PI-4_DQPSK调制解调硬件实现中的误码率分析
BPSK调制解调及误码率的计算
%随机产生码元clcclear allnum=10;%码元个数ek=round(rand(1,num,1));%产生载波t=0:2*pi/999:2*pi;%周期num1=1000;%个数len=length(t);c=-sin(t);%调制ektemp=[];ctemp=[];for n=1:numif ek(n)==0ctemp=[ctemp,-c];a=zeros(1,len);ektemp=[ektemp,a];elseif ek(n)==1ctemp=[ctemp,c];a=ones(1,len);ektemp=[ektemp,a];endendsubplot(2,1,1); %分别画出原信号、已调信号示意plot(ektemp,'LineWidth',1.5);title('原码元');grid on;axis([0 num1*num -2.5 2.5]);subplot(2,1,2);plot(ctemp,'LineWidth',1.5);title('已调信号');grid on;axis([0, num1*num, -2.5, 2.5]);%相干解调%本地载波loca=[];for n=1:numloca=[loca,c];%此处c的正负决定解调后是否倒pi endlocb=loca;%相乘locc=2*ctemp.*locb;%低通滤波器[b,a] = BUTTER(3,2*pi*0.0003,'low'); %信号频率为0.001locd=filter(b,a,locc);%低通滤波后的信号figure;subplot(2,1,1); %相乘后的波形plot(locc,'LineWidth',1.5);title('相乘后的信号');grid on;axis([0 num1*num -2.5 2.5 ]);dd=locd+randn(1,10000);%低通滤波后的信号波形图subplot(2,1,2);plot(dd,'LineWidth',1.5);title('低通滤波后的信号');grid on;axis([0 num1*num -2.5 2.5 ]);%抽样判决for i=1:num1*numif(locd(i)>0) %判决，得到解调结果locd(i)=1;elselocd(i)=-1;endendfigure;subplot(2,1,1); %分别画出原信号、解调后信号示意plot(ektemp,'LineWidth',1.5);title('原码元')grid on;axis([0 num1*num -2.5 2.5]);subplot(2,1,2);plot(locd,'LineWidth',1.5);title('解调后的信号');grid on;axis([0 num1*num -2.5 2.5 ]);p=symerr(ektemp,locd)/10 %误码率%误码率曲线figure(4)r=0:2:10;rr=10.^(r/10);pe1=1/2*exp(-rr);%相干解调的误码率曲线hold onplot(r,pe1,'r');grid on;pe2=(1-1/2*erfc(sqrt(rr))).*erfc(sqrt(rr));%差分相干解调的误码率曲线plot(r,pe2,'b');xlabel('bpsk,dpsk误码率曲线'); set(gca,'XTick',-6:3:18);。
pi_4_DQPSK调制解调系统的关键技术
Ξ 收稿日期:2008-03-22基金项目:国家自然科学基金资助项目(30570473);重庆市自然科学基金资助项目(2005BB2195).作者简介:谭晓衡(1976—),男,重庆大足人,博士,副教授,硕士生导师,主要从事通信与测控中的电路与系统、移动通信技术和卫星通信等方面研究.π/4-DQPSK 调制解调系统的关键技术Ξ谭晓衡,罗 毅(重庆大学通信工程学院,重庆 400044)摘要:针对π/4-DQPSK 调制解调系统中成形滤波、量化误差和数字下变频中的低通滤波器等关键技术进行研究.在此基础上,对于接收端有频偏的相干解调系统采用改进的具有2个T iming Er 2ror 信号的G ardner 位同步算法,并用simulink 实现整个调制解调系统.从仿真结果可以看出,改进的G ardner 同步算法能帮助系统有效地补偿频偏,并且使系统具有非常好的误码性能.关 键 词:π/4-DQPSK 调制解调;成形滤波;位同步中图分类号:T N914 文献标识码:A文章编号:1671-0924(2008)05-0054-04R esearch on K ey Technologies in π/42D QPSK Modulationand Demodulation SystemT AN X ian 2heng ,LUO Y i(C ollege of C ommunication Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400044,China )Abstract :This article studies the key technologies in π/42DQPSK m odulation and dem odulation system about pulse shaper ,quantization error and low pass filter in DDC.On the basis of the study ,it adopts bet 2terment of G ardner bit synchronous alg orithm which has tw o timing error signals for coherent detector in fre 2quency excursion sink ,and actualizes the whole system with Simulink.The result of emulation shows that this synchronous alg orithm is com pensatory to frequency excursion system ,and enables the system to per 2form a nice error rate.K ey w ords :m odulation and dem odulation of π/42DQPSK;pulse shaper ;bit synchronous alg orithmπ/4-DQPSK 是在QPSK 和OQPSK 基础上发展起来的一种线性窄带数字调制技术[1-3].它在码元转换时刻的相位突变限于±π/4或±3π/4,没有因180°相位突变而引起的100%包络起伏[4],因此它的频谱利用率高、频谱特性好,并且抗衰落和抗多径能力强.1 π/4-DQPSK 系统发送端 信源端用的整数发生器必须考虑克服双极性第22卷 第5期V ol.22 N o.5重庆工学院学报(自然科学)Journal of Chongqing Institute of T echnology (Natural Science )2008年5月May 2008非归零码不能提取位同步信息的困难[5-6].相位编码映射按照gray编码的方式将上下支路数据分别作为横纵坐标对应于星座点.若星座点坐标采用8位量化,那么由舍入引起的量化电平差最大为1/512个幅度.在不考虑D/A实现难度的情况下,可适当增加量化位数来减小量化误差.也可以根据式(1),通过增大采样率f来改善信号与量化噪声比[5]:SNR Q2gain=10lg f(1) 当过采样率为2时,增益已经达到3.01个dB,相当于增加了0.5个量化有效位.2路成形滤波器均采用平方根升余弦滚降滤波器.