QPSK调制解调完整程序(配有自己的注释)知识分享
QPSK的调制与解调课程设计
注意事项： a. 信号的相位要保持稳定 b. 接收信号的强度要足够大 c. 解调过程中要避免干扰信号的影响
实验结果分析
实验目的：验证QPSK调制与解调的原理和性能
实验设备：信号源、调制器、解调器、示波器等
实验步骤：设置参数、调制信号、解调信号、观察波形等
实验结果：调制信号的频谱、解调信号的波形、误码率等
03
QPSK信号的生成
信号调制：将信息比特转换为QPSK信号
信号生成：通过I/Q调制器生成QPSK信号
信号频率：QPSK信号的频率为载波频率的4倍
信号相位：QPSK信号的相位有4种可能，对应4种信息比特
QPSK信号的解调
解调原理：利用相位差进行解调
解调方法：采用相位检测器进行解调
解调过程：首先进行相位检测，然后进行信号恢复
QPSK调制与解调在遥感系统中的应用
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QPSK调制：将遥感数据调制到载波上，提高传输效率
遥感系统：通过卫星、飞机等平台获取地球表面信息
QPSK解调：接收端对载波进行解调，恢复遥感数据
应用优势：抗干扰能力强，传输距离远，数据传输速率高
QPSK调制与解调在其他领域的应用
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实验过程：包括信号产生、调制、解调、接收等步骤
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实验不足：在实验过程中遇到了一些困难，如信号干扰、设备故障等
QPSK调制与解调的应用
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QPSK调制与解调在通信系统中的应用
提高传输速率：QPSK调制可以提高传输速率，满足高速数据传输的需求。
提高抗干扰能力：QPSK调制可以提高系统的抗干扰能力，保证通信质量。
QPSK调制信号的波形
每个相位对应一个比特，0度对应0，180度对应1
qpsk调制解调原理及实现方法
一、概述QPSK调制解调技术是一种数字通信中常用的调制解调方式。
QPSK是Quadrature Phase Shift Keying的缩写，即正交相移键控。
它通过改变正交载波的相位来传输数字信号，具有传输速率高、频谱利用率高的优点，被广泛应用于无线通信、卫星通信、数字电视等领域。
本文将介绍QPSK调制解调的原理和实现方法，以帮助读者更深入地理解这一技术。
二、QPSK调制原理QPSK调制是通过改变正交载波的相位来传输数字信号。
在QPSK调制中，有两路正交的载波信号，分别记为I通道和Q通道。
对于要传输的数字信号，首先将其分为两个独立的部分，分别用来调制I通道和Q通道的载波。
通过改变正弦载波的相位来表示不同的数字信号，从而实现信号的传输。
QPSK调制可以用以下公式表示：S(t) = Icos(2πfct) - Qsin(2πfct)其中，S(t)代表输出的调制信号，I和Q分别是I通道和Q通道的调制信号，fc代表载波频率。
通过改变I和Q的数值，可以实现不同数字信号的传输。
三、QPSK解调原理QPSK解调是指将接收到的QPSK信号转换为原始的数字信号。
在QPSK解调中，接收到的信号经过信号处理后，被分别送入两个相位解调器，得到两个独立的解调信号。
通过合并两个解调信号，即可得到原始的数字信号。
QPSK解调可以用以下公式表示：I = ∫S(t)cos(2πfct)dtQ = -∫S(t)sin(2πfct)dt通过对接收到的信号进行数学处理，得到I和Q的数值，进而实现信号的解调。
四、QPSK调制解调的实现方法1. QPSK调制实现QPSK调制可以通过数字信号处理器（DSP）来实现。
将要传输的数字信号转换为两个独立的调制信号，即I和Q。
将这两个调制信号送入正交调制器，经过信号处理后得到QPSK信号。
通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
2. QPSK解调实现QPSK解调可以通过相位解调器来实现。
接收到的QPSK信号先经过一系列处理，如信号衰减、滤波等，然后被送入两个相位解调器，分别得到I和Q的解调信号。
QPSK调制与解调原理
QPSK调制与解调原理QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种常用的数字调制技术，它可以将数字信息通过调制信号的相位变化来传输。
QPSK调制与解调原理相互关联且较为复杂，本文将从以下几个方面进行详细介绍。
一、QPSK调制原理QPSK调制原理是将两个独立的调制信号按照正交的方式进行相位调制，得到复杂的调制信号。
其中，正交基是指两个正交信号的相位差为90度。
QPSK调制涉及到两个正交信号，分别记作I通道和Q通道。
将数字信号分成两个部分，分别映射为I通道和Q通道的调制信号。
具体过程如下：1.数字信号进行二进制编码，比如00、01、10、112. 对于每个二进制码组合，分别映射到I通道和Q通道的调制信号，通常采用正交调制方法进行映射。
I通道和Q通道的调制信号可以使用正弦和余弦函数进行表示，假设调制信号频率为f，那么I通道的调制信号可以表示为：I(t) = A*cos(2πf*t + θI)，Q通道的调制信号可以表示为：Q(t) = A*sin(2πf*t + θQ)。
3.结合I通道和Q通道的调制信号，可以得到复杂的QPSK调制信号为：S(t)=I(t)+jQ(t)，其中j是单位虚数，表示相位90度的旋转。
