四相移相键控调制解调

太原理工大学现代科技学院实验报告一、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。

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三种取值±1、0。

表1-1 双比特码元与载波相位关系太原理工大学现代科技学院实验报告(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 信号相位编码逻辑关系用调相法产生QPSK 调制器框图如图1-3所示。

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。

无线通信系统中的调制解调基础(二)：相位调制

无线通信系统中的调制解调基础（二）：相位调制作者：Ian PooleAdrio Communications Ltd第二部分解释了相移键控（PSK）的多种形式，包括双相相移键控（BPSK），四相相移键控（QPSK），高斯滤波最小相移键控（GMSK），和目前流行的正交幅度调制（QAM）。

第一部分解释了调幅（AM）和调频（FM）技术，并介绍了其优点和缺点。

第三部分将会介绍直接序列扩频（DSSS）技术和正交频分复用（OFDM）调制技术。

调相相位调制是另一种广泛采用的调制技术，特别是在数据传输的应用中。

因为相位和频率是相辅相成的（频变是相变的一种形式），两种调制方法可以用角度调制（angle modulation）来概括。

为了解释调相如何工作，我们首先要对相位做出解释。

一个无线信号包涵了一个正弦信号的载波，幅度从正到负程波浪形变化，一个周期后回到零点，这个同样可以由一个围绕一个零点旋转的一个点来表示，如图3-13所示，相位就是终点到起点的角度。

调相改变了信号的相位，换句话来说，图中绕着原点旋转的点的位置会改变，要实现这个效果既是要在短时间内改变信号的频率。

所以，当进行相位调制的时候会产生频率的改变，反之亦然。

相位和频率是密不可分的，因为相位就是频率的积分，频率调制可以通过简单的CR网络转变成相位调制。

因此，相位调制与频率调制信号的边带、带宽具有异曲同工的效果，我们必须留意这个关系。

相移键控相位调制可以用来传输数据，而相移键控是很常用的。

PSK在带宽利用率上有很多优势，在许多移动电话无线通信的应用中广为采用。

最基本的PSK方法被称作双相相移键控（BPSK），有时也称作反向相位键控(PRK)。

一个数字信号在1和0之间改变（或表述为1和-1），这样形成了相位反转，就是180°的相移，如图3-14。

双相相移键控（BPSK）PSK的一个问题是接收机不能精确的识别传输的信号，来判定是mark（1）还是space （0），即使发射机和接收机的时钟同步也很难实现，因为传输路径会决定接受信号的精确相位。

PI-4_DQPSK调制解调硬件实现中的误码率分析

4 结束语
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

QPSK、DQPSK系统调制与解调

实验四QPSK与DQPSK调制实验一、实验目的在2PSK, 2DPSK的学习基础上，掌握QPSK，以及以其为基础的DQPSK, OQPSK, /4 —DQPSK等若干种相关的重要调制方式的原理，从而对多进制调相有一定了解。

1、移动通信技术应用综合实训系统”实验仪一台2、50MHz示波器一台。

3、实验模块：信源模块，QPSK-调制模块。

三、实验原理一）基本理论（A）四相绝对移相键控（QPSK）的调制四相绝对移相键控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。

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（即反射码）排列的，它与载波相位的关系如表所列。

双比特码元载波相位©a b A方式B方式000°45°0190°135°实验设备由于四相绝对移相调制可以看作两个正交的二相绝对移相调制的合成，故两者的功率谱密度分布规律相同。

下面我们来讨论QPSK信号的产生与解调。

QPSK信号的产生方法与2PSK 信号一样，也可以分为调相法和相位选择法。

(1) 调相法用调相法产生QPSK信号的组成方框图如下所示图4-1 QPSK信号的组成方框图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。

并设经过串并变换后上支路为a,下支路为b。

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。

表4-2 QPSK信号相位编码逻辑关系(2) 相位选择法用相位选择法产生QPSK信号的组成方框图如下所示图4-2相位选择法产生QPSK信号方框图(B)四相相对移相键控(DQPSK)的调制所谓四相相对移相键控也是利用前后码元之间的相对相位变化来表示数字信息。