加窗后的功率谱的带外杂散会明显降低,小于-60dB.滤波器冲激响应的截断长度越长,对其误码率的影响越小,所以群延时选取4码元,每个码元采样8个点,共32个数据,与输入端数据作卷积.这样,输入的8位量化数据需要4倍插值.考虑到抽样定时脉冲误差的影响和频带利用率的大小两者间的协调,成形滤波器的滚降系数选取应介于0.2到0.6之间.当有1dB信噪比恶化量时,抗时钟抖动容限若已达到4.2%以上[7],那么左右临近的12个码元之外不会对本码元产生太大的码间干扰量,所以本研究选取滚降系数0.35的余弦窗.2 π/4-DQPSK系统接收端 中频信号与相干载波相乘以后,滤除二次频的低通滤波器采用255阶的kaiser窗.因为较其他的窗函数,kaiser窗更能全面的反映主瓣和旁瓣衰减之间的关系,可以在主旁瓣之间自由地选择比重.它的旁瓣峰值幅度、过渡带带宽和阻带最小衰减都能够通过选择参数Beta而达到最优.本设计中为了避免系统仿真速度过慢,选择Beta为5,带外杂散小于-60dB.仿真结果表明性能足够好.用零阶保持采样替代CIC及半带等抽取滤波器,为数字基带降速,便于后续基带的慢速处理[8-9].位定时最大相位误差θc=2π/n,其中n是分频器的分频次数.当码元周期为T时,对应时间差为T c=T/n.这样的误差对于接收信号的判决是有影响的.相邻码元间出现变化时,位同步偏差会使积分能量不等于码元的实际能量,而且叠加上前一码元的影响,衰减了采样时刻的积分能量.所以考虑到位定时精度问题与设计中对误码性能的指标要求,还有相干载波加入频偏之后位定时算法所受的影响程度,采用改进的G ardner位定时恢复算法[10].3 仿真结果3.1 调制部分基带Pn码发生器产生50kbps的随机数据,串并转换之后各支路码速率减半,再经过内插4倍提速后通过成形滤波器,滚降系数取0.35.这样,成形之后的实时带宽为:B N=50(1+0.35)=67.5kHz(2) 与调制载波相乘后,调制信号的中心频率为1 MH z.调制信号如图1所示.基带码速率50kbps调制后中心频率1MH z每个跳变点间有调制载波20个周期图1 调制信号波形3.2 解调部分对于系统解调部分,一方面要考虑加入定时误差对误码率的影响,另一方面要考虑在相干载波中分别加入频偏1kH z,3kH z和6kH z,进行频偏估计校正之后对误码率的影响.时钟抖动产生的定时误差会对误码率造成影响.误差越大,误码性能越恶劣,如图2所示.从图2中可以看出,定时误差若落在时钟抖动容限之内,对误码的影响程度尚可接受;若落在容限之外,那么在信噪比一定的情况下,误码率至少恶化一个量级.55谭晓衡,等:π/4-DQPSK调制解调系统的关键技术 通过对比图3至图5可以发现,由于本系统抗时钟抖动容限为4.2%,在加入的噪声一定时,无时钟抖动的信号眼图最为清晰;抖动容限内的信号眼图略差,增加了判决点选取的难度,但仍能选得最佳判决点;抖动容限外的信号眼图逐渐杂乱,判决点选取困难.图2 定时误差大小对系统误码的影响图3 无时钟抖动时的信号眼图图4 当时钟抖动误差为4%时的信号眼图图5 当时钟抖动误差为6%时的信号眼图 频偏系统误码率统计曲线如图6.图6 相干载波频率偏移对系统误码率的影响 从图6可以看出,加入1kH z 频率偏差经过校正后的误码率和理论上无频偏的系统性能几乎一样良好,在信噪比为15dB 的时候都能达到10×10-4以下.3kH z 频偏系统校正后比前两者稍差,相同信噪比下,误码率恶化将近一个数量级.而6kH z 频偏系统校正后比3kH z 频偏系统校正后仍要差1～2dB ,原因在于尽管进行了频偏估计和校正,但由于频率偏差过大,加上校正的精度达不到很高的值,所以频偏校正后的系统仍存在剩余频差,频差在时间上累积起来造成相位模糊,影响判决.图6中还可以看出,未经过频偏校正的6kH z 频偏系统采用G ardner 位定时恢复算法后,误码性能只比频偏校正后的6kH z 频偏系统低0.5～1dB ,可充分体现G ardner 算法在多径环境下的优越性.比较图7至图9,当载波频偏只有1kH z 时相位星座图清晰;当频偏达到3kH z 时,部分相位点重65重庆工学院学报叠,判决失误时产生误码;而6kH z 频偏系统相位模糊现象最为突出,判决困难.所以本系统频偏容限限定于3kH z 之内,占信号总带宽的4.4%.图7 当相干载波频偏为1kH z时的信号星座图图8 当相干载波频偏为3kH z时的信号星座图图9 当相干载波频偏为6kH z 时的信号星座图4 结束语 本研究分析了π/4-DQPSK 在系统存在位定时误差时,其误差大小对系统性能的影响和存在相干载波频率偏移时,频偏大小对系统性能的影响.仿真表明,系统性能良好.π/4-DQPSK 调制方式配合成形,位同步等关键技术,将会被广泛应用到移动通信领域.参考文献:[1] Leonard E ,M iller J S.Expressions for Differentially De 2tected π/42DQPSK M odulation [J ].IEEE transactions on communications ,1998,46(1):71-81.[2] Chang jiang ,zhang naitong.A New S ignal ProcessingT echnique of π/4-DQPSK M odem Based on S oftware Ra 2dio [J ].Journal of systems engineering and electronics ,2003,14(2):20-24.[3] 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.[4] 王永和,卜长彷.采用FPG A 实现π/4-DQPSK 调制器[J ].北方交通大学学报:自然科学版,2000,24(5):53-57.[5] Richard Ly ons ,Randy Y ates.数字信号处理[英文版][M].北京:科学出版社,2003.[6] 柯炜,殷奎喜.平滑相位的π/4-DQPSK 调制及其在移动通信系统中应用[J ].电讯技术,2003,43(1):88-91.[7] 梵平毅,冯重熙.几种成形滤波器的抗时钟抖动性能的比较[J ].通信学报,1996,17(1):69-76.[8] 彭飞,赵继勇.基于FPG A 的全数字低中频QPSK 调制解调器实现[J ].电子设计应用,2003,2(9):21-23.[9] 谢红,刘艳艳.π/4-DQPSK 调制与解调在SystemView中的仿真实现[J ].应用科技,2005,32(8):4-6.[10]周正欧,廖红舒.π/4-DQPSK 调制解调算法设计及DSP 实现[D].成都:电子科技大学,2004.(责任编辑 刘 舸)75谭晓衡,等:π/4-DQPSK 调制解调系统的关键技术 。
4piqpsk调制解调
• 调制
信号波形 1 0.5
0
-0.5
信源信号（40）： [0,0,0,1,1,0,1,0,0,0, 0,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1, 0,1,1,0,1,0,1,1,0,0,1, 1,0,0,1,0,1,0,0]
3 3.5 4 4.5 x 10 5
-5
-1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 时间t 信号星座图 1 0.5
调制原理框图
01
1.5
10
信号波形
10
10
1
fb=100e3; fc=200e3; 信源信号 =[0,1,1,0,1,0,1,0,0,0....]