二、QPSK解调原理QPSK解调的目标是将复杂的调制信号恢复为原始的数字信息。
解调过程主要包含两个环节，分别是载波恢复和解调。
具体过程如下：1. 载波恢复：接收到的调制信号经过放大和频率移位后，通过相干解调方法将信号分为I通道和Q通道两个分支。
在该过程中，需要从已知的参考信号中恢复出原始信号的频率，并根据频率差异对信号进行对齐。
这样，I通道和Q通道的解调信号可以表示为：I'(t) = S(t) *cos(2π*f*t + θ')，Q'(t) = S(t) * sin(2π*f*t + θ')。
2.解调：在解调过程中，需要根据相位信息对I通道和Q通道的解调信号进行处理，得到原始的数字信号。
实验一四相移相键控（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 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。
表1-1 双比特码元与载波相位关系双比特码元载波相位a B A 方式 B 方式 0 1 1 00 0 1 1225° 315° 45° 135°0° 90° 180° 270°(1,1)(0,1)(0,0)(1,0)45°(1,0)(1,1)(0,1)(0,0)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。
qpsk调制解调
qpsk调制解调
QPSK调制解调是一种数字通信中的技术。
它使用四相移相调制（QPSK）技术将信号加入或从携带信号中抽取出来，从而模拟地传输数据。
由于数字通信系统要求高带宽，QPSK调制解调技术能够实现高效率传输。
QPSK调制解调技术十分重要，尤其是在数字通信应用中。
它是一种码制，即使用不同的二进制编码组合来表示信号。
这种方法使用户可以在较小的带宽范围内传输较大的数据空间。
QPSK调制和解调的过程由两个主要步骤组成，即调制和解调。
首先，进行调制，这意味着把数据和控制信号等信号转换成数字形式（例如二进制），然后生成携带信号。
这种信号用于模拟传输，也就是把数据以某种形式传输到另一端。
接下来，执行解调过程，将携带信号转换成原始信号，并将其重新组合成数据。
QPSK调制解调技术有一些显著优点，例如较小混叠，更大的抗干扰能力以及更好的带宽性能等。
它可以用来传输大量数据，并且数据传输的精确度也很高。
另外，这项技术的实现比较简单，成本也比较低，因此受到了许多用户的欢迎。
QPSK调制解调技术是当今数字通信技术的一大组成部分，它实现了高效的数据传输，并且成本也比较低。
通过其易于实现的特点，该技术被广泛用于各种电信应用中。
QPSK调制解调
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,ϕ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),10cos(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。
qpsk相干解调
qpsk相干解调介绍
---------------------------------------------------------------------- QPSK是一种数字调制技术，用于将数字信号调制成模拟信号。
相干解调也是数字信号处理的一种技术，用于从接收到的信号中恢复出调制的数字信号。
QPSK的调制方式可以分为两种不同的情况：正交相位移移调制（OQPSK）和差分相移移调制（DQPSK）。
根据调制方式的不同，相干解调有不同的方法，这里主要介绍DQPSK的相干解调方法。
DQPSK相干解调的基本原理是，将接收到的信号分别与正弦波和余弦波进行匹配滤波，从而得到信号的实部和虚部，再通过相位计算，得到与发射信号相同的数字信号。
DQPSK相干解调的步骤如下：
1、接收到信号经过前置放大器放大后，进入混频器，与本地振荡器混频。
2、经过混频器后，信号变为中频信号，再进入低通滤波器进行滤
波。
3、滤波后的信号分别与本地正弦波和余弦波进行匹配滤波，并进行采样量化。
4、通过相位差的计算，将实部和虚部的信号恢复出相位信息。
5、根据相位信息，输入解调器，从而恢复出数字信号。
DQPSK相干解调是一种高效可靠的数字信号处理方法，可以应用于广泛的通信系统中，包括无线电通信、卫星通信、数字电视等领域。
qpsk调制解调
qpsk调制解调QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种数字调制技术，常用于无线通信中对数据进行调制与解调。
它利用信号的相位来携带信息，将每个信号符号映射到特定的相位角度上。
在QPSK调制中，使用两个正交的载波信号进行调制，分别称为I （In-phase）和Q（Quadrature）信号。
这两个信号的相位差为90度，在时钟周期中，可以将一个符号期划分为四个相位，每个相位代表不同的数据。
QPSK调制的实现步骤如下：1. 将原始数据分为两个数据流，分别称为I路和Q路。
可以通过多种方式将原始数据分为两个流，如交织、分组等。
2. 将每个数据流转换为数字信号，通常情况下为二进制（1或0）。
对于I路和Q路，每个二进制位代表不同的相位。
3. 将每个二进制位映射到对应的相位上。
通常情况下，可以使用星座图来代表每个相位的位置。
在QPSK调制中，星座图有四个点，每个点代表一个相位。
