯努利分布的原理，相应得到参数为p的伯努利分布。伯努利分布的均值1 - p和方差p(1 –p)的。一个零概率参数指定p。本次实验中的p设置为0.5，即0和1等概。采样时间可根据需要进行设置，例如测误码率时采样时间设为0.01s。
图2.5.2信号源参数设置
（2）串并变换
我们先通过使用buffer 这个模块来实现将信号源信号转变为两路信号。Buffer 模块可以重新分配缓冲区块的输入样本，用到了Demux，可以将一个复合输入转化为多个单一输出，即可以输出多个采样率较低的帧信号。但会产生与缓冲区容量相同的时延。所以，我们可以设置buffer的参数容量为2。
图2.5.3 Buffer的参数设置
（3）单极性信号转化为双极性信号
因为QPSK的调制信号要求的是双极性信号，所以用伯努利随机生成二进制Generator模块产生的信号必须经过转化才能够被使用。利用加法模块和常数产生模块将1和0的序列各自减去1/2，再利用比例运算模块乘以2，就得到了1和-1 的双极性序列。
（4）调制模块
分别将两路信号乘以相位相差л/ 2的载波，然后相加。载波由正弦信号发生器产生。正弦波模块的参数设置为可基于时间的模式，时间设为使用仿真时间，我们设载波信号的幅度为1，载波频率可根据需要来进行设置，两路载波同频正交，相位相差л/ 2。我们设上支路的相位为0，下支路的相位为л/ 2。
图2.5.4上支路载波参数
图2.5.5下支路载波参数
2.5.2 simulink调制仿真结果
图2.5.6信号源和转变后的双极性信号
图2.5.7上支路载波
图2.5.8 下支路载波
图2.5.9调制信号
第三章QPSK解调
3.1QPSK解调原理
QPSK接收机由一对共输入地相关器组成。这两个相关器分别提供本地产生()t1φ和()t2φ。相关器接收信号x(t),相关器输出地x1和x2被用地相干参考信号
来与门限值0进行比较。如果x1>0,则判决同相信道地输出为符号1；如果x1<0 ,则判决同相信道的输出为符号0。如果正交通道也是如此判决输出。最后同相信道和正交信道输出这两个二进制数据序列被复加器合并，重新得到原始的二进制序列。在AWGN信道中，判决结果具有最小的负号差错概率。用两路具有相互正交特性的载波来解调信号，可以分离这两路正交的2PSK信号。相干解调后，并行码元经过并/串变换后，最终得到串行的数据流。
3.2 QPSK解调原理框图
图3.2相干解调原理框图
3.3QPSK解调方式Matlab仿真
正交支路和同相支路分别设置两个相关器(或匹配滤波器) ,得到I(t)和Q(t) ,经电平判决和并/串变换后即可恢复原始信息。
I_demo=QPSK_rc_n0.*cos(2*pi*f1*t1); % 解调(相干解调，与载波相乘) Q_demo=QPSK_rc_n0.*sin(2*pi*f1*t1);
I_recover=conv(I_demo,xrc); % 低通滤波
Q_recover=conv(Q_demo,xrc);
0102030405060708090100
-2
02
原序列
0102030405060708090100-2
02
I 支路解调
0102030405060708090100-2
02
Q 支路解调
0102030405060708090100-202
解调后序列
图3.3 matlab 解调仿真图
3.4 QPSK 解调方式的Matlab-simulink 仿真
3.4.1 QPSK 解调建模
首先将从高斯信道送过来的信号分别乘以与调制时的载波同频的载波，且相位相差为л/ 2的载波。解调可以使用相关器或者匹配滤波器进行解调，本次实验使用的是相关器，这时信号需要通过设置的积分器。因为积分器设置为使用积分器时，需要在时间t=T 时使得积分器复位，所以需要设置积分模块续设置在时钟下降沿时复位。并需要设置参数为使用外部信号，此时，时钟设置为与该支路码元时间相同，即是发送信号码元时间的两倍输入。然后积分后的信号经过采样并保持模块，即sample and hold 模块，此时，设置这个模块为触发上升沿，同样使用时钟设置为与该支路码元时间相同，即是发送信号码元时间的两倍输入。此时各路传输的信号相应地会使一个单位的时延产生。然后使用autothreshold 模块，该模块根据输入的信号数据自动设置出阀值，由此，可对
输入信号做出判定，再输出相应的二进制比特序列，并可输出阀值。最后使用N-sample switch 模块来实现并串转换，因为我们最后需要的是最原始的信号，将两路信号合二为一，在第一路信号发出一个样本时间后，样本时间设置为发送信号码元时间，开关会自动转换到第二路信号，此时换做第二路信号输入，一个码元时间后模块重置，如此循环。同样的，此模块也需要两倍的发送信号码元时间输入。
图3.4.1积分器设置
图3.4.2采样和保持设置
图3.4.3解调模块
3.4.2 传输信道
本次实验使用的是高斯信道和理想信道。实验所需的高斯噪声我们可以由高斯信道模块来提供，用到了Zero-Order Hold，和子模块，即SubSystem，通过子模块建立新的封装(Mask)功能模块其中参数设置中信噪比为Es/No ， Es/No 为信号能量比噪声功率谱密度。AWGN信道模块可以将加性高斯白噪声加到一个实数的或复数的输入信号。现在输入信号是实数，这个模块增加了实数的高斯噪声，产生一个实数的输出信号。此块继承它的输入信号的采样时间。模块使用信号处理模块随机产生的噪声。初始种子可以是一个标量或矢量的长度相匹配的输入信号通道数。种子的详细资料初次，查看随机源模块库文件参考页面中设置的信号处理。该端口的数据类型都继承自该驱动器的信号块。注意权力的所有值假设一个1欧姆的标称阻抗。
图3.4.3高斯信道模块
3.4.3仿真结果
图3.4.4信号源和转变后的双极性信号
图3.4.5经过高斯信道后的调制信号
图3.4.6上支路积分和采样后的信号
图3.4.7上支路判决后的信号
图3.4.8下支路积分和采样后的信号
图3.4.9下支路判决后的信号
图3.4.10源信号流和经过调制解调后的信号流对比3.5 仿真结果分析