Ik 0 0 1 Qk 0 1 0 1 Δθ 5π/4 3π/4 7π/4 π/4
0.5
0
-0.5
-1
1
-1.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 时间t 3 3.5 4 4.5 x 10 5
������∕4−������������������������相位改变只 能是 或
1、基本概念
QPSK中载波相位代表相邻的2比特数据,具有四相调制特征,而π /4-QPSK中 的载波相位对应着相邻2比特码元的相位偏差。
QPSK与π /4-QPSK相比,前者载波相位会发生180°突变,会使载波信号功率 谱扩展,从而造成信号带限失真。而后者载波相位的突变为±π /4与 ±3π /4,因此在通过带限或非线性信道时频谱扩散不严重。 QPSK和π /4-QPSK两种调制方式下,功率谱密度分布相似,具有同样的带宽。 π /4-QPSK信号包络起伏较小,其功率谱旁瓣衰减的要比QPSK快,π /4-QPSK 调制比QPSK具有更优的频谱特性和效率。
仿真条件： fs=8e7; fb=100e3; fc=2e6; SNR=10dB
基于DSP的π／4-DQPSK调制解调器的实现
Ａｂｔ ｃ ： ｅｎ ４Ｄ Ｓ ｄ ｍ ｅｈ ｏｏ ｙｗｈｃ ｄ ｌ ｓｄ ｉ ｂｌ ｃｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ａ ｄ ｓｔｌｔ ｓ ａ ｔＴｈ ／ ・ ＱＰ Ｋ ｍｏ ｅ ｔｃ ｎ ｌ ｉ ｉ ｗｉｅ ｕ ｅ ｎｍｏ ｉ ｏ ｒ ・ ｇ ｈｓ ｙ ｅ ｎｃ ｉ ｎ ａｅｌｅ ａｏ ｉ
ｈ ｒ ｗ ｒ ｅｉｎ ｉ ｅｓ ． ｉ ｐ ｐ ｒｇｖｓｔ ｅＭｏ ｔ ａ ｉ ｉ ｌｔ ｎ ａ ｏ ｔｔｉ ｐ ｏｅｔ ａ ｄｓ ｏ ｈ ａｄ ａｅｄ ｓ ｓ ａｙ Ｔｈｓ ａ ｅ ｉｅ ｈ ｎ ｅＣ ｒ ｓ ａｉ ｂ ｕ ｈｓ ｒｊｃ， ｎ ｈ ｗｓｔｅ ｇ ｏ ｍｕ ｏ
调制端 主要是 由 Ｄ Ｐ完成信号映射 和波形成 Ｓ 形 的工作 ， 调制端具体框图如图 １ 所示 。信息码流
和 被差 分 编码 ：
Ｊ — Ｊ Ｃ 一 Ｑ卜 ｓｎ ｌ 卜１Ｏ １ｉ ＆ — １ｉ＆ ＋ Ｏ－ ｃ ｓ ｓｎ ａ １ｏ （） １ （） ２
与 Ｏ Ｐ Ｋ和 Ｑ Ｓ ＱＳ Ｐ Ｋ相 比， 其相位 突变限于 ±ｎ ４ ／
率 曲线 。
由于其频带利用率高、 占用频带窄 ， 特别是能够使用 差分检测的方案 ， 因此应用广泛。ｎ ４Ｄ Ｐ Ｋ调制 ／－ Ｑ Ｓ
方式是 由美 国贝尔实验室的 Ｐ 八 Ｂ ｋｒ ． ａ ｅ 首先提 出
的 。它是在 ｏＱＰ Ｋ、 Ｓ 的基础 上 发 展起 来 的 ， Ｓ ＱＰ Ｋ
１ ／－ ＱＰ Ｋ调 制方案设计 ｎ ４Ｄ Ｓ
关 键 词 ： ４ Ｑ Ｓ 符号定时； Ｓ 一 Ｐ Ｋ； Ｄ ＤＰ
中 图分类号 ：Ｎ ｌ Ｔ ９１
文献标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ ５９ ９ （０ ６ ０－６８ｏ １０ －４０２ ０ ）３． ８—３ ）
(完整)QPSK系统的误码率和星座图仿真
(完整)QPSK系统的误码率和星座图仿真编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)QPSK系统的误码率和星座图仿真）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)QPSK系统的误码率和星座图仿真的全部内容。
目录一、课题内容………………………………………..…。
……。
..1二、设计目的……………………………………….。
…。
…。
…。
1三、设计要求…………………………………………………。
.1四、实验条件................................................。
....。
(1)五、系统设计....................................................。
.。
.. (2)六、详细设计与编码……………………………。
……………。
.41. 设计方案………………………………。
…….…..……。
42。
编程工具的选择……………………………………。
…。
43。
程序代码…………………………………….。
.………。
54. 运行结果及分析 (8)七、设计心得………………………………………。
……….。
9八、参考文献……………………………….………。
………。
10一、课题内容基于MATLAB或C语言模拟仿真OFDM通信系统。
主要功能：1、搭建基带OFDM系统仿真平台,实现OFDM信号体制与解调；2、能够画出输入数据与输出数据的星座图；3、能在不同信噪比信道的情况下,对信号进行误码分析。
3、能够和理论误码率公式比较二、设计目的1、综合应用《Matlab原理及应用》、《信号与系统》、《通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念；2、培养学生系统设计与系统开发的思想；3、培养学生利用软件进行通信仿真的能力。
(完整word版)PI4-QPSK信号的调制与解调