4. 将映射之后的信号与I和Q信号进行叠加，得到最终的QPSK调制信号。
调制信号可以通过将I和Q信号分别乘以正弦和余弦函数得到。
QPSK调制的解调步骤如下：1. 接收到QPSK调制的信号，将信号与正弦和余弦函数进行乘法运算，得到I路和Q路信号。
2. 对I路和Q路信号进行采样，获取每个符号周期内的采样值。
通常情况下，采样点与信号的相位有关。
3. 根据采样点的位置，将每个符号周期内的信号归类到相应的区域。
可以使用星座图来辅助识别相位。
4. 将每个区域映射为二进制数据，并重新组合为解调后的原始数据流。
QPSK调制具有以下优点：1. 高效性：QPSK调制可以在每个符号周期内携带两个比特的信息，与BPSK相比，传输效率提高了一倍。
2. 低复杂度：QPSK调制相对于其他高阶调制技术（如16-QAM、64-QAM）来说，实现起来更简单。
它仅需要两个正交的载波来进行调制，降低了硬件的复杂性。
3. 抗噪性好：由于QPSK调制的相位差为90度，使得它对于噪声的干扰具有较好的抵抗能力。
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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 demodulationfc=5e6;%QPSK transmitterdata=5000 ; %码数率为5MHZ %原码个数rand_data=randn(1,5000);for i=1:dataif rand_data(i)>=0.5rand_data(i)=1;elserand_data(i)=0;endend%seriel to parallel %同时单极性码转为双极性码for i=1:dataif rem(i,2)==1if rand_data(i)==1I(i)=1;I(i+1)=1;elseI(i)=-1;I(i+1)=-1;endelseif rand_data(i)==1Q(i-1)=1;Q(i)=1;elseQ(i-1)=-1;Q(i)=-1;endendend% 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)==1Izero(i)=I(fix((i-1)/zero)+1);Qzero(i)=Q(fix((i-1)/zero)+1);elseIzero(i)=0;Qzero(i)=0;endend%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; % =500fs=25e6;rf=0.1;psf=rcosfir(rf,NT,zero,fs,'sqrt');% psf大小为500Ipulse=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。
%modulationfor 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)));endsum=Imod+Qmod;%QPSK receiver%demodulationfor i=1:zero*data+NIdem(i)=sum(i)*sqrt(2)*cos(2*pi*fc*t(i));Qdem(i)=sum(i)*(-sqrt(2)*sin(2*pi*fc*t(i)));end%matched filtermtf=rcosfir(rf,NT,zero,fs,'sqrt');Imat=conv(Idem,mtf);Qmat=conv(Qdem,mtf);%data selectionfor i=1:zero*dataIsel(i)=Imat(i+N);Qsel(i)=Qmat(i+N);end%sampler %提取码元for i=1:dataIsam(i)=Isel((i-1)*zero+1);Qsam(i)=Qsel((i-1)*zero+1); end%decision thresholdthreshold=0.2;for i=1:dataif Isam(i)>=thresholdIfinal(i)=1;elseIfinal(i)=-1;endif Qsam(i)>=thresholdQfinal(i)=1;elseQfinal(i)=-1;endend%parallel to serialfor i=1:dataif rem (i,2)==1if Ifinal(i)==1final(i)=1;elsefinal(i)=0;endelseif Qfinal(i)==1final(i)=1;elsefinal(i)=0;endendend% 绘图figure(1)plot(20*log(abs(fft(rand_data)))); axis([0 data -40 100]);grid on;title('spectrum of input binary data');figure(2)subplot(221);plot(20*log(abs(fft(I))));axis([0 data -40 140]);grid on;title('spectrum of I-channel data');subplot(222);plot(20*log(abs(fft(Q))));axis([0 data -40 140]);grid on;title('spectrum of Q-channel data');subplot(223);plot(20*log(abs(fft(Izero))));axis([0 