若以前一码元相位作为参考，并令△©为本码元与前一码元的初相差。

DQPSK调制解调的研究与实现

题目：DQPSK调制解调技术的研究与实现学生姓名：学号：专业班级：指导教师：完成时间：目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 DQPSK调制技术与数字通信 (2)第二章DQPSK调制与解调原理分析 (5)2.1 DQPSK信号特点 (5)2.2 差分编码与解码原理 (10)2.3 FPGA实现方案 (12)第三章DQPSK信号调制 (14)3.1 调制器总体设计方案 (14)3.2 串并转换 (14)3.3 差分编码 (15)3.4 FIR滤波器设计 (17)3.5 数字载波 (18)第四章DQPSK信号解调 (20)4.1 解调器总体方案 (20)4.2 AD采样 (20)4.3 同步设计 (22)4.3.1 COSTAS载波跟踪环 (22)4.3.2 位定时同步 (26)4.4 差分解码 (26)4.5 并串转换 (29)总结 (30)参考文献 (31)致谢 (32)摘要QPSK（quadrature phase shift keying）是四相移键控的简称，它兼有两方面的特性；从一方面看，它采用了4种相位；从另一方面看，它采用了正交的载波。

DQPSK是差分四相移键控（differential QPSK）的简称，是结合差分编码的QPSK。

DQPSK调制解调方式以其抗干扰能力强、频带利用率高等优点，在现代数字通信系统如数字微波通信、等宽带无线通信等中得到广泛的应用。

DQPSK是在QPSK(四相正交绝对调相)的基础上作的改进，它克服了QPSK信号载波的相位模糊问题，用相邻码元之间载波相位的相对变化来表示2位二进制数字信息。

由于DQPSK 传输信息的特有方式，使得解调时不存在相位模糊问题，这是因为不论提取的载波取什么起始相位，对相邻两个四进制码元来说都是相等的，那么相邻两个四进制码元的相位差肯定与起始相位无关，也就不存在由于相干解调载波起始相位不同而引起的相位模糊问题，所以，在使用中都采用相对的四相调制。

qpsk-简介

qpsk-简介偏移四相相移键控信号简称“O-QPSK”。

全称为offset QPSK，也就是相对移相方式OQPSK。

它具有一系列独特的优点，已经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。

在数字信号的调制方式中QPSK四相移键控是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。

qpsk-原理换、抽取或插值、匹配滤波、时钟和载波恢复等。

在实际的调谐解调电路中，采用的是非相干载波解调，本振信号与发射端的载波信号存在频率偏差和相位抖动，因而解调出来的模拟工、Q基带信号是带有载波误差的信号。

这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决，得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号，误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大，因此数字QPSK解调电路要对载波误差进行补偿，减少非相干载波解调带来的影响。

此外，ADC的取样时钟也不是从信号中提取的，当取样时钟与输入的数据不同步时，取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高，误码率就高，因此，在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟，来校正固定取样带来的样点误差，并且准确的位定时信息可为数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟。

校正办法是由定时恢复和载波恢复模块通过某种算法产生定时和载波误差，插值或抽取器在定时和载波误差信号的控制下，对A/D转换后的取样值进行抽取或插值滤波，得到信号在最佳取样点的值，不同芯片采用的算法不尽相同，例如可以采用据辅助法(DA)载波相位和定时相位联合估计的最大似然算法。

四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。

QPSK是在M=4时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为45°，135°，225°，275°，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。

qpsk原理

QPSK的基本原理四相相移键控信号简称“QPSK”。

它分为绝对相移和相对相移两种。

由于绝对相移方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK。

它具有一系列独特的优点，目前已经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。

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。

在数字信号的调制方式中QPSK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。

其星座图如下所示(采用格雷码编码)。

QPSK数字解调QPSK数字解调包括：模数转换、抽取或插值、匹配滤波、时钟和载波恢复等。

在实际的调谐解调电路中，采用的是非相干载波解调，本振信号与发射端的载波信号存在频率偏差和相位抖动，因而解调出来的模拟I、Q基带信号是带有载波误差的信号。

这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决，得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号，误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大，因此数字QPSK解调电路要对载波误差进行补偿，减少非相干载波解调带来的影响。

此外，ADC的取样时钟也不是从信号中提取的，当取样时钟与输入的数据不同步时，取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高，误码率就高，因此，在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟，来校正固定取样带来的样点误差，并且准确的位定时信息可为数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟。

校正办法是由定时恢复和载波恢复模块通过某种算法产生定时和载波误差，插值或抽取器在定时和载波误差信号的控制下，对A/D转换后的取样值进行抽取或插值滤波，得到信号在最佳取样点的值，不同芯片采用的算法不尽相同，例如可以采用据辅助法(DA)载波相位和定时相位联合估计的最大似然算法。

特性分析四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。