大学生本科毕业设计（论文）题目：PI/4—QPSK信号的调制与解调专业电子与通信工程类别计算机模拟日期05年5月摘要在以前的数字蜂窝系统中，往往采用FSK、ASK、PSK等调制方式.随着数字蜂窝系统的发展，对调制和数字蜂窝系统的技术要求越来越高，许多优秀的调制技术应运而生，其中PI/4—QPSK 技术是无线通信中比较突出的一种二进制调制方法。
本文首先介绍了数字相位调制的一般原理；然后对PI/4—QPSK的调制原理进行了阐述，并对影响调制性能的滤波器进行了分析与研究;最后重点研究了PI/4—QPSK的三种解调方法并通过用Matlab对这一过程进行编程,得出信号在不同信噪比下模拟传输的时域图、频域图及功率谱密度曲线等，并在相同信道条件下通过眼图和误码率曲线图对PI/4—QPSK的三种解调方法进行了性能比较，得出了基带差分解调性能最差、中频差分解调性能次之、鉴频器解调性能最优的结论。
关键词PI/4—QPSK；同相信道；正交信道；调制；差分解调(完整word版)PI4-QPSK信号的调制与解调AbstractPrevious digital honeycomb system often adopt modulation way of FSK, ASK，PSK etc. Along with development of digital honeycomb system the tec- hnical criterion of modulation and demodulation will be adjusted to meet hig—her requirement. A lot of excellent modulation technology has emerged as the times require, the PI/4—QPSK is one of the most outstanding technology in radio communication。
pi_4_DQPSK调制解调技术的仿真及分析
码电路后信号的相图如图 9所示 。
图 5 脉冲成形滤波器的冲激响应
图 7的眼图中交叉的区域表示距理想状态的定时偏差 大小 , ( b) 图的“结 ”比 ( a) 图小 ,这意味着增加 α可以减小 对定时抖动的敏感度 。从图 8可以看出 ,增加α增加了占用的 带宽 。
2n ( t) sin (ω2 t +φ)
(6)
将
n
(
t)
忽略
, 经低通滤波后
,当
ω 2
=
ω 1
时
,
有
:
W k = co s (θk - φ)
(7)
Zk = sin (θk - φ)
(8)
通过解码电路 ,可以得到 :
Xk
= W kW k - 1 + Zk Zk - 1
=
co s(θk
-
θ k-
1
)
= co sΔθk
(2)
Vk = sinθk = sin (θk- 1 +Δθk )
= sinθk- 1 co sΔθk + co sθk- 1 sinΔθk
= V k- 1 co sΔθk + U k- 1 sinΔθk
(3)
第
k个码元期间相位跳变量
Δθ k
是由输入数据
S1 , SQ 确
定的 ,它们之间的关系如表 1所示 。
4 仿真分析
我们利用 M atlab 6. 5对 π /4 - DQ PS K调制和基带差分 解调进行仿真 。假设 SI、SQ 两路的数据速率均为 10kbp s。调制 过程中 ,在进行编码和映射后 ,得到的 π /4 - DQ PS K信号星 座图如图 4所示 。然后 ,在采样点之间内插入 8个零点 ,插入 零脉冲能简化滤波算法 。使用函数 [ num , den ] = rco sine ( Fd , Fs , ′fir/ sqrt′,α) ;可以给出输入信号频率为 Fd、滤波器抽样 频率为 Fs、滚降因子为 α的平方根升余弦 F IR滤波器冲激响 应的系数 。在这里 , Fs / Fd = 9。我们对平方根升余弦 F IR滤波 器 α = 0. 35和α = 0. 65两种情况进行比较 ,各个环节的仿真 结果如图 5 ～图 8所示 。
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。
BPSK调制解调及误码率的计算
BPSK调制解调及误码率的计算BPSK (Binary Phase Shift Keying) 是一种基本的数字调制技术，常用于数字通信系统中。
它通过将数字信号映射为相位上的两个值来进行调制，并使用相干解调器进行解调。
本文将介绍BPSK调制解调的原理以及如何计算误码率。
1.BPSK调制原理：在BPSK调制中，每个二进制位（0或1）被映射为两个可能的相位值：0对应于0度相位，1对应于180度相位。
这种相位差可以通过正弦和余弦函数来实现。
-二进制信息序列被输入到调制器中。
-调制器将二进制位转换为相位值，0对应于0度相位，1对应于180度相位。
-经过调制的信号通过信道传输。
2.BPSK解调原理：BPSK解调器的任务是将传输信号恢复为原始的二进制序列。
当信号通过信道传输后，可能会受到噪声和其他干扰的影响，从而导致误码的产生。
BPSK解调的过程如下：-接收到的信号经过信道传输后，会受到噪声和其他干扰的影响，使信号的相位发生随机的偏移。
-解调器使用相干解调的方法测量接收信号的相位。
-根据测量到的相位值，解调器将信号恢复为原始的二进制序列。
