QPSK调制解调的系统仿真实验
QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统Matlab仿真实现
QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统Matlab仿真实现一、引言MIMO-OFDM系统是一种融合了多输入多输出（MIMO）和正交频分复用（OFDM）技术的无线通信系统，能够显著提高数据传输速率和系统可靠性。
在MIMO-OFDM系统中，调制方式的选择对系统性能具有重要的影响。
QPSK和16QAM是两种常用的调制方式，它们在MIMO-OFDM系统中的应用对系统的性能和效率有着明显的影响。
本文将针对QPSK和16QAM调制下的MIMO-OFDM系统进行Matlab仿真实现，以研究两种调制方式对系统性能的影响。
二、MIMO-OFDM系统基本原理MIMO-OFDM系统由MIMO技术和OFDM技术组成。
MIMO技术利用多个天线发射和接收信号，通过空间分集和空间复用的方式提高系统的性能和可靠性。
而OFDM技术将带宽分成多个子载波，并采用正交调制方式传输数据，能够有效克服多径干扰和频率选择性衰落，提高系统的抗干扰能力和频谱利用率。
MIMO-OFDM系统将MIMO技术和OFDM技术结合，充分发挥两者的优势，实现了高速率和高可靠性的无线通信。
1. Matlab仿真环境搭建需要在Matlab环境中搭建MIMO-OFDM系统的仿真环境。
在Matlab中，可以使用Communications Toolbox和Wireless Communications Toolbox工具箱来搭建MIMO-OFDM系统的仿真环境。
通过这些工具箱，可以方便地构建MIMO通道模型、OFDM调制器和解调器等系统组件，并进行参数设置和仿真运行。
2. QPSK调制方式在QPSK调制方式下，将复数信号映射到星座图上，每个符号点代表两个比特。
QPSK调制方式可以实现较高的传输速率和频谱利用率，适用于高速率和大容量的无线通信场景。
在MIMO-OFDM系统中，QPSK调制方式通常用于传输速率要求较高的场景，例如视频传输和高速数据传输等。
2. MIMO-OFDM系统仿真实现与QPSK调制方式类似，利用Matlab中的Wireless Communications Toolbox，可以进行16QAM调制下MIMO-OFDM系统的仿真实现。
四相移相键控(QPSK)调制及解调实验
实验二四相移相键控（QPSK ）调制及解调实验一、 实验目的1、了解QPSK 调制解调原理及特性。
2、了解载波在QPSK 相干及非相干时的解调特性。
二、 实验内容1、观察I 、Q 两路基带信号的特征及与输入NRZ 码的关系。
2、观察IQ 调制解调过程中各信号变化。
3、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。
三、 基本原理（说明：原理部分需简要介绍）1、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。
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。
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2、QPSK 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地相干参考信号()t 1φ和()t 2φ。
四、实验步骤（说明：要详细）（1）QPSK 调制程序close all% x1是类似[1 1 -1 -1 -1 -1 1 1]的分布,作用是控制相位的180°反转。
%由于仿真中载波的频率是f=1Hz，所以1s的间隔内有一个完整周期的正弦波。
t=[-1:0.01:7-0.01]; % t共800个数据，-1~7st1=[0:0.01:8-0.01]; %t1也是800个数据点，0 ~8stt=length(t); % tt=800x1=ones(1,800);for i=1:ttif (t(i)>=-1 & t(i)<=1) | (t(i)>=5& t(i)<=7);x1(i)=1;else x1(i)=-1;endendt2 = 0:0.01:7-0.01; %t2是700个数据点，是QPSK_rc绘图的下标t3 = -1:0.01:7.1-0.01; %t3有810个数据点，是i_rc的时间变量t4 = 0:0.01:8.1-0.01; %t4有810个数据点，是q_rc的时间变量tt1=length(t1);x2=ones(1,800); %x2是类似于[1 1 -1 -1 1 1 1 1]的分布,作用是控制相位的180°反转for i=1:tt1if (t1(i)>=0 & t1(i)<=2) | (t1(i)>=4& t1(i)<=8);x2(i)=1;else x2(i)=-1;endendf=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f); %xrc是一个低通特性的传输函数y1=conv(x1,xrc)/5.5; %y1和x1 实际上没什么区别，仅仅是上升沿、下降沿有点过渡带y2=conv(x2,xrc)/5.5; % y2和x2 实际上没什么区别，仅仅是上升沿、下降沿有点过渡带n0=randn(size(t2));f1=1;i=x1.*cos(2*pi*f1*t); % x1就是I dataq=x2.*sin(2*pi*f1*t1); %x2就是Q dataI=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); % y1就是I data，i_rc可能是贴近实际的波形,i则是理想波形q_rc=y2.*sin(2*pi*f1*t4); %y2就是Q data，q_rc可能是贴近实际的波形,q则是理想波形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;subplot(3,1,1);plot(t3,i_rc);axis([-1 8 -1 1]);ylabel('a序列');subplot(3,1,2);plot(t4,q_rc);axis([-1 8 -1 1]);ylabel('b序列');subplot(3,1,3);plot(t2,QPSK_rc);axis([-1 8 -1 1]);ylabel('合成序列');（2）QPSK解调程序clear allclose allbit_in = randint(1e3, 1, [0 1]);bit_I = bit_in(1:2:1e3); %bit_I为”奇数序列”，奇数序列是同相分量，以cos为载波bit_Q = bit_in(2:2:1e3); %bit_Q是bit_in的所有偶数下标组成的”偶数序列”，以sin为载波data_I = -2*bit_I+1; % 将bit_I中的1变成-1，0变成1; 注意data_I是500点data_Q = -2*bit_Q+1; %将bit_Q中的1变成-1，0变成1data_I1=repmat(data_I',20,1); %将500行的列向量data_I的共轭转置data_I’复制为20*500的矩阵，20行数据是相同的。
QPSK调制解调技术的设计与仿真
QPSK调制解调技术的设计与仿真QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）调制解调技术是一种常用于数字通信系统中的调制解调方法，它可以实现高效的数据传输。
本文将简要介绍QPSK调制解调技术的设计原理，并通过仿真实例展示其性能。
1.将输入数据序列划分成两个并行的数据流，分别为I分量和Q分量。
2.对于I分量和Q分量，进行二进制相位调制，将每个比特映射到一个相位点上。
3.将I分量和Q分量进行合并，得到复数信号。
4.对复数信号进行带通滤波，抑制带外噪声。
5.将带通滤波后的信号进行模拟调制，得到QPSK信号。
QPSK解调原理：QPSK解调是将接收到的QPSK信号解调为二进制比特流的过程。
具体过程如下：1.将接收到的QPSK信号分为实部和虚部，并进行带通滤波，抑制带外噪声。
