(完整版)基于软件无线电QPSK调制解调实现的研究毕业设计

摘要

软件无线电在无线通信领域被称为是自模拟通信过渡到数字通信之后的又一次革命，在军用和民用方面都有着广阔的应用。它是一种新的无线通信技术，基于通用的可编程的硬件平台，把尽可能多的通信功能用软件实现，从而使系统的改进和升级都非常方便，容易实现不同通信系统之间的兼容。

调制与解调是整个数字通信系统基带处理的基本组成部分，也基本上构建了数字通信系统的总体性能框架。其中，QPSK调制与解调是一种性能较好，易于实现且已广泛应用于实践的调制解调方式。

本文在深入地研究了国内外有关软件无线电调制解调方面论文的情况下，以现代移动通信最常使用的QPSK调制解调模式为研究对象，给出了具体的调制解调实现的方法，Matlab仿真。

关键词 : 软件无线电，QPSK，调制解调，matlab仿真。

ABSTRACT

Software radio in radio communication after transition from analogue communication to digital communication. It both of military and civil. Software radio is a novel wireless communications technology, which is based on a versatile programmable platform to realize all kinds of communications criterions and to meet the need of many increasing new molds and function. When doing this, the change and upgrade of the system are convenient, and different systems can communicate effectively.

Modem is the basic elements of the whole digital communication system and the performance of digital communication system is influenced easily and used in the projects widely. QPSK is a linear narrowband modulation, which , better spectrum specification, and stronger ability of anti-fading and applicability of non-coherent detection.

This article by thoroughly studied the domestic and foreign related software radio modulation and demodulation aspect papers , Take QPSK as the research object . Produced the detailed modulation and demodulation realization method .Implement and test the QPSK using MATLAB.

Key words: Software radio, QPSK, Modulation and demodulation, matlab Simulation.

第一章绪论

1.1引言

回顾通信的发展历史，可以看到通信技术发展迅速。其原因除了在于生活实际、社会要求和新器件发明的推动之外，通信理论的指导也起着十分重要的作用。在20世纪40年代至50年代通信理论的发展出现了高峰，过滤和预测理论、香农信息论、纠错编码理论、信号和噪声理论、调制理论及信号检测理论等使通信理论在有效性和可靠性等方面的研究出现了突破。

当今，随着数字信号处理技术和集成电路制作工艺的发展，现代通信正朝着数字化方向发展，并融入计算机技术。当前广播电视领域的数字化革命也充分说明了这一点，而且它对人们的生活方式影响深远。

移动通信发展到现在，出现了多种通信制式、多种通信标准并存的现象。例如第二代移动通信就有GSM、窄带CDMA等，第三代移动通信的主流标准有WCDMA、TD-SCDMA和CDMA-2000。现有系统标准众多，新旧体制并存，而通信技术发展日新月异，新的制式、标准又不断涌现，运营商和移动用户对多模式的需求不断增长。

目前第三代移动通通信系统已在我国实施。第三代移动通信的三种主流标准的调制解调方式都涉及到了QPSK，这就要求第三代移动通信系统最好能与GSM移动通信系统，CDMA通信系统相兼容。

这就需要研究两种或两种以上模式（或称为多模式）的调制解调问题。如果仍像以前完全用硬件来实现移动通信的多模式调制解调，就会给用户和运营商带来许多问题。一是就硬件方面来实现多模式调制解调难度很大，二是通信技术迅速的升级换代也给运营商和用户的投资带来很大的损失，三是用硬件实现缺少灵活性。针对这种情况，可以在移动通信的调制解调中引入软件无线电，充分利用软件无线电技术带来的系统灵活性和通用性，实现移动通信中多种调制方式的并存，以及实现与先前的移动通信系统调制解调方式的兼容，并对将来新的通信所采用的调制解调方式的引入和升