3.误码率的计算方法：误码率是衡量通信系统性能的重要指标，它表示在传输过程中发生误码的概率。
对于BPSK调制，误码率的计算可以通过理论分析或仿真实验进行。
理论分析方法：在BPSK调制中，误码率的理论计算可以使用误码率表达式得到。
对于理想的信道，没有噪声和干扰，误码率的表达式为：P_e = Q(sqrt(2*Eb/N0))其中，Eb/N0表示信噪比，Q(x)为高斯函数。
对于有噪声和干扰的实际信道，可以根据信号接收的信噪比进行实际误码率的计算。
仿真实验方法：使用计算机仿真软件，可以模拟BPSK调制解调系统，并通过对大量的二进制序列进行模拟传输和解调，统计接收到的误码数量来计算误码率。
误码率的计算通过测量接收信号中发生错误的比特数与总传输的比特数之比得到。
它通常以对数的形式表示，即以dB为单位。
多普勒频移对pi4-DQPSK解调性能的影响及其解决方案
2020年第10期141信息技术与信息化电子与通信技术多普勒频移对pi/4-DQPSK 解调性能的影响及其解决方案卓妍彬* 傅 敏 吕 培 赵杭生ZHUO Yan-bin FU Min LV Pei ZHAO Hang-sheng摘 要 虽然DQP SK 调制技术可以克服一定范围内的频率偏差问题，但是过大的频率误差仍然可以造成DQPSK解调器出现差错。
本文提出一种π/4-DQPSK 调制解调系统的大频偏修正方案。
该设计由频偏估计和频偏修正两个模块组成，通过对接收信号进行差分处理，估计出多普勒频偏信息，反馈结构将频偏信息送达输入端的修正模块进行处理。
仿真结果表明，该频偏修正方案能够使π/4-DQPSK 调制解调系统的频偏适应范围扩大至符号速率的0.125倍，能够解决大多普勒频移影响接收机性能的问题。
关键词 多普勒频移；差分解调；频偏修正doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2020.10.045* 南京邮电大学 江苏南京 210003[基金项目] 频谱服务架构及其关键技术研究（61471395）0 引言在数字通信系统中，π/4-DQPSK（π/4-shift Differ-ential Quadrature Phase Shift Keying）数字调制方式是在QPSK 和Off-set QPSK 的基础上发展起来的一种线性数字调制技术。
1962年贝尔实验室的P. A. Baker 首先提出π/4-DQPSK 调制方式，用于载频为18 kHz，码率为24kbps 的电话线路数据传输[1]。
经研究表明π/4-DQPSK 具有频带利用率高、抗衰落性能强、频谱特性好、可进行非相干解调的优良特性，并且避免了载波相位出现“倒π”现象，近年来被广泛应用于数字移动通信、数字信号广播和卫星移动通信系统中。
在π/4-DQPSK 调制解调系统中，当收发频率误差和多普勒频移共同引起的频率误差足够大（如大于符号速率的十分之一）时，π/4-DQPSK 的解调性能将开始下降，引起接收机对接收信号的错判，误码率性能变差[2]。
实验二-BPSK误码率仿真教学文稿
实验二-B P S K误码率仿真实验报告实验目的1.掌握BPSK信号调制、相干解调方法；2.掌握BPSK信号误码率计算。
实验内容1.BPSK信号的调制；2.BPSK信号相干解调；3.不同信噪比环境下BPSK信号误码率计算，并与理论误码率曲线对比。
实验原理BPSK信号调制原理1.系统原理高斯白噪声图1 BPSK调制系统原理框图BPSK调制系统的原理框图如图1所示，其中脉冲成形的作用是抑制旁瓣，减少邻道干扰，通常选用升余弦滤波器；加性高斯白噪声模拟信道特性，这是一种简单的模拟；带通滤波器BPF可以滤除有效信号频带以外的噪声，提高信噪比；在实际通信系统中相干载波需要使用锁相环从接收到的已调信号中恢复，这一过程增加了系统的复杂度，同时恢复的载波可能与调制时的载波存在180度的相位偏差，即180°相位反转问题，这使得BPSK系统在实际中无法使用；低通滤波器LPF用于滤除高频分量，提高信噪比；抽样判决所需的同步时钟需要从接收到的信号中恢复，即码元同步，判决门限跟码元的统计特性有关，但一般情况下都为0。
2. 参数要求码元速率1000波特，载波频率4KHz ，采样频率为16KHz 。
BPSK 信号解调原理BPSK 信号的解调方法是相干解调法。
由于PSK 信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。
图2中给出了一种2PSK 信号相干接收设备的原理框图。
图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。
判决器是按极性来判决的。
即正抽样值判为1，负抽样值判为0。
图2 BPSK 解调系统原理框图BPSK 信号误码率在AWGN 信道下BPSK 信号相干解调的理论误码率为：12e P erfc =，其中r 为信噪比222na r σ=。
在大信噪比(1)r ?条件下，上式可近似为：r e P -=实验结果与分析BPSK信号调制根据BPSK信号产生原理，用matlab仿真BPSK信号如图3所示。
pi_4_DQPSK调制解调位同步算法及其FPGA的实现_冯娟
1 调制解调的原理
