QPSK调制与解调分析
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。
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、通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±k I k Q 2/2；B 方式中：0°、90°、180°、270°，则数据、通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。
k I k Q 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 10 0225° 315°0° 90°1 0 1145°135°180°270°(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。
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。
dpqpsk调制解调原理
dpqpsk调制解调原理Differential Quadrature Phase Shift Keying（DPQPSK）是一种数字调制和解调技术，常用于数字通信系统中。
这种调制方案在相位调制的基础上引入了差分（Differential）编码，以提高系统的抗干扰性能。
下面是DPQPSK 的调制和解调原理的基本概念：DPQPSK调制原理：1. 相位调制（QPSK）：-在QPSK中，每个符号代表两比特的信息。
QPSK将相位分成四个离散的状态，每个状态代表一种相位，通常为0°、90°、180°和270°。
2. 差分编码：- DPQPSK引入了差分编码，即在相邻符号之间计算相位变化，而不是绝对相位值。
这样可以减小系统对绝对相位值变化的敏感性，提高系统对相位噪声的容忍度。
3. DPQPSK调制：-对于每个符号，DPQPSK选择相邻符号之间的相位变化来表示信息。
常见的差分相位选择是0°、90°、180°、270°，分别对应于00、01、10、11的二进制比特组合。
DPQPSK解调原理：1. 接收信号：-接收端接收到经过信道传输的DPQPSK信号。
2. 相位检测：-对接收到的信号进行相位检测，以确定每个符号的相位。
3. 差分解码：-将相位检测到的相位与之前一个符号的相位进行比较，从而得到相邻符号之间的相位变化。
这个相位变化对应于差分编码的信息。
4. 解码：-将相邻符号之间的相位变化映射回二进制比特，得到传输的信息比特流。
优势和应用：1. 抗相位偏移和相位噪声：- DPQPSK通过差分编码的引入，对于相位偏移和相位噪声具有更好的鲁棒性，提高了系统的性能。
2. 频谱效率：-与一些其他调制方案相比，DPQPSK在相同带宽内传输更多的信息，提高了频谱效率。
3. 光通信：- DPQPSK常用于光通信系统中，因为它对于光纤通道中的相位噪声和失真具有较好的适应性。
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。
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移动通信实验报告
姓名学号实验日期实验名称QPSK调制与解调实验类型
实验目的
学会使用MATLAB中的simulink仿真软件，了解其各种模块的功能，用simulink 实现QPSK的调制和仿真过程，得到调制信号经高斯白噪声信道，再通过解调恢复原始信号，绘制出调制前后的频谱图，分析QPSK在高斯信道中的性能，计算传输过程中的误码率。
通过此次设计，在仿真中形象的感受到QPSK的调制和解调过程，有利于深入了解QPSK的原理。
同时掌握了simulink的使用，增强了我们学习通信的兴趣，培养通信系统的仿真建模能力。
实验原理及设计思路（一）QPSK星座图
QPSK是Quadrature Phase Shift Keying的简称，意为正交移相键控，是数字调制的一种方式。
它规定了四种载波相位，分别为0,
2
π
, π,
3
2
π
(或者
4
π
，
3
4
π
，
5
4
π
，7
4
π
)，星座图如图1（a）、（b）所示。
图1 QPSK星座图
（二）QPSK的调制
因为输入信息是二进制序列，所以需要将二进制数据变换成四进制数据，才能和四进制的载波相位配合起来。
采取的办法是将二进制数字序列中每两个序列分成一组，共四种组合（00,01,10,11），每一组称为双比特码元。
每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。
QPSK每次调制可传输两个信息比特。
图2的（a）、(b)、(c)原理框图即为QPSK的三种调制方式，本次课程设计主要采用的是正交调制方式。
（a）（b）
（a）正交调制法
（b）相位选择法
（c）脉冲插入法
图2 QPSK的主要调制方式
（三）QPSK的解调
QPSK信号可以用两个正交的载波信号实现相干解调，它的相干解调器如图3所示，正交路分别设置两个匹配滤波器，得到I（t）和Q（t），经电平判决和并转串即可恢复出原始信息。
实验步骤及结果（一）QPSK调制电路
查阅资料，熟悉simulink的工作环境，理解simulink的模块功能，根据图2（a）的方框图搭建QPSK调制电路（图4）。
先进行串并转换，再做极性转换，分别与同向载波，正交载波相乘后相加即可得到。
图4 Qpsk调制电路
（二）AWGN信道模型
AWGN信道模块可以将加性高斯白噪声加到一个实数的或复数的输入信号。
当输入信号是实数时，这个块增加了实的高斯噪声，产生一个实数的输出信号。
当输入信号是复数的，这个模块增加了复数的高斯噪声，产生复数的输出信号。
此模块继承它的输入信号的采样时间。
由于输入信号为连续的信号，所以控制信道信噪比的方式选择控制高斯噪声标准差的方式器变量之间关系为：
/
10
SignalPower SymbolPeriod
Variance
SampleTime10s o
E N
Noise
⨯
=
⨯
其中Es/No 为信号能量比噪声功率谱密度。
（三）QPSK解调电路
图3 QPSK相干解调器
图5 Qpsk解调电路
（四）比特错误率统计
比特错误率统计使用Error Rate Calculation 模块，该模块可自动比较发送序列与接收序列并作出比较，进行错误统计，使用display 模块显示将比特错误率输出。
频谱分析使用spectrum scope模块，该模块将发送序列，调制后的序列，接收序列的频谱图，进行频谱分析，如图6所示。
实
验
结
果
分
析
1.Socpe2的显示：
第一栏为发送序列，第二栏已调序列的波形，第三栏为接受序列的波形。
2.通过 Error Rate Calculation 模块显示的误码率为0.09524
3.通过 spectrum scope模块显示的频谱为
CH1为发送序列，CH2为已调序列，CH3为接收序列。
教
师
评
语。