级带来非常大的便利，保护了运营商和用户的利益。显然,研究软件无线电中的调制解调技术对于现代移动通信技术发展的非常必要。

本文所要做的具体的工作就是要实现软件无线电中的QPSK的调制。1.2软件无线电的起源及发展现状

软件无线电技术起源于军事通信应用的需要。通过近20年的发展，无线通信在现代通信中被广泛应用于商业、军事、民用等领域。随着通信技术的发展，在军事通信领域，各军兵种之间采取了不同的通信体制，不同的频段，波形以及调制方式，完成各自的通信任务。在民用通信领域，以第三代移动通信为例，有W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等标准，这些通信系统的组网能力、移动性、安全性等都大大提高了，但是各通信系统间还无法实现无缝通信。随着无线通信的迅速发展，新的通信系统不断出现，产品的生存周期缩短，开发费用上升，使得原来以硬件为主的收发系统难以适应这种快速升级换代的局面。

面对这一问题，国际上进行了大量的研究。大部分专家提出，把硬件收发系统作为基本平台，AD、DA变换尽量靠近天线，将尽可能多的无线通信功能用软件实现，这就是所谓的软件无线电。

美国是软件无线电技术的发源地。1992年5月，MITRE公司的Joe Mitola首次明确提出了软件无线电的概念，其核心是将宽带AD和DA尽可能靠近天线，用软件实现尽可能多的无线电功能。之后，开始实施Speakeasy计划并成功研制出多功能，多频段电台。研究基于软件无线电技术的3G的多频带多模式手机与基站，同时融合软件无线电技术与计算机技术，如麻省理工学院的Spectrum Wave计划。欧洲的ACTS（Advanced Communications Technologies Services）计划中，灵活的综合无线电系统FIRST（Flexible Integrated Radio System Technology），未来无线电宽频段多址系统FRWMAS（Future Radio Wideband Multiple Access

System）和软件无线电技术SORT（Software Radio Technology）都将软件无线电技术应用在3G中。在日本，从1998年底开始，电气、信息和通信工程师协会（IEICE）成立了软件无线电技术研究小组，推动软件无线电技术的研发工作。在我国，对软件无线电技术也相当重视，在“九五”和“十五”预研项目和“863”计划中都将软件无线电技术列为重点研究项目。我国的大唐公司向国际电信联盟（ITU）提交并被采纳的第三代移动通信标准TD-SCDMA中也采用了软件无线电技术。这标志着我国对软件无线电的研究应用到了一个新阶段。

软件无线电通过这些年的发展，迅速显示出其重要意义，逐渐成为可提供高性能的地区性和全球性通信的第三代移动通信的基石。这一技术是无线通信技术从模拟到数字，从固定到移动这两次革命后的第三次革命，也成为了无线通信技术在21世纪初的发展方向。

1.3软件无线电的概念、组成结构及其主要特点

1.3.1软件无线电的概念

软件无线电（Software Radio,简称SR），就是采用数字信号处理技术，在可编程控制的通用硬件平台上，利用软件来定义实现无线电台的各部分功能：包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。

其基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现各种功能。功能的软件化势必要求减少功能单一，灵活性差的硬件电路，尤其减少模拟环节。软件无线电系统的无线电功能是通过软件而不是固定的硬件电路来完成的。

其核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字模拟”转

换器，尽早地完成信号的数字化，从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。总之，软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片，

以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。

“软件无线电”的基本概念包含以下三层含义

第一是“全数字化”，将宽带AD和DA向射频(RF)端靠近，不仅在基带数字化，而且要在中频甚至射频数字化;不仅接收机数字化，发射机也要数字化。

第二是把硬件作为无线电通信的基本平台，而尽可能多的通信功能用软件实现，通信体制由软件定义。

第三，软件无线电不仅仅是一种实现方法，更代表了一种新型的体制和开放的、可扩展的、模块化的软硬件平台体系结构，实现多频段、多模式、多业务、多个性。

软件定义的无线电（SDR）是指在目前技术条件下可实现的软件无线电。也就是说通过使用可编程器件DSP和硬件支持来完成数字领域中的大部分信号处理,但是有些信号处理仍需借助模拟电路来完成，如RF,IF。