π/4-DQPSK 信号星座图和原理框图分别图 1 和图 2 所 示 。可看出 π/4-DQPSK 的最大相移为 3π/4 ;带限的 π/4DQPSK 的包络波动较小 ;非线性信道频谱扩散不严重 ;当 有多径衰落存在时 , 它的工作敏感性小 ,有利于信号传输 。
图 1 π/ 4-DQ PSK 信号星座图
-0 .707
-3π/ 4
0
0
-0 .707
0 .707
3π/ 4
0
1
0 .707
-0 .707
-π/ 4
1
0
0 .707
0 .707
π/ 4
1
1
2 Gardner 算法计算定时误差
Gardner 算法计算式如下所示 :
time
error(t)= y I(t
-
1 2
T c)×[
yI(t)-yI(t -Tc)]
yI(t) = cos[ θ(t)+ Δθ] = cosθ(t)cosΔθ- sinθ(t)
sin Δθ=yI (t)cos Δθ-yI (t)sin Δθ
(3)
yQ(t)=sin[ θ(t)+Δθ] =y I(t)sin Δθ+yQ(t)cosΔθ
(4)
将
式(3)和式(4)代入
式(2)得到
:u(t)
(n Ts
-1 2
Tc ) ·
y1 (n Ts)-y1 (nTs -Tc)
+y
Q(n
T
s
-1 2
T c)·
yQ(n Ts)-yQ(n Ts -Tc)
归一化后得到 :
(6)
QDPSK
pi
2
) nI
sQ Es sin(
pi
2
) nQ
对于绝对移相，若发送信号的基准相位为零相位， p 则调制波形相位在 范围内变化时不会产生错误 4 判决；否则，将产生错误。故系统误码率为：
p /4
Pe 1
/4
p
f ( )d
这里f ( )为随机变量 的概率密度函数。
0 0
0
Pe (0 ) 1
0 p /4
p
0
f ( )d
/4
由于 0也是随机的，故若其概率密度为 q(0 )，则0 )d0
p
5、抗噪声性能（续）
求解可得：
Pe erfc ( 2 Es p sin( )) n0 8
5、抗噪声性能（续）
又
arctan(
nQ Es nI )
由随机过程理论可知：
Es Es Es Es 1 1 2 f ( ) exp( ) cos exp( sin )[1 erfc( cos )] 2p n0 p n0 n0 2 n0
代入误码率公式，求解可得
3、解调原理（续）
Q路相乘器的输出为：
s(t )( sin(ct )) g (t )cos(ct k )( sin(ct ))
1 g (t )[sin(2ct k ) sin(k )] 2 低通滤波器输出为： 1 g (t ) sin(k ) 2
I，Q支路在 t Ts 时刻的抽样值可分别表示为： UQ sin(k ) U I cos(k ) 判决器按极性判决，负抽样值判为“1”，正抽 样值判为“0”.
PI4-QPSK信号的调制与解调
π_4-DQPSK调制解调算法设计及DSP实现
性能仿真以及在ＤＳＰ硬件平台上的系统测试。
傅者瓣工锋主婺包疆： １．瓷阅大量文献，深入了解Ⅱ／４．ＤＱＰＳＫ调制解调源理并在此勰础上
形成具体的搏法。 ２．利攘ＭＡＴＬＡＢ对ｎ簿＋蛰ＱＰＳＫ调躐鳞潺冀法逡行憋缝莹囊，骢证簿
法自≈可幸亍能。 ３．在ＶＩＳＵＡＬＤＳＰ环境１ ４编写汇编程序并进行软仿鼹。 ４．鲶会ＤＳＰ谤谯援ＡＤＳＩ＇．２１１６ＩＮ ＥＺＫＩＴ ＬＩＴＥ澍整个遮裁鳃稍系统
电子辩按夫学颈士论文
选择，但价格相对就较为昂贵了。ＤＳＰ处理器价格比较便宜，能完成十分 复杂的算法，使用灵活，易实现模块化，缺点是受处理瓣速度的限制。
软件无线毫毅求中豹一个慧要将点裁爨耗器可能多麴透信技术瓣软件 编程沫实现，而这贱通信技术通常会涉及到许多复杂的算法，用ＤＳＰ朱实 现无疑是充分发挥了它的优势功能。
Ｆｒｏｍ ｔｈｉｓ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ，ＳＤＲ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｃａｌｌｅｄ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．
本谍越来灏予与公司戆台佟矮毽一一铁漆安全监控数攥裹速移动接入
系统，惩子冀申鹣软待无线密镲号处理都分。其葫黥楚森ＡＤ公司静ＤＳＰ 硬件５Ｆ台一ｋ用软件实现一路３６Ｋｂｐｓ数据的Ⅱ／４一ＤＱＰＳＫ调制解凋处蠼。本 文首先介缨ｎ／４．ＤＱＰＳＫ调制解调算法中各个模块的实现愿理，如：成形
PiQDPSK平均功率谱及抗噪声性能分析
s(t) g(t) cos(ct k )
I路相乘器的输出为：
s(t) cos(ct) g(t) cos(ct k ) cos(ct)
1 2
g(t)[cos(2ct
k
)
cos(k
)]
低通滤波器输出为：
1 2
g
(t
)
cos(k
)
3、解调原理（续）
Q路相乘器的输出为：
s(t)( sin(ct)) g(t) cos(ct k )( sin(ct))
8、误比特率曲线
9、MATLAB程序
KWJQDPSK.m KWJQDPSK_err.m KWJQDPSK_pow.m
调制程序 解调及抗噪声性能 功率谱密度
1 2
g
(t
)[sin(2ct
k
)
sin(k
)]
低通滤波器输出为：
1 2
g
(t
)
sin(k
)
I，Q支路在 t Ts时刻的抽样值可分)
判决器按极性判决，负抽样值判为“1”，正抽样 值判为“0”.