从上述图中可以看出，因为整个系统模块有引进噪声，以及电路使用了积分、采样保持模块，还原后的信号幅度差异较大，通过判决门限后，得到原来的二进制信号。我们从仿真结果图中看出，信道噪声功率谱密度越大，信号信噪比越小，误码率越高，这也符合实际情况。仿真的各种条件都是理想化的，除了噪声之外不会发生任何错误，和实际情况相比，在相同的信噪比之下，比特错误率理应要小的多，但是仿真所得结果的误码率偏大。
第四章 QPSK通信系统性能分析
（1）从仿真结果中看出，信号信噪比越小，错误率越高，跟实际情况比较符合。（2）由于仿真中各种条件都是理想化的，包括数据在传输过程中，除了噪声影响以外不会发生任何错误，所以相对实际情况来说，在相同信噪比下，比特错误率要小的多，但是仿真所得结果与事实规律并不违背。
总结：
第五章结论
在搭建QPSK调制解调系统中首先遇到的问题就是串并转换问题，simulink 中没有可以直接解决这个问题的模块，经过网上的搜索与查阅相关资料，最终选取buffer模块，完成可串并转换的功能，但是带人了两个单位的延迟。
之后便是示波器的显示问题，此次产生的信号采样速率设置为1秒，载波频率1HZ，对仿真过程中的波形分析带来很多的方便。
（3）在完成的QPSK系统的simulink仿真中，由于方便起见，载波大小设为1HZ，与实际的调制解调中所用载波相差甚远，但若将载波设置变大，会对实验仿真和分析带来极大的不便。
通信系统仿真设计实训报告1.课题名称：基于MATLAB 的QPSK系统仿真设计与实现 学生学号： 学生姓名： 所在班级： 任课教师： 2016年10月25日
目录 1.1QPSK系统的应用背景简介 (3) 1.2 QPSK实验仿真的意义 (3) 1.3 实验平台和实验内容 (3) 1.3.1实验平台 (3) 1.3.2实验内容 (3) 二、系统实现框图和分析 (4) 2.1、QPSK调制部分， (4) 2.2、QPSK解调部分 (5) 三、实验结果及分析 (6) 3.1、理想信道下的仿真 (6) 3.2、高斯信道下的仿真 (7) 3.3、先通过瑞利衰落信道再通过高斯信道的仿真 (8) 总结： (10) 参考文献： (11) 附录 (12)
1.1QPSK系统的应用背景简介 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.2 QPSK实验仿真的意义 通过完成设计内容，复习QPSK调制解调的基本原理，同时也要复习通信系统的主要组成部分，了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK的实现方法及数学原理。并对“通信”这个概念有个整体的理解，学习数字调制中误码率测试的标准及计算方法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数，频域用功率谱密度来描述平稳随机过程的特性等基础知识，来理解高斯信道中噪声的表示方法，以便在编程中使用。 理解QPSK调制解调的基本原理，并使用MATLAB编程实现QPSK信号在高斯信道和瑞利衰落信道下传输，以及该方式的误码率测试。复习MATLAB编程的基础知识和编程的常用算法以及使用MATLAB仿真系统的注意事项，并锻炼自己的编程能力，通过编程完成QPSK调制解调系统的仿真，以及误码率测试，并得出响应波形。在完成要求任务的条件下，尝试优化程序。 通过本次实验，除了和队友培养了默契学到了知识之外，还可以将次实验作为一种推广，让更多的学生来深入一层的了解QPSK以至其他调制方式的原理和实现方法。可以方便学生进行测试和对比。足不出户便可以做实验。 1.3 实验平台和实验内容 1.3.1实验平台 本实验是基于Matlab的软件仿真，只需PC机上安装MATLAB 6.0或者以上版本即可。 （本实验附带基于Matlab Simulink （模块化）仿真，如需使用必须安装simulink 模块） 1.3.2实验内容 1.构建一个理想信道基本QPSK仿真系统,要求仿真结果有 a.基带输入波形及其功率谱 b.QPSK信号及其功率谱
基于MATLAB的OQPSK调制解调实现学生姓名：周翌指导老师：吴志敏 摘要本课程设计的目标在于深切理解OQPSK调制与解调的基本原理，学会使用MATALB软件中的M文件来实现OQPSK的调制与解调以及分析加入不同噪声时对信号的影响程度。首先产生一个数字基带信号，接下来调用MATLAB中的相应函数对这个基带信号进行调制，然后分析调制后的波形:，记录结果后对调制后的信号进行解调，观察解调结果并做好记录，最后在信号中加入噪声并观察其时频图的变化，分析信噪比的噪声对调制结果的影响。本课程设计的实验开发/运行平台为windowsXP/windows7，程序设计使用MATLAB语言。通过调试运行，基本完成设计目标,达到调制与解调的目的。 关键词：MATLAB；M文件；OQPSK；调制与解调；噪声 1 引言 数字调制与解调技术在数字通信中占有非常重要的地位，数字通信技术与MATLAB 的结合是现代通信系统发展的一个必然趋势。在数字信号通信过程中，噪声的影响往往比较大，同时我们都希望有较高的频带利用率和功率利用率，而OQPSK也是一种恒包络调制技术，其频谱特性好，既保留着2PSK的高抗噪声性能、高频带利用率和高功率利用率，又有效地减弱了2PSK的“反相工作”缺陷，在通信研究中有着非常重要的意义，特别是在卫星通信和移动通信的领域有着广泛的应用。MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程与科学计算的高级语言，在控制系统的分析、仿真与设计方面得到了非常广泛的应用，随着其信号处理专业函数和专业工具箱的成熟，越来