2.对实部和虚部信号进行比较，得到原始的二进制数据流。
QPSK的仿真实例：我们将通过MATLAB软件进行QPSK调制解调的仿真。
假设我们有一个长度为N的二进制数据序列，首先，我们将数据序列拆分为两个并行的数据流，即I分量和Q分量。
然后，对这两个数据流进行二进制相位调制，将每个比特映射到一个相位点上。
在这里，我们可以使用带限相移键控（BLMSK）调制来实现QPSK调制。
接下来，将I分量和Q分量合并为复数信号。
然后，对复数信号进行带通滤波，并进行模拟调制，得到QPSK信号。
仿真步骤如下：1.定义二进制数据序列，生成随机的0和1的序列。
2.将二进制数据序列拆分为两个并行的数据流，即I分量和Q分量。
3.对I分量和Q分量进行二进制相位调制，将比特映射到相位点上。
4.合并I分量和Q分量为复数信号。
5.对复数信号进行带通滤波，抑制带外噪声。
6.进行模拟调制，得到QPSK信号。
7.添加高斯噪声，并进行解调。
8.对解调后的信号进行比较，得到原始的二进制数据流。
9.比较原始的二进制数据序列和解调后的数据序列，计算误码率。
通过以上仿真步骤，我们可以得到QPSK调制解调的性能指标，如误码率等。
实验九qpsk调制与解调实验报告
实验九Q P S K/O Q P S K调制与解调实验一、实验目的1、了解用CPLD进行电路设计的基本方法。
2、掌握QPSK调制与解调的原理。
3、通过本实验掌握星座图的概念、星座图的产生原理及方法，了解星座图的作用及工程上的作用。
二、实验内容1、观察QPSK调制的各种波形。
2、观察QPSK解调的各种波形。
三、实验器材1、信号源模块一块2、⑤号模块一块3、20M双踪示波器一台4、连接线若干四、实验原理（一）QPSK调制解调原理1、QPSK调制QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。
用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图12-1（a）所示。
图中，串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。
设两个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12-1（b）中虚线矢量。
将两路输出叠加，即得如图12-1（b）中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表12-1所示。
（a）（b）图12-1 QPSK调制2、QPSK解调图12-2 QPSK相干解调器由于四相绝对移相信号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，其组成方框图如图12-2所示。
图中的并/串变换器的作用与调制器中的串/并变换器相反，它是用来将上、下支路所得到的并行数据恢复成串行数据的。
（二）OQPSK调制解调原理OQPSK又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK的改进型，为了克服QPSK中过零点的相位跃变特性，以及由此带来的幅度起伏不恒定和频带的展宽（通过带限系统后）等一系列问题。
若将QPSK中并行的I，Q两路码元错开时间（如半个码元），称这类QPSK为偏移QPSK或OQPSK。
通过I，Q路码元错开半个码元调制之后的波形，其载波相位跃变由180°降至90°，避免了过零点，从而大大降低了峰平比和频带的展宽。
实验三π-4DQPSK调制解调实验
实验三 π/4DQPSK 调制解调实验一、实验目的1、掌握π/4-DQPSK 调制解调原理。
2、理解π/4-DQPSK 的优缺点。
二、实验内容1、观察π/4-DQPSK 调制过程各信号波形。
2、观察π/4-DQPSK 解调过程各信号波形。
三、实验仪器1、移动通信实验原理实验箱 一台2、20M 双踪示波器一台四、实验原理1、π/4-DQPSK 调制原理π/4-DQPSK 是对QPSK 信号特性的进行改进的一种调制方式。
改进之一是将QPSK 的最大相位跳变±π，降为±3π/4，从而改善了π/4-DQPSK 的频谱特性，改进之二是解调方式，QPSK 只能用于相干解调，而π/4-DQPSK 既可以用相干解调也可以采用非相干解调。
π/4-DQPSK 已用于美国的IS-136数字蜂窝系统，日本的（个人）数字蜂窝系统（PDC ）和美国的个人接入通信系统（PACS ）。
设π/4－DQPSK 信号为：()）（k c k t t S ϕω+=cos 式中，k ϕ为kTs t Ts k ≤≤-)1(之间的附加相位。
上式可展开成：()k c k c k t t t S ϕωϕωsin sin cos cos -=当前码元的附加相位k ϕ是前一码元附加相位1-k ϕ与当前码元相位跳变量k ϕ∆之和， 即：k k k ϕϕϕ∆+=-1k k k k k k k k U ϕϕϕϕϕϕϕ∆-∆=∆+==---sin sin cos cos )cos(cos 111 k k k k k k k k V ϕϕϕϕϕϕϕ∆+∆=∆+==---sin cos cos sin )sin(sin 111其中，1111sin ,cos ----==k k k k V U ϕϕ，上面两式可改写为：k k k k k V U U ϕϕ∆-∆=--sin cos 11k k k k k U V V ϕϕ∆+∆=--sin cos 11这是π/4-DQPSK 的一个基本关系式。
QPSK调制解调实验报告
QPSK调制解调实验报告一、实验目的1．把握QPSK调制解调原理。
2．明白得QPSK的优缺点。
二、实验内容1．观看QPSK调制进程各信号波形。
2．观看QPSK解调进程各信号波形。
三、预备知识1．QPSK调制解调的大体原理。
2. QPSK调制解调模块的工作原理及电路说明。
四、实验器材1. 移动通信原理实验箱。
2．20M数字双踪示波器。
五、实验原理1.QPSK调制原理QPSK又叫四相绝对相移调制，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，故每一个四进制码元又被称为双比特吗元。
咱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一般是依照格雷码排列的，它与载波相位的关系如表3-1所示，矢量关系如图3-1所示。
图（a）表示A方式的QPSK信号矢量图，图（b）表示B方式的QPSK信号矢量图。
用调相发产生QPSK调制原理框图如下图：解调原理由于QPSK能够看做诗两个正交2PSK信号的合成，故它能够采纳与2PSK信号类似的解调方式进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器组成，其原理框图如下图：六．实验步骤方式的QPSK调制实验（1）将“调制类型选择”拨码开关拨为00010000、0001，那么调制类型选择为A方式的QPSK 调制。
（2）别离观看并说明NRZ码经串并转换取得的‘DI’、‘DQ’两路的一个周期的数据波形。
CH1:NRZ CH2:DI CH1:NRZ CH2:DQ（3）双踪观看并分析说明‘DI’与‘I路成型’信号波形；‘DQ’与‘Q路成型’信号波形；CH1:DI CH2:I路成形 CH1:DQ CH2:Q路成形（4）双踪观看并分析说明‘I路成形’信号波形与‘I路调制’同相调制信号波形；‘Q路成形’信号与‘Q路调制’正交调制信号波形。
CH1: I路成形 CH2: I路调制CH1: Q路成形 CH2: Q路调制（5）用示波器观看并说明‘I路成形’信号与‘Q路成形信号的X-Y波形。
QPSK调制解调实验
实验一QPSK 调制实验一、实验目的1、掌握QPSK 的调制解调原理。
2、掌握QPSK 的软件仿真方法。
3、掌握QPSK 的硬件设计方法。
二、预习要求1、掌握QPSK 的编解码原理和方法。
2、熟悉matlab 的应用和仿真方法。
3、熟悉DSP 和FPGA 的开发方法。
三、实验原理1、QPSK 调制的工作原理多相相移键控（MPSK ），特别是四相相移键控（QPSK ）是目前移动通信、微波通信和卫星通信中最常用的载波传输方式。