软件无线电与软件定义的无线电的根本区别，是软件无线电的最终目的就是要使通信系统摆脱硬件系统结构的束缚，在系统结构相对通用和稳定的情况下，通过软件实现各种功能。

1.3.2软件无线电的基本组成结构

软件无线电主要由三部分组成，即用于射频信号变换，位于AD、DA 之前的射频处理（含天线）前端；高速AD、DA；以及数字信号处理（DSP）单元三部分。图1-1给出了软件无线电系统的结构框图。天线一般要覆盖比较宽的频带；射频前端主要完成模拟上下变频、滤波、功率放大等任务；AD转换器要有足够的动态范围，较高的采样率，12位以上的分辨率，以保证足够的动态范围；DSP器件负责承担AD数字化后的处理任务。鉴于目前DSP器件水平的限制，AD之后的数字信号可先经由专用数字下变频器处理，降低数据速率，变换到基带，再由通用DSP进行处理，或者采用多片

DSP并行处理的方法。

图1-1 软件无线电系统的结构

软件无线电的基本结构有三种：射频低通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构和宽带中频采样数字化结构。它们的结构框图如图1-2所示。前两种结构为理想的软件无线电结构，但对AD转换器的性能，DSP的处理速度等要求都比较高，现阶段难以实现。目前最易实现的是宽带中频采样数字化结构，且具有良好的波形适应性、信号带宽灵活性和扩展性。

(a) 射频低通采样软件无线电结构

(b) 射频带通采样软件无线电结构

(c)中频带通采样软件无线电结构

图1-2 软件无线电三种基本结构

1.3.3软件无线电的主要特点：

(1) 灵活性：软件无线电可通过增加软件模块，很容易增加新的功能；可以和其它任何电台进行通信，并可以作为其它电台的射频中继；可以通过无线加载来改变软件模块或更新软件。

(2) 开放性：软件无线电由于采用标准化、模块化的结构，其硬件可以随着器件和技术的发展而更新和扩展，软件也可以随需要而不断升级。软件无线电不仅能和更新体制的电台通信，还能与旧体制电台兼容。

1.4 软件无线电的关键技术

(1) 开放式总线结构及实现

开放性是软件无线电的一个重要特点，主要体现在软件无线电所采用的开放式标准化总线结构上。在软件无线电的研制开发过程中，必须逐步形成标准化的硬件平台，而标准化的总线则是构筑上述平台的奠基石。现有的软件无线电研究和实验系统中一般采用双总线结构。

(2) 宽带段射频前端和功率放大

宽带射频前端要求有较宽的频率范围。软件无线电对这部分的要求包括：天线能覆盖所有工作频段；能用程序控制的方法对功能及参数进行设

置。主要完成低噪声放大、滤波、混频、自动增益控制（AGC）以及输出功率放大等功能。

(3) AD部分

软件无线电对这部分要求很高，是软件无线电关键部分之一。就性能而言，对其的要求主要包括采样速率和采样精度。采样速率主要由信号带宽决定。由于软件无线电的接收信号带宽较宽，而采样速率一般要求大于信号带宽的2.5倍，因此采样速率较高；采样精度在80dB的动态范围要求下不能低于12位。在无线通信中，信噪比（SNR）与无寄生动态范围（SFDR）等技术指标也非常重要。

(4) 数字下变频部分

数字下变频（DDC）是AD变换后首先要完成的处理工作，是系统中数字处理运算量最大的部分，也是最难完成的部分，包括数字下变频、滤波和重采样。对一个软件无线电系统来说，若要进行好的滤波等处理，一般认为需要对每个采样点进行100次操作。若系统带宽为10MHz，则采样率要大于25MHz，这样就需要2500MIPS（百万条指令每秒）的运算能力，这是现有的单个DSP难以胜任的。因此，一般都将DDC这部分工作交给专用的可编程芯片完成。这样既保留软件无线电的优点，又具有较高的可靠性。