越受到通信领域人士的欢迎，其在通信领域的应用也将更加广泛。 1.1课程设计目的 熟悉OQPSK的基本原理，掌握MATLAB中M文件的使用及相关函数的调用方法，在此基础上通过编程实现OQPSK的调制与解调，并通过加入的噪声来判断所设计的系统性能。这次课程设计不仅让我对OQPSK有了更加深入的了解，而且学会了如何利用MATLAB中的M文件来实现通信系统方面的应用，最重要的是，自己能够独立完成一个小项目了，有了这方面的经验，我在以后的学习中就会有更充足的信心和动力。 1.2课程设计要求 熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在深切理解OQPSK调制解调原理的基础上，编写出OQPSK调制解调程序。绘制出OQPSK信号解调前后在时域和频域中的波形，并观察解调前后频谱有何变化以加深对OQPSK信号解调原理的理解。分别对信号叠加不同噪声，并进行解调，绘制出解调前后信号的时频波形，分析不同噪声对信号传输造成的影响大小。 1.3课程设计步骤 先产生随机信号，然后对信号进行调制和解调，在调制和解调过程中加入高斯白噪声，观察现象。 1、产生四进制数字作为数字基带信号，对其进行调制； 2、将函数调制信号改为相应的时域波形调制信号； 3、在函数调制信号中加入高斯白噪声，生成加入噪声后的时域波形调制信号； 4、分别生成没加或加了噪声的调制信号波形图和频谱图； 5、分别对没加或加了噪声的调制信号进行解调； 6、计算误码率。
QPSK调制解调完整程序（配有注释） clc; clear all; %假定接收端已经实现载波同步，位同步（盲信号解调重点要解决的问题：载波同步（costas环（未见到相关代码）），位同步（Gardner算法（未见相关代码）），帧同步） % carrier frequency for modulation and demodulation fc=5e6; %QPSK transmitter data=5000 ; %码数率为5MHZ %原码个数 rand_data=randn(1,5000); for i=1:data if rand_data(i)>=0.5 rand_data(i)=1; else rand_data(i)=0; end end %seriel to parallel %同时单极性码转为双极性码 for i=1:data if rem(i,2)==1 if rand_data(i)==1 I(i)=1; I(i+1)=1; else I(i)=-1; I(i+1)=-1; end else if rand_data(i)==1 Q(i-1)=1; Q(i)=1; else Q(i-1)=-1; Q(i)=-1; end end end % zero insertion ，此过程称为成形。成形的意思就是实现由消息到波形的转换，以便发射，脉冲成形应该是在基带调制之后。 zero=5; %sampling rate 25M HZ ,明白了，zero为过采样率。它等于采样率fs/码速率。
for i=1:zero*data % 采样点数目=过采样率*原码数目 if rem(i,zero)==1 Izero(i)=I(fix((i-1)/zero)+1); Qzero(i)=Q(fix((i-1)/zero)+1); else Izero(i)=0; Qzero(i)=0; end end %pulse shape filter，接着，将进行低通滤波，因为随着传输速率的增大，基带脉冲的频谱将变宽 %如果不滤波（如升余弦滤波）进行低通滤波，后面加载频的时候可能会出现困难。 %平方根升余弦滤波器 % psf=rcosfir(rf,n_t,rate,fs,'sqrt') rate:过采样率，rf:滚降因子，n_t:滤波器阶数，fs:采样率 %用在调制或发送之前，用在解调或接受之后，用来降低过采样符号流带宽并不引发ISI（码间串扰） NT=50; N=2*zero*NT; % =500 fs=25e6; rf=0.1; psf=rcosfir(rf,NT,zero,fs,'sqrt');% psf大小为500 Ipulse=conv(Izero,psf); Qpulse=conv(Qzero,psf); %为什么数字信号传输也要过采样，成形滤波？ %答：过采样的数字信号处理起来对低通滤波器的要求相对较低，如果不过采样，滤波的时候滤波器需要很陡峭，指标会很严格 %成形滤波的作用是保证采样点不失真。如果没有它，那信号在经过带限信道后，眼图张不开，ISI非常严重。成形滤波的位置在基带调制之后。 %因为经成形滤波后，信号的信息已经有所损失，这也是为避免ISI付出的代价。换句话说，成形滤波的位置在载波调制之前，仅挨着载波调制。 %即：（发送端）插值（采样）-成形-滤波（LPF)-加载频(载波调制)-加噪声至（接收端）乘本振-低通-定时抽取-判决。 %modulation for i=1:zero*data+N %采样点数目改变（因为卷积的缘故） t(i)=(i-1)/(fs); %这里因为假设载频与码速率大小相等，所以用载频fc 乘以过采样率=采样率。 Imod(i)=Ipulse(i)*sqrt(2)*cos(2*pi*fc*t(i)); Qmod(i)=Qpulse(i)*(-sqrt(2)*sin(2*pi*fc*t(i))); end sum=Imod+Qmod;
基于MATLAB的QPSK通信系统仿真设计 摘要 随着移动通信技术的发展，以前在数字通信系统中采用FSK、ASK、PSK 等调制方式，逐渐被许多优秀的调制技术所替代。本文主要介绍了QPSK调制与解调的实现原理框图，用MATLAB软件中的SIMULINK仿真功能对QPSK调制与解调这一过程如何建立仿真模型，通过对仿真模型的运行，得到信号在QPSK 调制与解调过程中的信号时域变化图。通过该软件实现方式，可以大大提高设计的灵活性，节约设计时间，提高设计效率，从而缩小硬件电路设计的工作量，缩短开发周期。 关键词 QPSK，数字通信，调制，解调，SIMULINK -I-