3、解调原理（续）
输入 带通 滤波器
低通 cosct 滤波
1、基本原理
偏移四相相对移相调制（pi/4-QDPSK）利用前后 码元之间的相对相位变化来表示数字信息。若以前 一双比特码元相位作为参考，k为当前双比特码元
与前一双比特码元初相差，则信息编码与载波相位 变化关系如下表所示：
双比特码元
a
b
载波相位变化（度）
0
0
225
1
0
315
1
1
45
0
1
135
2、调制原理
故调制波形相位在
4psk误码率公式
4psk误码率公式4PSK误码率公式是用来计算四相移键控（4PSK）调制方式下的误码率的数学公式。
误码率是指在传输过程中，接收端接收到的信息与发送端发送的信息之间存在差错的概率。
在数字通信系统中，误码率是一个重要的性能指标，它直接影响到系统的可靠性和性能。
4PSK调制方式是一种常用的数字调制方式，它将每个符号映射到四个不同的相位角度上。
每个相位角度代表两个比特，因此每个符号可以携带两个比特的信息。
在4PSK调制方式下，误码率与信噪比（SNR）之间存在一定的关系，可以通过公式来计算。
误码率与信噪比之间的关系可以用Q函数来表示。
Q函数是高斯分布函数的积分，它描述了随机变量在某个值以上的概率。
在4PSK 调制方式下，误码率公式可以表示为：误码率= Q(√(2 * Eb / N0))其中，Eb代表每个比特的能量，N0代表单边带噪声功率谱密度。
在4PSK调制方式下，每个符号传输两个比特的信息，因此每个比特的能量为Eb/2。
信噪比（SNR）可以用Eb/N0来表示，其中Eb 为每个比特的能量，N0为单边带噪声功率谱密度。
误码率公式中的Q函数表示了信噪比大于某个值时，误码率的概率。
Q函数的值可以通过查表或使用近似公式计算。
通过计算误码率，我们可以评估4PSK调制方式在不同信噪比条件下的性能。
在实际应用中，误码率是一个重要的性能指标，它直接影响到数字通信系统的可靠性和性能。
较低的误码率意味着系统在传输过程中产生的差错较少，通信质量较好。
因此，在设计和优化数字通信系统时，我们需要考虑不同调制方式下的误码率性能，并选择合适的调制方式。
总结起来，4PSK误码率公式是用来计算4PSK调制方式下的误码率的数学公式。
通过计算误码率，我们可以评估4PSK调制方式在不同信噪比条件下的性能，从而设计和优化数字通信系统，提高通信质量和可靠性。
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1 bit 解调算法应用于全数字 P/ 4- DQPSK 调制解 调, 大大简化了解调部分的数据处理, 但是牺牲了误码 率, 其误码率比传统的 8 bit 的 P/ 4-DQP SK 差 1. 5 dB。 F PGA 硬件实现过程中, 对 1 kHz 时钟用做 210 进行分 频引起的频偏误差给出了误码率仿真分析, 并提出了 改善的方法信噪比不低 于 15 dB 时, 误码率可达 10- 7, 不失为一种有效方法。
图 2 x 和 cos $ U 的判决空间
2 1 bit 算法的误码率分析[ 2]
在调制解调过程中不可避免会混入噪声, 其中主
要是高斯白噪声, 信道带宽有限、高斯白噪声通过窄带 系统时, 就形成窄带高斯噪声。可表示如下:
Jiang Na, Zhong Hongsheng ( Universit y of Elect ronic Science & T echnology of China, Chengdu 610054, China)
从图 5 可以看出, 在信噪比 E b/ N 0= 14. 2 dB 时, 1 bit 算法理论上的误码率可达 10- 6; 由于频率偏差的 存在, 实际误码率为 10- 4。硬件实现中用 8 位计数器 实现 0~ 255 循环计数来进行 256 分频, 为了让分频引 起的误码率在容忍的范围内, 即 E b/ N 0= 14. 2 dB 时, P e= 10- 6; 不断调整频率偏差, f clkpn- f clkd= 8. 0 kH z
图 1 全数字 P/ 4- DQPSK 调制解调实现框图
进行 P/ 4- DQ PSK 解调时采用 1 bit 算法[ 1] 。该算
法可以 不 需 要与 调 制 时的 8 bit D / A 转 换 器相 应 的
8 bit A/ D 转换器, 模拟中频信号经过电压比较器送入
F PGA 芯片, 解调输入端的数据为 1 bit 。经中频差分
关键词: 差分四相移相键控, 调制解调, 误码率, 现场可编程门阵列 中图分类号: T N914. 3
0引言
P/ 4- 差分四相移相键控( DQPSK) 是 一种正交相 移键控调制方式, 具有比正交相移键控 ( QPSK) 更小 的包络波动和比最小高斯相移键控( GMSK) 更高的频 谱利用率。在多径扩展和衰落的情况下, P/ 4- DQPSK 比交 错正 交 相 移键 控 ( OQPSK) 的 性 能 更好。P/ 4DQPSK 能够采用非相干差分解 调, 不必 恢复相干载 波。P/ 4- DQPSK 已应用于美国的 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) 中。
[ 5] 陆 涛, 虞忠辉, 汪小宁. 基于 FPGA 的 Q PSK 调制器的实 现. 通 信技术, 2002, ( 12) : 23~ 24, 31
BER Analysis of P/ 4-DQPSK Modulation & Demodulation in Hardware Realization
数字通信系统中, 现 场可编程门阵列 ( F PGA) 的 应用相当广泛, 它的可编程特性带来了电路设计的灵 活性, 缩短了产品的投入市场的时间。本文主要讨论 P/ 4- DQPSK 调制解调在 FP GA 实现中的误码分析, 提 出了改进方案, 通过仿真分析达到了改善其误码率的 效果。
1 P/ 4-DQPSK 的 1 bit 解调