四相相移键控（QPSK ）信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，其信号表达式为：)cos()(i c i t A t S θω+= i ＝1，2，3，4 0≤t ≤TsTs 为四进制符号间隔，{i θ:i=1,2,3,4}为正弦波载波的相位，有四种可能状态。
如以下矢量图所示：如图为QPSK 的相位图，QPSK 的相位为（－3π/4，－π/4，π/4，3π/4）。
对于QPSK ：)sin cos cos (sin )sin()(i c i c i c i t t A t A t S θωθωθω+=+= 0≤t ≤Ts由于21cos ±=i θ 21s i n ±=i θ所以：)cos )(sin )((2)(t t Q t t I A t S c c i ωω+=21cos )(±==i t I θ21s i n )(±==i t Q θQPSK 正交调制器方框图如图所示：I图QPSK 正交调制器方框图在kTs ≤t ≤(k+1) Ts(Ts=2Tb)的区间，QPSK 产生器的输出为：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧--=-+-=--+=+++=+=----11),43cos(11),4cos(11),43cos(11),4cos()(1111n n c n n c n n c n n c a a t A a a t A a a t A a a t A t s πωπωπωπω2、QPSK 的相干解调的基本工作原理 QPSK 的相干解调方框图如图所示：图QPSK 的相干解调方框图当调制信号为I ＝1，Q ＝1时，由调制原理，调制输出信号为t t t S c c i ωωcos sin )(+=，在没有噪声和延时的理想状态时，解调器的输入t t t S t r c c i ωωcos sin )()(+==，则I 检测器的输出为：t t t t t t r c c c c c ωωωωωsin cos sin sin sin )(+=t t t t c c c c ωωωω2sin 212cos 21212sin 21)2cos 1(21+-=+-=则Q 检测器的输出为：t t t t t t r c c c c c ωωωωωcos cos cos sin cos )(+=t t t t c c c c ωωωω2sin 212cos 21212sin 21)2cos 1(21++=++=用截止频率小于2c ω的低通滤波器对I 检测器的输出滤波后得到1/2,即为逻辑1；对Q 检测器的输出滤波后得到1/2,即为逻辑1。
移动通信实验 四相移相键控(QPSK)调制及解调实验
实验一四相移相键控（QPSK）调制及解调实验一．实验目的：1、了解QPSK调制解调原理及特性。
2、了解载波在QPSK相干及非相干时的解调特性。
二．实验内容：1、观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。
2、观察IQ调制解调过程中各信号变化3、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。
三．基本原理：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。
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。
四．实验原理：实验模块简介：1、基带成形模块：主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。
2、IQ调制解调模块：主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交调解。
3、码元再生模块主要功能：从解调出的IQ基带信号中恢复复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。
4、PSK载波恢复模块主要功能：与IQ调制解调模块上的解调电路连起来组成一个完整的科斯塔斯环恢复PSK 已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。
五．实验步骤：1、在实验箱上按正确安装基带成形模块、IQ调制解调模块、码元再生模块、PSK载波恢复模块。
2、QPSK调制实验a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成如下链接源端口目的端口连线说明基带模块：PN31 基带模块：NRZ IN 提供PN31伪随机序列基带模块：I-OUT IQ模块：I-IN 串并变换后的I路信号输入基带模块：Q-OUT IQ模块：Q-IN 串并变换后的Q路信号输入*检查连线是否正确，检查无误后打开电源。
QPSK调制与解调(Matlab仿真)
QPSK调制与解调（Matlab仿真）1. 一般在仿真的时候，大家都喜欢直接做等效基带仿真（类似于星座点的仿真）。
但实际要传，还是要传频带的波形信号。
2. 为了模拟真实的环境，先把基带信号经过一个自定义的信道，然后再做脉冲成型，上变频，加一点噪声AWGN进去。
3. 为了模拟同步，应该用专用的同步算法。
但是这里的重点不在同步。
所以用了很简单粗暴的办法。
假装直接同步上了。
4. 为了造出不同步的结果，可以这样写 x_未同步 = [x(300:end); x; x]; 相当于循环发送，循环接收。
这是仿真。
Main%%% 单载波QPSK 接收端% 2017年5月17日18:02:56clear;close all;clcrand_seed = 0;rand('seed',rand_seed);randn('seed',rand_seed);%%% Set up parameters and signals.M = 4; % Alphabet size for modulationbaud_rate = 100; % Baud ratef_carrier1 = 75; % Carrier frequencyNsym = 10000; % Number of symbolsmsg = randi([0 M-1],Nsym,1); % Random messagehMod = comm.RectangularQAMModulator(M);modmsg = step(hMod,msg); % Modulate using QAM. % 映射后的基带信号trainlen = 1000; % Length of training sequencerolloff = .3; % 滚降因子span = 20 ; % 截断长度sps = 10; % Samples per symbolrrcFilter=rcosdesign(rolloff,span,sps,'sqrt'); %根升余弦滚降滤波器，‘sqrt’均方根升余弦；‘normal’升余弦fs = baud_rate*sps; % 时间采样率,时间采样间隔为1/fs 秒Tsymbol=1/baud_rate;% 2. 脉冲成型% txSig = upfirdn(modmsg, rrcFilter, sps); % 发送端的基带复波形信号% chan = [1; .001];chan = [.986; .845; .237; .123+.31i]; % Channel coefficients% chan = [1 0.45 0.3+0.2i]; % Channel coefficientsfiltmsg = filter(chan,1,modmsg); % Introduce channel distortion.（已经经过信道的畸变的基带复信号，星座点）txSig = upfirdn(filtmsg, rrcFilter, sps); % 发送端的基带复波形信号txSig = awgn(txSig,20,'measured'); % Add AWGNt = (0:1/fs:((length(txSig)-1)/fs)).';T = t(end)+1/fs;df = 1/T;freq = -fs/2:df:fs/2-df;cos1 = cos(2*pi*f_carrier1 * t);sin1 = sin(2*pi*f_carrier1 * t);x_upconv = real(txSig).