Abstract As mobile communications technology, and previously in the adoption of digital cellular system, ASK, FSK PSK modulation, etc. Gradually been many excellent mod ulation technology substitution, where four phase-shift keying QPSK technology is a wireless communications technology in a binary modulation method. This article prim arily describes QPSK modulation and demodulation of the implementation of the prin ciple of block diagrams, focuses on the MATLAB SIMULINK software emulation in on QPSK modulation and demodulation the process how to build a simulation model, through the operation of simulation model, I get signal in QPSK modulation and dem odulation adjustment process domain change figure. The software implementation, ca n dramatically improve the design flexibility, saving design time, increase efficiency, design to reduce the workload of hardware circuit design, and shorten the developmen t cycle. Keywords QPSK, Digital Communication,modulation,demodulation,SIMULINK -II-
QPSK 调制解调的simulink 仿真与性能分析 一、 设计目的和意义 学会使用MATLAB 中的simulink 仿真软件，了解其各种模块的功能，用simulink 实现QPSK 的调制和仿真过程，得到调制信号经高斯白噪声信道，再通过解调恢复原始信号，绘制出调制前后的频谱图，分析QPSK 在高斯信道中的性能，计算传输过程中的误码率。通过此次设计，在仿真中形象的感受到QPSK 的调制和解调过程，有利于深入了解QPSK 的原理。同时掌握了simulink 的使用，增强了我们学习通信的兴趣，培养通信系统的仿真建模能力。 二、 设计原理 （一）QPSK 星座图 QPSK 是Quadrature Phase Shift Keying 的简称，意为正交移相键控，是数字调制的 一种方式。它规定了四种载波相位，分别为0, 2π, π,32π (或者4 π，34π，54π，74π)，星座图如图1（a ）、（b ）所示。 图1 QPSK 星座图 （二）QPSK 的调制 因为输入信息是二进制序列，所以需要将二进制数据变换成四进制数据，才能和四进制的载波相位配合起来。采取的办法是将二进制数字序列中每两个序列分成一组，共四种组合（00,01,10,11），每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制 （a ） （b ）
信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK 每次调制可传输两个信息比特。图2的（a ）、(b)、(c)原理框图即为QPSK 的三种调制方式，本次课程设计主要采用的是正交调制方式。 （三）QPSK 的解调 QPSK 信号可以用两个正交的载波信号实现相干解调，它的相干解调器如图3所示，正交路分别设置两个匹配滤波器，得到I （t ）和Q （t ），经电平判决和并转串即可恢复出原始信息。 （a ）正交调制法 （b ）相位选择法 （c ）脉冲插入法 图2 QPSK 的主要调制方式
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 第一章概述 (1) 第二章QPSK通信系统原理与仿真 (1) 2.1 QPSK系统框图介绍 (1) 2.2QPSK信号的调制原理 (2) 2.2.1QPSK信号产生方法 (2) 2.2.2QPSK星座图 (2) 2.3QPSK解调原理及误码率分析 (3) 2.3.1QPSK解调方法 (3) 2.3.2QPSK系统误码率 (3) 2.4QPSK信号在AWGN信道下仿真 (4) 第三章BPSK通信系统原理与仿真 (4) 3.1BPSK信号的调制原理 (4) 3.2BPSK解调原理及误码率分析 (4) 第四章QPSK与BPSK性能比较 (5) 4.1QPSK与BPSK在多信道下比较仿真 (5) 4.1.1纵向比较分析 (5) 4.1.2横向比较分析 (7) 4.2仿真结果分析 (7) 4.2.1误码率分析 (7) 4.2.2频带利用率比较 (7) 附录 (8) 代码1 (8) 代码2 (8) 代码3 (10) 代码4 (12)
┊ ┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 第一章概述 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。它以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点，广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接人、移动通信及有线电视系统之中。 BPSK是英文Binary Phase Shift Keying的缩略语简称，意为二相相移键控，是利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式的一种。它使用了基准的正弦波和相位反转的波浪，使一方为0，另一方为1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。 本文所研究的QPSK系统与二进制的BPSK系统相比，具有以下特点: 1.