(5) 高速数字信号处理部分

这部分工作由高速信号处理器（DSP）完成，这是软件无线电的一个核心部件，也是一个主要瓶颈。主要任务是完成基带处理、调制解调、比特流处理和编译码等工作。当单片处理能力不足时，可采用多片DSP并行处理提高运算能力。

(6) 信令处理部分

软件无线电用于实现多模互联时，需实现通用信令处理，而软件无线电的任务是将通信协议及软件标准化、通用化和模块化，所以有必要把现

有的各种无线信令按软件无线电的要求划分成几个标准的层次，开发出标准的信令模块，研究通用信令框架。

1.5 软件无线电的应用前景

软件无线电具有极大的灵活性和适应性，特别适合多频段、多用户、多模式兼容及互联系统，它为解决各种不断涌现出来的新的通信协议之间的兼容提供了一条有效途径，并且一直广泛应用于无线电通信领域，虽然其首先诞生于军事上的应用，但由于上述优良特点，软件无线电技术很快渗透到民用的无线移动通信领域，特别是在已走向商用的第三代移动通信领域的应用。

1.5.1软件无线电技术在军事通信中的应用

软件无线电技术引入军事通信中具有十分重要意义，软件无线电的特点和体系结构能保证电台的模块化、通用化和系列化设计，有利于减少无线电设备及其保密机的品种，能降低电台装备和维护费用。

在军用通信系统中，不同兵种和不同指挥级别使用的频段、波形调制方式、语音编码方法及保密算法都不同，软件无线电特别适合军用通信系统，它可以集成各种通信频段，如HF、VHF、UHF、SHF等及其调制方式，软件无线电的内置通用可编程加密模块也可方便地实现各种保密算法，实现各军兵种协同通信。在无线发射电台组成的网络中起到“网关”或“网桥”的作用。用可编程实现的软件无线电，能灵活配置信号波形，模拟各种正在服役和正在研制的电台的工作方式。这种软件无线电不仅能与已有各类电台互通，而且还能沟通由不同电台组成的无线电网络，完成频段调制、语音编码和保密算法的变换，起到类似于“网关”或“网桥”的作用。

软件无线电还可以可提高野战通信的抗毁能力。软件无线电可摆脱传统的基于点对点组网的限制，通过采用分组无线电等通信协议，可组成包括栅格网在内面向任意拓扑结构的无线电网络。电台组网性能的增强，提高了无线电链路的沟通概率和频谱资源的利用率，可使野战通信的抗毁能力明显改善。

1.5.2软件无线电技术在民用通信中的应用

软件无线电技术在民用通信，特别是在第三代移动通信中起到了至关重要的作用。

第三代移动通信中存在着多模操作，在ETSI(欧洲电信标准学会)确定的通用移动通信标准UMTS中包含了WCDMA和TD-SCDMA标准。这样在第三代移动通信发展过程中，存在着多模操作，在处理对称和非对称业务中存在着FDD和TDD两种模式，第三代移动通信必须与GSM移动通信系统兼容。在这种情况下，如果仍像以前完全用硬件来构造移动通信系统，就会给用户和运营商带来许多问题。一方面用户和运营商不能灵活地利用各具优点的多种通信标准制式，而另一方面，通信技术迅速的升级换代也给运营商和用户的投资带来很大的损失。针对这种情况，可以在第三代移动通信发展中引入软件无线电，充分利用软件无线电技术带来的系统灵活性和通用性，实现第三代移动通信中多种空中接口的并存，以及第三代与GSM系统的兼容，并对将来新的通信标准的引入和升级带来非常大的便利，保护了运营商和用户的利益。