[ 3] Weber J, Dahoun N . Implementing a P/ 4- shifted DQPSK Baseband M odem U sing the T M S320C50. ESI EE. Paris ( F rance) , 1996
[ 4] 王永和, 卜长 堃. 采用 FPGA 实 现 P/ 4- DQ PSK 调制 器, 北 方交通大学学报, 2000, 24( 5) : 53~ 57
QP SK 相差近 4 dB。可以定性地了解产生的原因, 模
拟中频信号通过比较器, 可用数字信号的 0、1 表示, 相 当于将正弦波变为方波, 从频域来看增加了很多谐波
分量。
图4为通过比较器的中频信号频谱, 中频为
# 40 #
图 3 静态高斯噪 声下的 1 bit 解调的误 码率
图 4 中频信号频谱
第 30 卷第 12 期
蒋 娜, 等: P/ 4- DQ PSK 调制解调硬件实现中的误码率分析
# 通信技术#
- 7. 9 kHz= 0. 10 kH z 时, 误码率基本上可以满足实 际的传输需要。f clkd在 7. 9 kHz~ 8. 0 kH z 之间时, 误 码率在可接受的范围内。根据这个范围将分频改为: 2 MH z 经过 4 @ 63= 252 分频得到 f clkd= 7. 936 kH z。
[ 2] M iller L E, L ee J S. BER o f Expression for Differ entially Detected P/ 4- DQP SK M odultio n. I EEE T r ans on Communications, 1998, 46( 1) : 71~ 82
第 30 卷第 12 期 2004 年 12 月
电 子工 程 师 EL ECT RON IC EN GIN EER
Vol. 30 No . 12 Dec. 2004
P/ 4-DQPSK 调制解调硬件实现中的误码率分析
蒋 娜, 钟洪声
( 电子科技大学电子工程学院, 四川省成都市 610054)
=摘 要> 介绍了全数字 P/ 4 差分四相移相键控的( DQP SK) 调制解调电路原理, 应用最新提出 的 1 bit 解调算法成功实现解调, 该算法大大简化了解调部分的数据处理。分析了新的 1 bit 解调算法 理论误码率, 比传统的 8 位 P/ 4- DQPSK 差 1. 5 dB。当信噪比不低于 15 dB 时, 该算法误码率可达 10- 7, 仍是一有效解调方法。在 Xilinx ise 5. 2 开发环境下用 VHDL 语言实现调制解调, RT L 仿真结 果有误码存在, 分析发现实现过程中将 1 kHz 时钟用做 210 ( 1 024) 进行分频引起了频率误差, 对该误 差带来的误码进行仿真分析, 同时提出改进的方案, 即分频设计时让计数器在 0~ 2n - x 之间循环计 数, 通过仿真证明该方案达到了预期的减小误码率的效果。
分频计数器用 n 位二进制数表示, 通常需分频时 钟多少k 、M ( k 、M 类似于计算机中的含义, 即 k = 210 ( 1 024) , M = 220( 1 048 576) ) , 这样, 计数器可以 0~ 2n 循环 计数, 实 现方便 。实际 晶振的 1kHz= 1 03Hz, 1 MH z= 106 Hz, 分频后信号的偏差引起电路性能下 降, 分频设计时让计数器在 0~ 2n - x 之间循环计数, 以补偿偏差。
图 5 频率偏差为 0. 187 5 kHz 的误码率
图 6 是信噪比为 14. 2 dB 时, f clkd 和误码率的关 系。/ * 0是未改善的情况; / o0改善后的情况。f clkd和 f clkpn 的偏差越大, 误码率越大。改善后的误码率= 5 @ 10- 6, 下降了近 20 倍。
图 6 改善前后的 clkd 和 BER 关系曲线
的 cos$ U、sin$U具有相同的判决区间, 因此, 1 bit 解
调算法可以成功实现 P/ 4- DQPSK 的解调, 大大简化
了解调部分的数据处理。
收稿日期: 2004- 09- 14; 修回日期: 2004- 10- 21
# 39 #
# 通信技术#
电子 工程 师
2004 年 12 月
455 kH z, 谐波分量增加, 为了能正确恢复信号需要高
图 1 为全数字 P/ 4- DQP SK 调制解调实现框图。 串行数据串/ 并变换分成 I , Q 两路信号, 对其进 行 P/ 4- DQPSK 星座点的映射, 为了与载 波的速率相 匹配, 必须对 I , Q 两路信号增采样( 内插) , 成形滤波 可以减小码间干扰和抑制带外辐射, 设计采用升余弦 滚降滤波器, 与载波的采 样信号相乘完成调 制部分。 调制输出的信号经 8 bit 的 D/ A 转换器转换成为模拟 中频信号, 送入后续的上变频电路处理。
检测、低通滤波后, I , Q 通道的信号 x , y 为:
E x =
] n= 1
1 2n - 1
2cos[ ( 2 n - 1) $U]
( 1)
]
E y =
n= 1
1 2n- 1
2cos ( 2n - 1)
$ U-
P 2
( 2)
式中: $U= Uk - Uk- 1, 为前后两个码元的相位差。
从图 2 可以看出 x 、y 与传统的 P/ 4-DQP SK 解调
Eb
Pe=
Q
2 E0
E]
12
P
1+
cos ( 2 n - 1) -
n= 1 2n - 1
4
E]
12
P
1- n = 1 2n - 1 cos ( 2 n - 1) 4
2 1/2
( 4)
从图 3 所示的仿真误码率波形可看出, 1 bit 解调
算法的误码率要比 8 bit 的 P/ 4- DQP SK 差 1. 5 dB, 比
解调输入端的信号叠加上噪声, 其 I 、Q 两路信号
加上接收信号延迟 1 个码元的两路信号, 构成一个 4
元高斯随机矢量 L。x 、y 可以用 L 表示, 通过求矢量 的均值和方差, 可以得到其概率密度函数, 进而算得相
关输出的 x 、y 的联合条件特征函数。差分接收判决