在传码率相同的情况下，四进制数字调制系统的信息速率是二进制系统的2倍。 2.在相同信息速率条件下，四进制数字调制系统的传码率是二进制系统的1/4倍，这一特 点使得四进制码元宽度是二进制码元宽度的2倍，码元宽度的加大，可增加每个码元的 能量，也可减小码间串扰的影响。 3.由于四进制码元速率比二进制的降低，所需信道带宽减小。 4.在接收系统输入信噪比相同的条件下，四进制数字调制系统的误码率要高于二进制系 统。 5.四进制数字调制系统较二进制系统复杂，常在信息速率要求较高的场合。 基于以上优点，在数字信号的调制方式中QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）四相移键控是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性，在电路上实现也较为简单，因而被WCDMA和CDMA2000等第三代移动通信系统采用。 第二章QPSK通信系统原理与仿真 2.1 QPSK系统框图介绍 在图2.1的系统中，发送方，QPSK数据源采用随机生成，信源编码采用差分编码，编码后的信号经QPSK调制器，经由发送滤波器进入传输信道。 接收方，信号首先经过相位旋转，再经匹配滤波器解调，经阈值比较得到未解码的接收信号，差分译码后得到接收信号，与信源发送信号相比较，由此得到系统误码率，同时计算系统误码率的理论值，将系统值与理论值进行比较。 对于信道，这里选取的是加性高斯白噪声（Additive White Gaussian Noise）以及多径Rayleigh
HUNAN UNIVERSITY 课程实验报告 题目：十QPSK调制解调实验 指导教师： 学生姓名： 学生学号： 专业班级：
实验10 QPSK调制解调实验 一、实验目的 1. 掌握QPSK调制解调的工作原理及性能要求；了解IQ调制解调原理及特性 2. 进行QPSK调制、解调实验，掌握电路调整测试方法了解载波在QPSK相干及非相干时的解调特性 二、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。 用调相法产生QPSK调制原理框图如图所示，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行变换，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Acosωt和Asinωt进行调制，相 加后即可得到QPSK信号。 二进制码经串并变换后的码型如图所示，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解调原理 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 三、实验步骤 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）、码元再生模块（以下简称再生模块）和PSK载波恢复模块。 1、QPSK调制实验 a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成连接 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。 b、按基带成形模块上“选择”键，选择QPSK模式（QPSK指示灯亮）。 c、用示波器观察基带模块上“NRZ-I,I-OUT,NRZ-Q,Q-OUT”的信号;并分别与“NRZ IN”信号进行对比，观察串并转换情况。 NRZ-I 与NRZ IN I-OUT与NRZ IN NRZ-Q 与NRZ IN Q-OUT与NRZ IN d、观测IQ调制信号矢量图。
天津理工大学计算机与通信工程学院通信工程专业设计说明书 基于Matlab/Simulink 的QPSK调制解调仿真设计与研究 姓名韩双年 学号 20092226 班级 09通信3班 指导老师白媛 日期 2012-12-16
目录 摘要 (2) 第一章前言 (2) 1.1 专业设计任务及要求 (2) 1.2 Matlab简介 (2) 1.3 Matlab下的simulink简介 (3) 1.4 通信系统模型 (3) 第二章QPSK调制 (4) 2.1 QPSK介绍 (4) 2.2 QPSK调制原理 (4) 2.2.1 相乘法 (4) 2.2.2 选择法 (5) 2.3 QPSK调制原理框图 (6) 2.4 QPSK调制方式的Matlab仿真 (6) 2.5 QPSK调制方式Matlab-simulink仿真 (7) 2.5.1 simulink调制建模 (7) 2.5.2 simulink调制仿真结果 (8) 第三章QPSK解调 (13) 3.1 QPSK解调原理 (13) 3.2 QPSK解调原理框图 (13) 3.3 QPSK解调方式Matlab仿真 (13) 3.4 QPSK解调方式的Matlab-simulink仿真 (14) 3.4.1 QPSK解调建模 (14) 3.4.2 传输信道 (16) 3.4.3仿真结果 (16) 3.5 仿真结果分析 (18) 第四章QPSK通信系统性能分析 (19) 第五章结论 (19) 参考文献 (20) 附录 (20)
摘要 正交相移键控（QPSK），是一种数字调制方式。QPSK技术具有抗干扰能力好、误码率低、频谱利用效率高等一系列优点。论文主要介绍了正交相移键控(QPSK)的概况，以及正交相移键控QPSK的调制解调概念和原理，利用Matlab中M文件和Simulink模块对QPSK的调制解调系统进行了仿真，对QPSK在高斯白噪声信道中的性能进行了，分析了解Simulink中涉及到QPSK的各种模块的功能。 【关键词】Matlab QPSK Simulnk 仿真 第一章前言 1.1专业设计任务及要求 1了解并掌握QPSK调制与解调的基本原理； 2在通信原理课程的基础上设计与分析简单的通信系统； 3学会利用MATLAB7.0编写程序进行仿真，根据实验结果能分析所设计系统的性能。 4学习MATLAB的基本知识，熟悉MATLAB集成环境下的Simulink的仿真平台。 5利用通信原理相关知识在仿真平台中设计QPSK调制与解调仿真系统并用示波器观察解调后的波形 6在指导老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，能正确的阐述和分析设计和实验结果。 1.2 Matlab简介 MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国Math Works公司出品的商业数学软件。MATLAB 是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言(包括C，C++和FORTRAN)编写的程序。尽管MATLAB主要用于数值计算,但是因为大量的额外