* cos1 + imag(txSig) .* sin1;%% === 接收端x_training_wave = x_upconv;x_training_msg = msg;rxSig = [x_upconv(300:end) ; x_upconv];% 1. 同步x_resampled = resample(rxSig,1,1);x_sync = sync_two_signals( x_resampled,x_training_wave,0);figure(2);plot(freq,20*log10(abs(fftshift(fft(x_sync))/max(abs(fftshift(fft(x_sync)))))));ylim([-100,10])xlim([0,freq(end)])grid on;xlabel('频率(Hz)');title('接收信号');% 2. 下变频+ 匹配滤波xi_dnconv = x_sync .* cos1;xq_dnconv = x_sync .* sin1;x_filtered = xi_dnconv + 1j * xq_dnconv;rxFilt = upfirdn(x_filtered, rrcFilter, 1, sps);rxFilt = rxFilt(span+1:end-span); % 这是接收端匹配滤波后的信号% 3. 均衡% eq1 = lineareq(6, lms(0.01)); % LMSeq1 = lineareq(30, rls(0.99,0.01)); % Create an equalizer object. % 40 taps，RLS算法，步长0.99，自相关矩阵逆矩阵的初值InvCorrInit对角线上的元素eq1.SigConst = step(hMod,(0:M-1)')'; % Set signal constellation. % 标准星座图[symbolest,~] = equalize(eq1,rxFilt,x_training_msg(1:trainlen)); % Equalize. % 均衡器obj，需要均衡的信号，训练序列symbolest = symbolest ./ mean(abs(symbolest)) .* mean(abs(eq1.SigConst));% Plot signals.h = scatterplot(rxFilt,1,trainlen,'bx'); hold on;scatterplot(symbolest,1,trainlen,'r.',h);scatterplot(eq1.SigConst,1,0,'k*',h);legend('Filtered signal','Equalized signal',...'Ideal signal constellation');hold off;% Compute error rates with equalization.hDemod = comm.RectangularQAMDemodulator(M);demodmsg = step(hDemod,symbolest); % Demodulate detected signal from equalizer.% Create ErrorRate Calculator System objectserVec = step(comm.ErrorRate,msg(trainlen+1:end),demodmsg(trainlen+1:end));srate = serVec(1)snum = serVec(2)% Convert integers to bitshIntToBit = comm.IntegerToBit(log2(M));Tx_bit = step(hIntToBit, msg(trainlen+1:end));Rx_bit = step(hIntToBit, demodmsg(trainlen+1:end));% Calculate BERberVec = step(comm.ErrorRate,Rx_bit,Tx_bit);brate = berVec(1)bnum = berVec(2)同步的代码function x_sync = sync_two_signals( x_resampled,x_training_wave,idx )% sync_two_signals( x_resampled,x_training_wave,idx )% x_resampled：收到的信号% x_training_wave：用发送的信号% idx：要找同步上的第几段。
QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统Matlab仿真实现
QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统Matlab仿真实现1. 引言1.1 背景介绍MIMO（Multiple Input Multiple Output）技术和OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术是目前无线通信领域中常用的关键技术。
MIMO技术通过在传输端和接收端利用多个天线进行数据传输，从而提高系统的传输效率和抗干扰性能。
而OFDM技术则利用频谱分割和并行传输的方式，提高信道传输效率和抗多径干扰的能力。
本文将结合QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）调制和16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）调制两种常见调制方式，设计并实现MIMO-OFDM系统。
QPSK调制使用4个相位点来表示传输信号，适用于简单的调制场景；而16QAM调制则利用16个不同的信号点表示传输信号，可以提高传输速率和频谱利用效率。
通过Matlab仿真实现这两种调制方式下的MIMO-OFDM系统，并进行性能分析和实验结果展示，旨在探究不同调制方式对系统性能的影响，为未来的无线通信系统设计提供参考和借鉴。
1.2 研究意义研究QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统的意义在于探索该组合对系统性能的影响，进一步优化系统设计和参数配置。
通过比较不同调制方式下MIMO-OFDM系统的性能表现，可以为实际通信系统的部署提供重要参考依据。
研究还有助于深化对多址接入、信道编解码等关键技术的理解，并为提高系统的可靠性、稳定性和数据传输速率提供技术支持。
探究QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统的研究意义重大，不仅可以促进通信技术的进步，还可以为实际应用中的无线通信系统提供更加稳定和高效的解决方案。
1.3 研究目的研究目的：通过对QPSK和16QAM调制下MIMO-OFDM系统的设计和仿真实现，旨在探究在多输入多输出和正交频分复用技术的基础上，如何提高系统的性能和可靠性。
基于Matlab的QPSK调制与解调系统仿真
一、多进制调制带通二进制键控系统中，每个码元只能传输1b信息，其频带利用率不高。
为了提高频带利用率，最有效的办法是使一个码元传输多个比特的信息。
这就是多进制键控体制。
多进制数字调制是利用多进制数字基带信号去调制载波的振幅，频率或相位。
因此，相应地有多进制数字振幅调制（MASK)，多进制数字频率调制（MPSK)以及多进制数字相位调制（MPSK)等。
多进制数字调制是利用多进制数字基带信号去调制载波的振幅、频率或相位。
由于多进制数字调制信号的被调参数在一个码元宽度内有多个可能的取值，因此与二进制数字调制相比，具有以下两个特点：(1)在相同的信道码元传输速率下，L进制系统的信息传输速率是二进制系统的log L倍；2(2)在相同的系统传信率下，多进制信道的符号速率可以低于二进制的符号速率，因而所需信道带宽减小。
因此，多进制调制方式获得了广泛的应用，成为提高通信效率的主要手段。