在第三代系统中引入软件无线电技术，特别是利用软件无线电技术实现第三代多模多媒体终端[14] [15]，对软件无线电的相关技术提出了非常高的要求。目前技术的进步已经为采用软件无线电技术提供了坚实的基础，对于第三代移动通信，已经能够实现相当程度上的软件无线电。

通常用通用CPU芯片和通用操作系统软件方式解决无线通信和分布式信号处理问题。在移动通信系统中利用通用CPU和操作系统，来进行无线通信的信号处理，并不能充分利用通用CPU和通用操作系统的性能。对于特定的移动通信信号处理，实时性是至关重要的，而利用现有通用CPU和通用操作系统来实现软件无线电，估计将是非常困难的。软件无线电实现的重要基础是处理器速度的提高，然而在一定的处理速度限制下，需要有效地实时应用处理软件和实时操作系统支持，才能充分发挥处理器的性能。将面向数字信号处理的DSP芯片和通用CPU芯片结合，利用能够充分满足处理时间限制的实时操作系统，有效利用计算资源，是在第三代移动通信系统特别是在移动终端中实现软件无线电的最好方式。

在我国自行提出的TD-SCDMA第三代移动通信技术标准中，自豪地提出了利用软件无线电技术完成设计的任务。软件无线电技术是TD-SCDMA 的核心技术之一。可以在平台上实现3G的智能天线结构、获得DOA(信号到达方向估计)等空间特征矢量；完成天线阵列的波形赋形；实现各种基带数字信号处理：包括各类无线信令规则与处理、信号流变换、调制解调算法、信道纠错编码、信源编码、多用户检测等。

1.6 国内外软件无线电的发展动态

由于软件无线电具有现有无线通信体制所不具备的许多优点，它

有着广泛的应用前景。因此在国内外都成为了研究的热点。

1.6.1国外的发展动态

基于军事通信的需求，国外很早就开始了软件无线电方面的研究。20世纪90年代初期，美国国防部高级研究项目署(DARPA)提出了多模式、多功能无线电网关研究计划，目标是解决美军不同兵种、不同类型电台之间相互通信、相互联通的问题，即开发一种能实现联合作战的、三军统一的

多波段多模式电台(MBMMR，Multi-Band Multi-Mode Radio)。以此为目的的军用软件无线电SPEAKeasy项目包括两个阶段(SPEAKeasyⅠ与SPEAKeasyⅡ)，要求在一个产品中包含200多种不同军用电台系列，把多个不同的单频段电台合并成一个2MHz至2GHz的、具有灵活的射频接入能力的、软件可编程的电台。SPEAKeasyⅠ在1994年完成，当年八月进行了样机演示。它在演示中实现了如下功能:可以分别与美军现役的四种电台进行通信;同时和其中两种跳频电台进行通话;作为网桥连接两种不同的通信网络;演示语音、数据和图像的传输。SPEAKeasyⅡ项目从1995年开始，它的重点是解决实现中的问题，尤其是将SDR封装到大小、重量和功耗合理的开放体结构的商用硬件中去。在加州Ft.lrwin的国家训练中心，SPEAKeasyⅡ电台在TaskForceXXI演习中实现了AM、FM、VHFSINCGARS、UHFHAVEQUICK、UHFSATCOM、GPS等波形兼容。实验单元仅重80磅，基于商用现货(COTS)技术，易于实现战场保障。目前该技术正被应用于JTRS、地空数据调制解调器(GADM)和其他项目。

联合作战信息终端(JCIT)是一个由美军海军研究实验室开发的具有可编程调制解调的多波段、多功能终端。它作为能使用的产品投入研制，能够与很多从短波到2.SGH乙的射频波段军用电台实现互联。兼容的调制各式包括AM、FM、SSB、BPSK、QPSK、MSK、CPFSK、FH、GPS、COMA等，数据率范围从50bs到5Mbs。IO接口包括RS-232、RS-422、MIL-STD-1553、Ethernet等等。截至2000年6月，原型样机已经实现了许多技术指标。