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)=[ n n a g(t-nT s)]cosw c t 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
淮海工学院课程设计报告书 课程名称：通信系统的计算机仿真设计 题目：QPSK通信系统性能分析 与MATLAB仿真 学院：电子工程学院 学期：2013-2014-2 专业班级： 姓名： 学号： 评语： 成绩： 签名： 日期：
QPSK通信系统性能分析与MATLAB仿真 1 绪论 1.1 研究背景与研究意义 数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统,频带传输系统也叫数字调制系统,该系统对基带信号进行调制,使其频谱搬移到适合在信道(一般为带通信道)上传输的频带上。数字调制和模拟调制一样都是正弦波调制,即被调制信号都为高频正弦波。数字调制信号又称为键控信号,数字调制过程中处理的是数字信号,而载波有振幅、频率和相位3个变量,且二进制的信号只有高低电平两个逻辑量即1和0,所以调制的过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最基本的方法有3种:正交幅度调制(QAM) 、频移键控( FSK) 、相移键控( PSK) 。根据所处理的基带信号的进制不同分为二进制和多进制调制(M进制) 。 本实验采用QPSK。QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.2 课程设计的目的和任务 目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。 课程设计的任务是： (1)掌握一般通信系统设计的过程，步骤，要求，工作内容及设计方法，掌握用计算机仿真通信系统的方法。 (2)训练学生网络设计能力。 (3)训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。1.3 可行性分析 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,
郑州轻工业学院 课程设计说明书题目：利用MATLAB实现QPSK调制及解调 姓名： 院系：电气信息工程学院 专业班级：电子信息工程09-1 学号： 540901030154 指导教师：赵红梅 成绩： 时间： 2012 年 6 月 18 日至 2012 年 6 月 22 日
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目利用MATLAB实现QPSK调制及解调 专业班级电子信息工程09级 1班学号 54 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容： 已知数字信号1011000101101011，码元速率为2400波特，载波频率为1200Hz，利用MATLAB画出QPSK调制波形，并画出调制信号经过高斯信道传输后解调波形及接收误码率，将其与理论值进行比较。 基本要求： 1、通过本课程设计，巩固通信原理QPSK调制的有关知识； 2、熟悉QPSK产生原理； 3、熟悉高斯信道的建模及QPSK解调原理； 4、熟悉误码率的蒙特卡罗仿真； 5、学会用MATLAB来进行通信系统仿真。 主要参考资料： 主要参考资料： 1、王秉钧等. 通信原理[M].北京：清华大学出版社，2006.11 2、陈怀琛.数字信号处理教程----MATLAB释义与实现[M].北京：电子工业出版社,2004. 完成期限：2012.6.18—2012.6.23 指导教师签名： 课程负责人签名： 2012年6月16日
目录 一前言 (4) 1.1QPSK系统的应用背景简介 (4) 1.2 QPSK实验仿真的意义 (4) 1.3 实验平台和实验内容 (5) 1.3.1实验平台 (5) 1.3.2实验内容 (5) 二、系统实现框图和分析 (5) 2.1、QPSK调制部分， (5) 2.2、QPSK解调部分 (7) 三、实验结果及分析 (7) 3.1、理想信道下的仿真 (7) 3.2、高斯信道下的仿真 (8) 3.3、先通过瑞利衰落信道再通过高斯信道的仿真 (9) 参考文献： (11) 附录 (12)
Q P S K调制解调完整程序(配有自己的注释)
QPSK调制解调完整程序（配有注释） clc; clear all; %假定接收端已经实现载波同步，位同步（盲信号解调重点要解决的问题：载波同步（costas环（未见到相关代码）），位同步（Gardner算法（未见相关代码）），帧同步） % carrier frequency for modulation and demodulation fc=5e6; %QPSK transmitter data=5000 ; %码数率为5MHZ %原码个数 rand_data=randn(1,5000); for i=1:data if rand_data(i)>=0.5 rand_data(i)=1; else rand_data(i)=0; end end %seriel to parallel %同时单极性码转为双极性码 for i=1:data if rem(i,2)==1 if rand_data(i)==1 I(i)=1; I(i+1)=1; else I(i)=-1; I(i+1)=-1; end else if rand_data(i)==1 Q(i-1)=1; Q(i)=1; else Q(i-1)=-1; Q(i)=-1; end
