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
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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k I
、k Q 通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±2/2;B 方式中:0°、90°、180°、270°,则数据k I
、k Q 通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。

表
(0,1)
(1,1)
(0,0)
参考相位
参考相位
(a)
(b)
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±2/2）。

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。

a(1)b(1)
b(0)
a(0)
图1-2 矢量图
表1—2 QPSK
用调相法产生
图1—3 QPSK调制器框图
10
010********
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
A tω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，cos
A tω和sin
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。

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
clear all；
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；
while i<101
if mod（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;
while i〈51
if data24(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
if data24(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
if data24(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
if data24(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；
while i<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;
for x=0:1:49
error_m=0;
for y=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）;
for i=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）;
for i=1：50
sum=0;
for n=1：4；
sum=sum+Ia_j1(1，4＊(i—1）+n)； end
sum=sum/4；
if sum>=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
if sum<=-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
F（1，4*i-3)=0；
F（1，4*i—2)=0;
F（1，4＊i-1)=0;
F（1,4＊i)=0；
end
end
end
Ia_j=F；
dos_f=fft(data_out_s)；
Qa_f=fft(Qa);
dos_f_mag=abs(dos_f)；
dos_f_ang=angle(dos_f）；
for i=51：1:149
dos_f_mag(1，i）=dos_f_mag（1,i)/3；end
Q_j=dos_f_mag。

*exp(j＊dos_f_ang）;
Qa_j1=ifft（Q_j);
Qa_j1=2＊real(Qa_j1)；
for i=1：50
sum=0；
for n=1：4；
sum=sum+Qa_j1（1,4*(i—1）+n)； end
sum=sum/4;
if sum>=mq
G(1，4*i-3）=1；
G（1，4*i-2）=1；
G(1，4*i-1）=1；
G（1,4*i）=1;
else
if sum<=—mq
G(1，4*i—3)=—1；
G(1,4＊i-2)=—1；
G（1,4＊i—1）=—1;
G（1,4*i）=-1;
else
G（1,4＊i-3)=0;
G（1,4*i—2)=0;
G（1，4＊i-1)=0;
G（1，4*i)=0;
end
end
end
Qa_j=G;
for i=1：50
if Ia_j(1,4*i-2)==1&＆Qa_j（1，4*i-2)==0
data2_out(1，2*i—1)=0；
data2_out(1，2*i）=0；
else
if Ia_j（1，4*i-2)==0＆&Qa_j(1,4＊i—2）==1
data2_out(1，2＊i-1）=1;
data2_out（1，2＊i)=0；
else
if Ia_j（1,4*i—2）==—1＆&Qa_j（1,4＊i—2）==0 data2_out（1，2＊i—1）=1;
data2_out（1，2＊i）=1；
else
if Ia_j（1，4*i—2)==0＆&Qa_j(1，4*i-2)==—1 data2_out（1，2*i—1）=0；
data2_out（1，2＊i）=1;
end
end
end
end
end
for i=1:100
if data2（1，i）～=data2_out(1，i）；
error_m=error_m+1;
end
end
end
error_rate（1，x+1）=error_m/10000；
end
subplot（5,1，3)；plot（1：200,Ia_j）;
subplot（5,1,4）;plot(1:200,Qa_j);
subplot(5，1，5）;semilogy(0:0。

2：9.8,error_rate)；
5.实验结果
I，Q，误码率曲线图。