二、QPSK的原理QPSK（4PSK，正交相移键控）又叫四相绝对相移调制，是最常用的MPSK，分为π/2系统和π/4系统两种。
它是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，故每个四进制码元又被称为双比特码元。
QPSK系统在用正交调制部分需要进行串/并变换，其中串/并变换电路将QPSK调制的两位编码按比特分开，走上下两路，分成的两路序列速率减半，电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t),然后各自去调制相互正交的正弦波，再进行矢量合成，即得到QPSK信号。
图1 QPSK调制电路在解调部分可以用两个正交的载波信号实现相干解调。
正交路和同相路分别设置两个相关器，得到I(t)和Q(t)，经电平判决和并/串变换即可恢复原始信息。
图2 QPSK解调电路三、详细设计步骤1 根据QPSK的调制及解调原理及原理框图，MATLAB程序来仿真这个系统应遵循以下几个步骤：调制部分：（1）串/并变换（2）极性转换（3）电平产生（4）两分路分别与载波相乘（5）合并两路信号信道部分：加入高斯白噪声解调部分：（1）接收到的信号分别乘以正弦信号及余弦信号（2）两路信号分别进行抽样判决（3）并/串变换2 用MATLAB 程序来实现QPSK 调制与解调系统仿真四、设计结果及分析0100200300400500600700800-2-1.5-1-0.50.511.52产生的二进制波形图1 产生的随机二进制序列050100150200250300350400-2-112二进制信息050100150200250300350400-2-112余弦分路信号图2 基数位的二进制序列及调制后的波形050100150200250300350400-2-112二进制信息050100150200250300350400-2-112正弦分路信号图3偶数位的二进制序列及调制后的波形050100150200250300350400-1-0.50.51加性高斯白噪声时域波形050100150200250300350400051015加性高斯白噪声频谱图4 加性高斯白噪声的时域波形及频谱050100150200250300350400-55接收端信号的时域图050100150200250300350400-202接收端正弦分路信号050100150200250300350400-22接收端余弦分路信号图5接收端信号的时域图及正余弦两路信号的波形0510********35404550-29.5-29-28.5-28-27.5-27-26.5-26-25.5-25-24.5Frequency (Hz)P o w e r /f r e q u e n c y (d B /H z )加性高斯白噪声功率谱密度图6 加性高斯白噪声的功率谱密度0100200300400500600700800-2-1.5-1-0.50.511.52解调出的波形图7 接收端最终解调后的二进制序列五、总结在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。
QPSK调制解调技术的设计与仿真
QPSK调制解调技术的设计与仿真首先，我们来介绍QPSK调制器的设计。
QPSK调制器将输入的数字信息信号转换为相应的调制信号，具体步骤如下：2.将每个分组的两个比特转换为对应的相位值，常用的映射方式为00-0度，01-90度，10-180度，11-270度。
3.将每个相位值对应到正弦和余弦信号上，得到QPSK信号的两个分量。
4.将两个分量相加，得到最终的QPSK调制信号。
接下来，我们来介绍QPSK解调器的设计。
QPSK解调器将接收到的QPSK调制信号转换回原始的数字信息信号，具体步骤如下：1.接收到QPSK调制信号，并将其分为两个分量。
2.对每个分量进行相位解调，可以通过比较信号的相位和参考信号的相位差来得到原始信息信号的两个比特。
3.将解调得到的两个比特合并，得到原始的数字信息信号。
为了验证设计的准确性和性能，可以使用Simulink等仿真工具进行QPSK调制解调技术的仿真。
以下是一个简单的QPSK调制仿真示例：1. 在Simulink中创建一个信号源模块，用于生成数字信息信号。
2.使用QPSK调制器模块将数字信息信号进行调制。
3.添加信道模型模块，模拟信号在传输过程中可能发生的噪声和干扰。
4.使用QPSK解调器模块将接收到的信号进行解调。
5.添加误码率测量模块，用于评估解调的准确性和性能。
6.运行仿真并分析结果，包括误码率、信噪比等指标。
通过不断调整仿真参数和算法设计，可以优化QPSK调制解调技术的性能，提高数字通信系统的传输质量。
总结起来，QPSK调制解调技术的设计与仿真主要包括调制器的设计和解调器的设计。
通过将输入的数字信息信号转换为相位变化的载波信号，并将接收到的载波信号转换回数字信息信号，QPSK调制解调技术实现了可靠的数字通信。
通过仿真工具的使用，可以验证设计的准确性和性能，优化调制解调算法，提高系统的传输质量。
QPSK调制解调系统的systemview仿真设计
正文一、课程设计目的1.加深对所学的通信原理知识的理解。
2.熟练应用systemview 仿真软件进行通信系统进行仿真设计。
3.增强分析问题和解决问题的能力，了解通信系统的新技术、新发展。
二、课程设计题目及要求题目：QPSK 调制解调系统的systemview 仿真设计设计任务：1.理解QPSK 数字调制解调基本原理。
2设计V.26标准的QPSK 调制解调系统，其调制信号的码元速率为2.4kb/s ，经串并变换后I 、Q 通道的码元速率为1.2kb/s ；调制载波为1.8khz 的正弦波，数据采样频率为9.6kb/s 。
3.合理设置各模块参数，在systemview 平台进行系统仿真。
4.观察QPSK 调制信号波形及功率谱密度，观察低通滤波器输出波形的眼图。
三、QPSK 调制器的原理及原理框图对于该系统的仿真，关键是构建QPSK 调制与解调系统，具体的QPSK 调制与解调仿真系统如下。
在QPSK 中，数字序列相继两个码元的4种组合对应4个不同相位的正弦载波，即00、01、10、11分别对应)4cos(0πω+t A ，)4cos(0πω-t A ，)43cos(0πω+t A ，)43cos(0πω-t A ，其中0≤t ＜2T ，T 为比特周期。
图6(a)是QPSK 相位矢量图，图中I 表示同相信号，Q 表示正交信号。
图6(b)是QPSK 星座图，星座图中星座间的距离越大，信号的抗干扰能力就越强，接收端判决再生时就越不容易出现误码。
星座间的最小距离表示调制方式的欧几里德距离，欧几里德距离d 可表示为信号平均功率S 的函数。
QPSK 信号的欧几里德距离与平均功率的关系为S d 2=。
QPSK 的矢量图和星座图QPSK调制器的原理框图四、电路图1.QPSK系统原理仿真总电路图2.子系统--串并变换子系统电路图（50）3.波形恢复子系统电路图（51）4.并串变换子系统电路图.（52）①参数设置Token34：伪随机PN序列发生器(Amp=1V,Rate=2400Hz,Levels=2)。
基于 MATLAB的 QPSK 调制解调仿真
基于MATLAB的QPSK 调制解调仿真( 1 ) 熟悉2QPSK 调制解调原理。
(2)掌握编写2QPSK 调制解调程序的要点。
(3)掌握使用MATLAB 调制解调仿真的要点。
( 1 ) 根据2QPSK 调制解调原理，设计源程序代码。
( 2 ) 通过MATLAB软件仿真给定信号的调制波形。
(3)对比给定信号的理论调制波形和仿真解调波形。
QPSK即四进制移向键控(quaternary phase shift keying),它利用载波的4种不同相位来表示数字信息，由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此每个四进制码元可以用两个二进制码元的组合来表示。
两个二进制码元中的前一个码元用a 表示，后一个码元用b 表示。
由QPSK 信号的调制原理可知，对它的解调可以采用与2PSK 信号类似的解调方法进行解调。
解调原理图如图2-18-2 所示，同相支路和正交支路分别采用相干解调方式解调，得到I ( t )和Q(t),经过抽样判决和并/串交换器，将上下支路得到的并行数据恢复成串行数据。