zero*data -20 140]);grid on;title('spectrum of I-channel after zero insertion');subplot(224);plot(20*log(abs(fft(Qzero))));axis([0 zero*data -20 140]);grid on;title('spectrum of Q-channel after zero insertion');figure(3);subplot(221);plot(psf);axis([200 300 -0.2 0.6]);title('time domain response of pulse shaping filter');grid on;subplot(222);plot(20*log(abs(fft(psf))));axis([0 N -350 50]);grid on;title('transfer function of pulse shaping filter'); subplot(223);plot(20*log(abs(fft(Ipulse))));axis([0 zero*data+N -250 150]);grid on;title('spectrum of I-channel after impulse shaping filter'); subplot(224);plot(20*log(abs(fft(Qpulse))));axis([0 zero*data+N -250 150]);grid on;title('spectrum of Q-channel after pluse shaping filter');figure(4)subplot(211);plot(20*log(abs(fft(Imod))));axis([0 zero*data+N -250 150]);grid on ;title('spectrum of I-channel after modulation');subplot(212);plot(20*log(abs(fft(Qmod))));axis([0 zero*data+N -250 150]);grid on;title('spectrum of Q-channel after modulation');figure(5)subplot(221);plot(20*log(abs(fft(Idem))));axis([0 zero*data -200 150]);grid on;title('spectrum of I-channel after demodulation'); subplot(222);plot(20*log(abs(fft(Qdem))));axis([0 zero*data+N -200 150 ]);grid on;title('spectrum of Q-channel after demodulation');subplot(223);plot(20*log(abs(fft(Imat))));axis([0 zero*data -400 200]);grid on;title('spectrum of I-channel after matched filter'); subplot(224);plot(20*log(abs(fft(Qmat))));axis([0 zero*data -400 200]);grid on;title('spectrum of Q-channel after matched filter');figure(6)subplot(221);plot(20*log(abs(fft(Isam))));axis([0 data -40 150]);grid on;title('spectrum of I-channel after sampler');subplot(222);plot(20*log(abs(fft(Qsam))));axis([0 data -40 150 ]);grid on;title('spectrum of Q-channel after sampler');subplot(223);plot(20*log(abs(fft(Ifinal))));axis([0 data -40 150]);grid on;title('spectrum of I-channel after decision threshold'); subplot(224);plot(20*log(abs(fft(Qfinal))));axis([0 data -40 150]);grid on;title('spectrum of Q-channel after decision threshold'); figure(7)plot(Isel,Qsel);axis([-1.6 1.6 -1.6 1.6]);grid on;title('constellation of matched filter output'); figure(8)plot(Isam,Qsam,'X');axis([-1.2 1.2 -1.2 1.2]);grid on;title('constellation of sampler');figure(9)plot(20*log(abs(fft(final))));axis([0 data 0 100]);grid on;title('aspectrum of final received binary data');。