end end % zero insertion ，此过程称为成形。成形的意思就是实现由消息到波形的转换，以便发射，脉冲成形应该是在基带调制之后。 zero=5; %sampling rate 25M HZ ,明白了，zero为过采样率。它等于采样率fs/码速率。 for i=1:zero*data % 采样点数目=过采样率*原码数目 if rem(i,zero)==1 Izero(i)=I(fix((i-1)/zero)+1); Qzero(i)=Q(fix((i-1)/zero)+1); else Izero(i)=0; Qzero(i)=0; end end %pulse shape filter，接着，将进行低通滤波，因为随着传输速率的增大，基带脉冲的频谱将变宽 %如果不滤波（如升余弦滤波）进行低通滤波，后面加载频的时候可能会出现困难。 %平方根升余弦滤波器 % psf=rcosfir(rf,n_t,rate,fs,'sqrt') rate:过采样率，rf:滚降因子，n_t:滤波器阶数，fs:采样率 %用在调制或发送之前，用在解调或接受之后，用来降低过采样符号流带宽并不引发ISI（码间串扰） NT=50; N=2*zero*NT; % =500 fs=25e6; rf=0.1; psf=rcosfir(rf,NT,zero,fs,'sqrt');% psf大小为500
通信系统仿真设计实训报告1.课题名称：基于 MATLAB 的QPSK系统仿真设计与实现 学生学号： 学生： 所在班级： 任课教师： 2016年 10月25日
目录 1.1QPSK系统的应用背景简介 (3) 1.2 QPSK实验仿真的意义 (3) 1.3 实验平台和实验容 (3) 1.3.1实验平台 (3) 1.3.2实验容 (3) 二、系统实现框图和分析 (4) 2.1、QPSK调制部分， (4) 2.2、QPSK解调部分 (5) 三、实验结果及分析 (6) 3.1、理想信道下的仿真 (6) 3.2、高斯信道下的仿真 (7) 3.3、先通过瑞利衰落信道再通过高斯信道的仿真 (8) 总结： (10) 参考文献： (11) 附录 (12)
1.1QPSK系统的应用背景简介 QPSK是英文Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控，是一种数字调制方式。在19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 1.2 QPSK实验仿真的意义 通过完成设计容，复习QPSK调制解调的基本原理，同时也要复习通信系统的主要组成部分，了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK的实现方法及数学原理。并对“通信”这个概念有个整体的理解，学习数字调制中误码率测试的标准及计算方法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数，频域用功率谱密度来描述平稳随机过程的特性等基础知识，来理解高斯信道中噪声的表示方法，以便在编程中使用。 理解QPSK调制解调的基本原理，并使用MATLAB编程实现QPSK信号在高斯信道和瑞利衰落信道下传输，以及该方式的误码率测试。复习MATLAB编程的基础知识和编程的常用算法以及使用MATLAB仿真系统的注意事项，并锻炼自己的编程能力，通过编程完成QPSK调制解调系统的仿真，以及误码率测试，并得出响应波形。在完成要求任务的条件下，尝试优化程序。 通过本次实验，除了和队友培养了默契学到了知识之外，还可以将次实验作为一种推广，让更多的学生来深入一层的了解QPSK以至其他调制方式的原理和实现方法。可以方便学生进行测试和对比。足不出户便可以做实验。 1.3 实验平台和实验容 1.3.1实验平台 本实验是基于Matlab的软件仿真，只需PC机上安装MATLAB 6.0或者以上版本即可。 （本实验附带基于Matlab Simulink （模块化）仿真，如需使用必须安装simulink 模块） 1.3.2实验容 1.构建一个理想信道基本QPSK仿真系统,要求仿真结果有 a.基带输入波形及其功率谱 b.QPSK信号及其功率谱
实验名称：QPSK调制与解调 一、实验目的： 1、学会QPSK调制与解调系统的构成 2、学会QPSK调制与解调系统的各模块的构建 3、学会误码率与误符号率的统计方法以及Matlab算法 二、实验原理： 1、QPSK：四进制绝对相移键控，也称为多进制数字相位调制，利用载波的四种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。 2、QPSK的调制方法有正交调制方式（双路二相调制合成法或直接调相法）、相位选择法、插入脉冲法。 调制与解调系统的构成： 3、各模块的实现方法：
（1）、信源的产生：使用randint(m,n,2) 函数产生一个m 行n 列的随机二进制数列 （2）、QPSK 符号映射 ：将产生的0，1比特流按照QPSK 调制方式进行映射，本实验采用π/4 QPSK 的调制方式，图为： （3）、AWGN 信号产生：AWGN 产生器就是产生满足均值为0，方差为1的高斯白噪声。实验中使用randn(m,n)函数产生一个m 行n 列的高斯噪声序列。 （4）、信号幅度控制：根据AWGN 信道模型，接收信号可以分别表示为 α就是当噪声功率归一化为1（0均值，方差为1）时，根据信噪比关系而计算出来的信号平均幅度 I I I r s n α=+Q Q Q r s n α=+22210log 10^10s s n n v SNR SNR v sqrt v v ??????=?=* ? ? ???????