(1 )利用QPSK 正交调制器，用调相法产生QPSK信号。
( 2 ) 画出QPSK 信号的波形。
( 3 ) 利用相干解调法，画出QPSK解调后的信号。
( 1 ) 首先，用调相法产生QPSK 信号。
( 2 ) 使用MATLAB 画出QPSK 信号的波形。
(3)根据相干解调法，画出解调后的波形，与原始信号波形进行比较。
N=20;%比特数T=1;%比特周期fc=2;%载波频率Fs=100;%抽样频率bitstream=randi([0,1],1,N);%随机产生的比特数0、1bitstream=2*bitstream-1;%单极性变为双极性（0到-1；1到1）I=[];Q=[];%奇数进I路,偶数进Q路for i=1:Nif mod(i,2)~=0I=[I,bitstream(i)];elseQ=[Q,bitstream(i)];endend%采用绘图比较I、Q比特流bit_data=[];for i=1:Nbit_data=[bit_data,bitstream(i)*ones(1,T*Fs)];%在一个比特周期里面有T*Fs个1和采样点一模一样endI_data=[];Q_data=[];for i=1:N/2%I路和Q路是原来比特周期的两倍,2Tb=Ts(码元周期)，因此采样点个数为T*Fs*2I_data=[I_data,I(i)*ones(1,T*Fs*2)];Q_data=[Q_data,Q(i)*ones(1,T*Fs*2)];end%绘图figure();%时间轴t=0:1/Fs:N*T-1/Fs;subplot(3,1,1)plot(t,bit_data);legend('Bitstream')%比特信息subplot(3,1,2)plot(t,I_data);legend('I Bitstream')%I路信息subplot(3,1,3)plot(t,Q_data);legend('Q Bitstream')%Q路信息%载波信号bit_t=0:1/Fs:2*T-1/Fs;%载波周期为2倍比特周期,定义时间轴%定义I路和Q路的载波I_carrier=[];Q_carrier=[];for i=1:N/2I_carrier=[I_carrier,I(i)*cos(2*pi*fc*bit_t)];%I路载波信号Q_carrier=[Q_carrier,Q(i)*cos(2*pi*fc*bit_t+pi/2)];%Q路载波信号end%传输信号QPSK_signal=I_carrier+Q_carrier;%绘图figure();%产生一个新图subplot(3,1,1)plot(t,I_carrier);legend('I signal')%I路信号subplot(3,1,2)plot(t,Q_carrier);legend('Q signal')%Q路信号subplot(3,1,3)plot(t,QPSK_signal);legend('QPSK signal')%I路、Q路和的信号snr=1;%信躁比%接收信号QPSK_receive=awgn(QPSK_signal,snr);%awgn()添加噪声%解调for i=1:N/2I_output=QPSK_receive(1,(i-1)*length(bit_t)+1:i*length(bit_t)).*cos(2 *pi*fc*bit_t);if sum(I_output)>0 %积分器求和，大于0为1，否则为-1I_recover(i)=1;elseI_recover(i)=-1;endQ_output=QPSK_receive(1,(i-1)*length(bit_t)+1:i*length(bit_t)).*cos(2 *pi*fc*bit_t+ pi/2);if sum(Q_output)>0Q_recover(i)=1;elseQ_recover(i)=-1;endend%并/串变换bit_recover=[];for i=1:Nif mod(i,2)~=0bit_recover=[bit_recover,I_recover((i-1)/2+1)];%奇数取I路信息elsebit_recover=[bit_recover,Q_recover(i/2)];%偶数取Q路信息endend%适用绘图比较I、Q比特流recover_data=[];for i=1:Nrecover_data=[recover_data,bit_recover(i)*ones(1,T*Fs)];endI_recover_data=[];Q_recover_data=[];for i=1:N/2I_recover_data=[I_recover_data,I_recover(i)*ones(1,T*Fs*2)];Q_recover_data=[Q_recover_data,Q_recover(i)*ones(1,T*Fs*2)];end%绘图figure();t=0:1/Fs:N*T-1/Fs;subplot(3,1,1)plot(t,recover_data);legend('Bitstream')%恢复的比特信息subplot(3,1,2)plot(t,I_recover_data);legend('I Bitstream')%恢复的I路信息subplot(3,1,3)plot(t,Q_recover_data);legend('Q Bitstream')%恢复的Q路信息Q路对应的比特数和波形图如下所示路和信号(QPSK）对应波Q路信息波形图如图所示在本次实验中，我根据QPSK 调制解调仿真原理，写出了源程序代码，了解到了很多东西，其中通过Matlab软件根据相干解调法，画出解调后的波形，与原始信号波形进行仿真比较。
QPSK调制解调试验报告
QPSK调制解调试验报告0QPSK调制解调实验报告一、实验目的1.掌握0QPSK调制解调原理。
2.理解0QPSK的优缺点。
二、实验内容1.观察0QPSK调制过程各信号波形。
2.观察0QPSKB调过程各信号波形。
三、预备知识1..0QPSK调制解调的基本原理。
2.0QPSK调制解调模块的工作原理及电路说明。
四、实验器材1,移动通信原理实验箱。
3字双踪示波器。
五、实验原理0QPSK调制解调原理0QPSK又叫四相相移键控，它通QPSK的不同之处是在正交支路引入了一个码元（TS）的延时，这使得两个支路的数据错开了一个码元时间，不会同时发生变化，而不像QPSK那样产生土兀的相位跳变，而仅能产生土兀/2的相位跳变，如图41星座图和相位转移图中看出对1QPSK兀相位的跳变消除了，所以1QPSK信号的带限不会导致信号包络经过零点。
0QPSK包络的变化小多了，因此对1QPSK的硬限幅或非线性放大不会再产生严重的频带扩展，0QPSK即使在非线性放大后仍能保持其带限的性质。
0QPSK 的调制方法和QPSK一样。
图41+100信道六、实验步骤1.A方式的0QPS颁制实验(1)将“调制类型选择”拨码开关拨为000XXXX1000、0001,则调制类型选择为A方式的0QPSK调制。
(2)分别观察并说明NRZ码经串并转换得到的D、DQ两路的一个周期的数据波形。
CH1:NRZCH2:DCH1:NRZCH2:DQ(3)双踪观察并分析说明D与路成形信号波形；DQ与Q路成形信号波形;CH1:DCH2:路成形CH1:DQCH2:Q路成形(4)双踪观察并分析说明路成形信号波形与路调制同相调制信号波形；Q路成形信号与Q路调制正交调制信号波形。
CH1:路成形CH2:路调制(5)用示波器观察并说明路成形信号与图进行比较说明。
CH1:Q路成形CH2:Q路调制Q路成形t号的_Y波形，分析并说明与A方式的星座图有什么不同。
3.A方式的0QPSKB调实验(1)将“调制类型选择”拨码开关拨为000XXXX1000、0100,“解调类型选择”拨码开关拨为000XXXX1000、0100,则解调类型选择为A方式的0QPSK解调。
QPSK调制解调的系统仿真实验
第26卷第5期杭州电子科技大学学报Vol.26,No.5 2006年10月Jo urnal of Ha ngzhou Dianzi Uni versi ty Oct.2006QPSK 调制解调的系统仿真实验高雪平1,官伯然1,汪海勇2(1.杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018;2.电子工业部第五十研究所,上海200063)收稿日期:2006-09-30作者简介:高雪平(1981-),女,浙江温州人,在读研究生,电磁场与微波技术.摘要:该文介绍了各种信息技术中信息的传输及通信起着支撑作用,而对于信息的传输,数字通信已成为重要手段。
该文根据当今现代通信技术的发展,对QPSK 信号的调制解调问题进行了分析,并给出了用美国E LANIX 公司的动态系统设计、仿真和分析软件System View 进行系统仿真的具体设置,分析了仿真结果,并提出了用FPGA 技术实现这种系统的详细方法。
关键词:四相相移键控信号;调制解调;现场可编程门阵列中图分类号:TN401 文献标识码:A 文章编号:1001-9146(2006)05-0052-040 引 言近年来,软件无线电作为解决通信体制兼容性问题的重要方法受到各方面的注意。
它的中心思想是在通用的硬件平台上,用软件来实现各种功能,包括调制解调类型、数据格式、通信协议等。
通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能,充分体现了体制的灵活性、可扩展性等。
其中高性能、高频谱效率的调制解调模块是移动通信系统的关键技术,它的软件化也是实现软件无线电的重要环节。
四相相移键控信号(Quardrature Phase-Shift Keying,QPSK)。
它具有一系列独特的优点,比如抗干扰能力强,在恒参信道下,QPSK 调制技术与FSK 、2PSK 、ASK 调制技术相比较,不但抗干扰能力强,而且能更经济有效地利用频带,适合回传通道的技术要求,因此被广泛应用于无线通信中,成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。
基于Simulink的QPSK系统仿真实验报告
QPSK 的系统仿真一、实验目的：1.了解QPSK 工作原理。
2.了解不同信道条件下对QPSK 信号带来的影响3.通过仿真实现QPSK ，并能通过数据及图形来分析不同信道条件下的系统性能。
4.学会使用matlab 仿真软件。
二、实验设计要求及内容：（一）基本原理及系统结构QPSK 与二进制PSK 一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。
的别的载波相位取四个等间隔值之一，如л/4, 3л/4,5л/4,和7л/4。
相应的，可将发射信号定义为(21)/4]ft i ππ+- 0≤t ≤T Si （t ） ＝0。
， 其他其中，i ＝1，2，2，4；E 为发射信号的每个符号的能量，T 为符号持续时间，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。
例如，可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组：10，00，01，11。
下面介绍QPSK 信号的产生和检测。
如果a 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接着，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。
容易注意到，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或者说正交基本函数：φ1（t ）o s (2)c f t π，φ2（t ）＝i n (2)c f t π。
这样就得到一对二进制PSK 信号。
φ1（t ）和φ2（t ）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 。
φ1（t )c f t πφ2（t )c f t π 图a如图b 所示，QPSK 接收机由一对共输入地相关器组成。
QPSK调制解调的simulink仿真
摘要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。
四相相移键控信号简称“QPSK”。
在现代通信系统中，调制与解调是必不可少的重要手段。
所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。
解调则是调制的相反过程，而从已调制信号中恢复出原信号。
本课程设计主要介绍通过进行QPSK调制解调的基带仿真，对实现中影响该系统性能的几个重要问题进行了研究。
针对QPSK的特点，调制前后发生的变化，加上噪声后波形出现的各种变化，通过星座图、眼图、波形图等来观察。
程序设计与仿真均采用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，最后仿真详单与理论分析一致。
关键词：QPSK调制解调； Simulink仿真平台；MATLAB7.0 ；噪声。
目录一、实验目的 (1)二、实验内容 (1)三、设计原理 (1)1. Simulink简介 (1)2. QPSK星座图 (2)3. QPSK的调制 (2)4.QPSK的解调 (4)四、设计步骤 (4)五、设计结果及分析 (7)1.信号调制解调后的时域波形图 (7)2.数据源的频谱图 (7)3.QPSK调制后的频谱 (8)4.QPSK解调后的频谱 (8)5.误码曲线图 (9)六、体会 (10)七、参考文献 (10)一、实验目的1、理解电子信号通信原理。
2、熟悉系统建模方法。
3、配置电子信号，设计相关应用方法。
二、实验内容1、利用Matlab-Simulink建立系统模型。
2、信号参数：信息速率80Hz，载波中心频率15MHz，采样频率120MHz。
3、依据相关参数，产生QPSK调制信号。
4、设计一种方法完成QPSK信号的数据解调。
三、设计原理1. 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，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
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第26卷第5期杭州电子科技大学学报Vol.26,No.5 2006年10月Jo urnal of Ha ngzhou Dianzi Uni versi ty Oct.2006QPSK 调制解调的系统仿真实验高雪平1,官伯然1,汪海勇2(1.杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018;2.电子工业部第五十研究所,上海200063)收稿日期:2006-09-30作者简介:高雪平(1981-),女,浙江温州人,在读研究生,电磁场与微波技术.摘要:该文介绍了各种信息技术中信息的传输及通信起着支撑作用,而对于信息的传输,数字通信已成为重要手段。
该文根据当今现代通信技术的发展,对QPSK 信号的调制解调问题进行了分析,并给出了用美国E LANIX 公司的动态系统设计、仿真和分析软件System View 进行系统仿真的具体设置,分析了仿真结果,并提出了用FPGA 技术实现这种系统的详细方法。
关键词:四相相移键控信号;调制解调;现场可编程门阵列中图分类号:TN401 文献标识码:A 文章编号:1001-9146(2006)05-0052-040 引 言近年来,软件无线电作为解决通信体制兼容性问题的重要方法受到各方面的注意。
它的中心思想是在通用的硬件平台上,用软件来实现各种功能,包括调制解调类型、数据格式、通信协议等。
通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能,充分体现了体制的灵活性、可扩展性等。
其中高性能、高频谱效率的调制解调模块是移动通信系统的关键技术,它的软件化也是实现软件无线电的重要环节。
四相相移键控信号(Quardrature Phase-Shift Keying,QPSK)。
它具有一系列独特的优点,比如抗干扰能力强,在恒参信道下,QPSK 调制技术与FSK 、2PSK 、ASK 调制技术相比较,不但抗干扰能力强,而且能更经济有效地利用频带,适合回传通道的技术要求,因此被广泛应用于无线通信中,成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。