（5）、QPSK 反映射及判决 ：对接收到的信号在4种可能的四种信号向量[(1,0), (0,1), (-1,0), (0,-1)]上投影(即进行点积)。投影最大的值所对应的信号向量就是所发送信号的符号值，然后恢复出比特流 （6）、误码率及误符号率统计： 误码率：将检测出来的比特流和发送的原始比特流进行比较，统计出出现错误的比特数 误符号率：将检测出来的比特流变成两组，构成符号，和发送端符号映射后的符号流进行比较，只要符号中任错一bit ，就算该符号出错。统计出现错误的符号数 三、 实验内容： 1、建立QPSK 的Matlab 仿真模型 2、对仿真模型中各个组成部分进行函数设计和功能仿真 randn('seed',10);mark=randn(1,LENGTH); subplot(2,2,1);plot(mark);title('watermarc:Gaussian noise'); 3、成型滤波器的设计 4、带限信道中的QPSK 调制解调 四、实验步骤： 1、开机，设置好本次仿真目录 2、进入matlab 环境，设置工作路径和目录 3、按照实验方法，一步步进行QPSK 各个模块的设计 s v α=
实验九、QPSK 、QDPSK 调制与解调 一、实验目的 1、掌握QPSK 调制与解调的基本原理及实现方法。 2、掌握QDPSK 调制与解调的基本原理及实现方法。 3、分析QPSK 、QDPSK 系统的有效性和可靠性。 二、实验原理 为提高通信的有效性，最常用的办法的是采用多进制的数字调制。MPSK 和MDPSK 就是多进制的数字相移键控即多相制信号，前者称为多进制绝对相移键控，后者称为多进制相对（差分）相移键控，它们都用M 个相位不同的载波来表示M 个不同的符号。一般来说，有n M 2=，因此，一个符号可以代表n bit 的二进制码元。 1、QPSK 信号分析 QPSK （Quadrature Phase Shift Keying ，正交相移键控）又叫四相绝对相移键控（4PSK ），它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2bit 信息，故每个四进制符号又被称为双比特码元。把组成双比特码元的前一信息比特记为a 码，后一信息比特记为b 码，为使接收端误码率最小化，双比特码元（a ，b ）通常按格雷码（Gray code ）方式排列，即任意两个相邻的双比特码元之间只有一个比特发生变化。图9.1给出了双比特码元（a ，b ）与载波相位的对应关系，其中图（a ）表示A 方式，图（b ）表示B 方式。 图9.1 QPSK 信号相位矢量图 （a ）A 方式（2/π系统） （b ）B 方式（4/π系统）
根据相位矢量图，得到双比特码元与载波相位之间的对应关系，如表9.1所示。 A 方式的QPSK 信号可表示为 )2 cos()cos()(πωθωn t t t s c n c +=+=，3 ,2 ,1 ,0=n B 方式的QPSK 信号可表示为 )4 1 2cos()cos()(πωθω++ =+=n t t t s c n c ，3 ,2 ,1 ,0=n 由于QPSK 信号普遍采用正交调制（又称IQ 调制）法产生，故QPSK 信号统一表示为 t Q t I t t s c c n c ωωθωsin cos )cos()(?-?=+= 这样，将a 码送入I 路，b 码送入Q 路，然后将I 路信号与载波t c ωcos 相乘，Q 路信号与正交载波t c ωsin 相乘，之后通过加法器相加，即可得到QPSK 信号。 2、QPSK 调制 以B 方式为例，QPSK 信号的产生方法有两种：一是正交调制法，二是相位选择法。 （1）正交调制(IQ 调制)法 二进制调相信号通常采用键控法，而多进制调相信号普遍采用IQ 调制法产生。正交调制法产生QPSK 信号的原理框图如图9.2所示，它可以看成由两个2PSK 调制器构成，上支路将a 码与余弦载波相乘，下支路将b 码与余弦载波相乘，这样产生载波相互正交的两路2PSK 信号，再将这两路信号相加，通过矢量合成便是QPSK 信号。 图9.2 正交调制法产生QPSK 信号 （a ）原理框图 （b ）矢量合成原理 图中输入的数字基带信号)(t A 是二进制的单极性不归零码，通过“串/并变换”电路变成并行的两路码元a 和b 后，其每个码元的传输时间是输入码元的2倍，且单极性信号将变为双极性信号。其变换关系式将“1”变为“+1”、“0”变为“-1”。“串/并变换”过程如图9.3所示，图中0、1、2等表示为二进制基带码元的序号。 从电路实现的角度看，串并变换实现了双比特码元和I 、Q 两路信号幅度之间的映射，如表9.2所示。IQ 信号幅度只有2种取值，设为2/1是为了保证输出QPSK 信号幅度为1。 ) 1(a )0(a ) 1(b ) 0(b ) 1 ,1() 0 ,0() 0 ,1() 1 ,0(
QPSK 即4PSK ，正交相移调制。 在看QPSK 之前，先看一下通信系统的调制解调的过程 为了方便分析，先假设这里是理想信道，没有噪声，接收端已经载波同步，位同步。 调制后的信号数学模型为：cos()c A w t φ+ 上述的x(t)被调制到了A,?上。 如果调制信息在A 上，就是调幅，如果调制信息在φ上，就是调相。 QPSK 正是通过调整φ的变化，来传输信息。φ分别取45135225,315????，，4个相位表示00，01，10，11表示4个信息，调制后的信号表达式为： cos(45),00cos(135),01()cos(225),10 cos(315),11c c c c A w t x A w t x s t A w t x A w t x ?????+=?+=?=?+=??+=? (cos cos 45sin sin 45),00(cos cos135sin sin135),01()(cos cos 225sin sin 225),10 (cos cos315sin sin 315),11c c c c c c c c A w t w t x A w t w t x s t A w t w t x A w t w t x ?????????-=?-=?=?-=??-=? sin ),00cos sin ),01()cos sin ),10sin ),11c c c c c c c c w t w t x w t w t x s t w t w t x w t w t x -=-+==--=+= 这样的话，我们调制任何一个信号，都可以转化为调制在同一时刻的两路上的幅度调制后再相加合并为一路输出，而调制模型cos()c A w t φ+中任意的A 和φ，根据正交分解的原理，又可以分解到两个相互正交个坐标轴上，这就是星座映射、IQ 分路的本质原理。又由于cos()sin()c jw t c c e w t j w t =+，所有我们又经常把需要IQ 分路的调制用c jw t e 这样的复数来表示，也经常说IQ 分别是实部，虚部。当然这么说是不准确的，IQ 两路就是同相和正交，而且默认的调制模型是cos()c A w t φ+，以上才成立。