FPGA 器件是20世纪80年代中期出现的一种新的概念。
FPGA 器件可反复编程,重复使用,没有前期投资风险,且可以在开发系统中直接进行系统仿真,也没有工艺实现的损耗。
所以本文对QPSK 调制解调系统进行深入的原理分析,并用动态系统工具SystemView 进行仿真,提出基于FPGA 的实现方案。
1 QPSK 调制解调的原理数字相位调制(Phase-Shift Keying,PSK)。
是角度调制、恒定幅度数字调制的一种方式,通过改变发送波的相位来实现,除了其输入信号是数字信号以及输出的相位受限制以外,PSK 与传统的相位调制相似,对于经过M=2k 相位调制的数字信号来说,载波信号的相位一般有 m =2 m M (m=0,1, ,M-1),因此调制信号如:S m (t )=E s g T (t)cos m cos c t-E s g T (t)sin m sin c t0 t T s ,m=0,1, ,M-1(1)式中,A 是信号振幅;g T (t)为发射端的滤波脉冲(一般为矩形脉冲),决定发送信号的频谱特征;T s 为信号持续时间;E s 为每一个发送符号的能量(A=E s );为载波的角频率。
只要令:I (t)=E s g T (t)cos m ,Q(t)=-E s g T (t )sin m ,就可以实现QPSK 信号。
本文以相对简单但广泛采用的四相相位调制解调进行模拟坊真,并提出了用FPGA 实现的方案。
四相相位键控也称之为正交PSK,其调制解调原理根据软件无线电的通用模型,如图1、2所示。
图1 QPSK 正交调制 图2 QPSK 相干解调2 QPSK 调制解调设计美国Ealnix 公司的SystemVie w 是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化环境,是一个适合多种操作系统的单机和网络平台。
是一个不错的信号与系统分析、设计和研究平台。
它包含各种专业库和功能块,与Xilinx 公司的软件Core Generator 配套,可以将Syste mVie w 系统中的部分器件生成下载FPGA 芯片所需的数据文件。
根据以上的原理,建立QPSK 信号的调制解调系统的SystemVie w 模型,如图3所示。
加法器之前是调制系统,高斯噪声发生器(Token46)作为模拟信道声源,加法器之后是解调系统。
图3 QPSK 调制解调系统的Syste mVie w 仿真图为了便于观察,将系统时钟设为1000Hz 。
Token0是PN 序列仿真的二进制码流,速率为10Hz,To ken13是串/并变换子系统,具体实现如图4所示,采样器Token46和50的采样率为500Hz,使串并变换后码流速率减为一半,如图5所示。
这样使偶数码元和奇数码元正好相隔一个码元宽度被采样,得到I 路和Q 路信号后相加后完成调制。
加法器之后是解调系统。
用同频同相的正弦波与已调信号相乘,图5中通过低通滤波器后进行抽样判决,经过并/串变换系统,可以得到解调的信号。
53第5期 高雪平等:QPSK 调制解调的系统仿真实验QPSK 调制解调系统正确地完成了输入码流的调制和解调,在输出端成功的恢复了带延迟的码流信号,具体如图6、7所示。
图4 串/并子系统 图5抽样判决子系统图6原始的二进制码流图7 解调后的二进制码流3 QPSK 调制解调的FPGA 实现的思想FPGA 器件可反复编程,重复使用,没有前期投资风险,且可以在开发系统中直接进行系统仿真,也没有工艺实现的损耗。
因此,用FPGA 来设计实现QPSK 具有许多的优势,它不仅具有高性能和设计的灵活性,还可以在线重配置、分布式计算技术、数据宽带的增大、流水线技术、强大的时钟综合能力以及与ASIC 技术的融合趋势。
具体的实现如下所述:(1)PN 码的实现。
伪随机(PN)码是一种子相关的二进制序列,在一个周期内其子相关性质类似随机序列,可以用移位寄存器实现,主要由移位寄存器和反馈函数构成。
本模型用移位寄存器溢出数位(最高位)与最低位取模2运算,结果补充给最低位,不断循环,产生PN 序列;54 杭州电子科技大学学报 2006年(2)串/并变换模块的实现。
由采样控制器和一位计数器组成。
采样控制器产生跟码流速率10Hz 相同的脉冲,即每个码元数据周期的中间采样一次,同时对采样脉冲进行0,1循环计数。
如果脉冲计数输出为0时,即采样值输出为同相的I 路数据;脉冲计数输出为1时,采样值正交的Q 路数据;(3)数控震荡器模块的实现。
使用Xilin 提供的IP 核 SI N/C OS LOOK UP TABLE 产生所需的正弦和余弦波。
该I P 核根据查找表存储周期的正弦幅值,对应输入的角度和相位,做出相应的反相和移相,输出周期范围内的正、余弦载波值;(4)滤波器的实现。
用System View 得到所需的滤波器参数后,运用SystemVie w 的FPGA 功能自动调用IP 核。
在次过程中,FPGA Architec t Xilinx XC4000/Spartan 功能将对设计进行校验,检验参数是否符合Xilinx DSP LogicCORE 的要求。
符合要求后,将设计转换到Xilinx 的设计环境中,其中包括Verilog 的行为级仿真模型和网表文件。
4 结 论在信息时代的今天,软件无线电的提出和发展,标志着无线通信质的飞跃。
本文介绍了基于软件无线电的思想,使用SystemVie w 对QPSK 信号进行仿真和分析,并结合FPGA,提出了实现的方法。
其他调制解调方式也可以通过类似的方法得到。
参考文献[1] 杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001:189-193.[2] 赵海潮,周荣花,沈业兵.基于FPGA 的QPS K 解调器的设计与实现[J].微计算机信息,2004,20(7):76-77.[3] 刘凌,胡永生.数字信号处理的FPGA 实现[M].北京:清华大学出版社,2003:272-278.The Experiment of QPSK Modulation and Demodulation SimulationGAO Xue ping 1,GUAN Bo ran 1,WANG Hai yong 2(1.School o f Electronic and In formation,Hangzhou Dian z i Uni versity ,Zhe jiang H an gzhou 310018,China;2.The 50th electronics research institute of the ministry o f in f ormation,Shanghai 200063,China)Abstract:Nowadays are the commnunication times.All kinds of information technologies are supported by the transmit and communicate.This paper is analysing the principle of the key modulation and de modulation technolo gies of QPSK.It carries on simulation with the dynamic system design,simulation and analyses software-U.S.A.ELANI X Company s System View and analyses the simulation result.At the same time,puts forward the method to use FPGA technology for achieving the QPSK modulation and demodulation system.Key words:QPSK;moduler and de-moduler;field programmable gate array 55第5期 高雪平等:QPSK 调制解调的系统仿真实验。