FIRST(Flexible Integrated Radio Systems Technology)是欧洲电信标准协会(ETSI)和欧共体高级通信技术与服务项目(Advanced Communications Technology and Services，ACTS)为促进第三代移动通信标准的研制而提出的多个项目之一，其目的在于深入研究IMT-2000中提出的软件无线电技术。它的前身可以追溯到英国B班STOL大学1989年

开始的800900MHz多模无线电。FIRST项目1998年完成，建成了4个样机(demonstrator)，每一个都可配置为基站(base)或移动台(mobile)。发射机采用了直接变换(基带到射频)技术，接收机则采用了超外差的双中频结构。工作频率范围1710MHz-2200MHz，调制模式可以兼容DCS1800、UMTS(16QAM and CDMA)、DECT、AMPS、D-AMOS、TACS、CT2。最大信道带宽1.5MHz，AD采样精度为12bit。FIRST电台能够提供多媒体服务，特别是实时视频服务，以及internet接入服务。该项目研究了一些关键技术问题如空中接口、复用、高性能自适应编码(如turbo码)、DSP算法仓库等，还对比特率与空中接口自适应、基于网络的软件下载、多媒体服务提供等方面进行了探讨

Spectrum Ware项目是由麻省理工学院(MIT)计算机科学实验室开发的基于通用处理器的软件无线电系统。它以通用计算机为处理平台，具有最大的灵活性。由于在结构上与基于通用计算机的“虚拟仪器”相似，又被称为“虚拟无线电”(Virtual Radio)。Spectrum Ware的处理平台为采用Linux操作系统的DEC Alpha工作站，宽带中频采样数据通过PCI插卡进入系统，大部分的后续数据处理由四片INMMX200完成。该项目目前还无法用于移动通信，因为处理能力还不能满足实时信号处理要求。

近十年来软件无线电技术的研究引起了全球范围的兴趣。IEEE通信杂志1995年5月出了一期专刊，成为软件无线电发展过程的中的里程碑。1996年3月美国政府邀请工业部门组建了模块化多功能信息传输系统(MMITS)论坛，借以促进政府与工业部门之间的对话，重点讨论民用产品、民用业务与军用无线通信装备。该论坛1999年更名为SDR论坛。欧共体(EC，European Community)1997年在布鲁塞尔召开了第一次欧洲软件无线电学术研讨会。第一次亚洲软件无线电学术研讨会则于1998年4月在日本召开，同年6月在希腊召开了第一次软件无线电国际学术研讨会。1999

年2月的IEEE通信杂志以软件无线电全球化为主题，刊载了关于软件无线电特性的系列文章。同年4月的IEEEJSAC也刊载了软件无线电的系列文章。

1.6.2国内的发展动态

我国对软件无线电研究起步较晚，但却引起了政府部门与各高校、研究机构相当的重视。863-中国高技术研究发展计划中就有软件无线电研究项目，由清华大学微波与数字通信国家重点实验室承担。他们对软件无线电体系结构进行了研究，提出了基于交换网络的硬件平台。中国科学院空间科学与应用研究中心研制了采用软件无线电技术的空基遥科学指令接收机，调试时在不改变硬件的前提下完成了对BPSK与QPSK两种调制方式的解调。还有其他一些研究机构提出在卫星遥控系统、靶场移动终端、GPS 等场合采用软件无线电技术;甚至有人预言软件无线电系统将成为遥测的“万能工具”。

目前，在我国第三代移动通信已全面铺开，用户可以通过手机终端、笔记本终端无线高速上网，收看电视节目。而且与GSM网络完美兼容，不能不说是与软件无线电技术的发展和技术成熟有着紧密的联系。

第二章软件无线电中的调制解调实现的研究

本章主要讨论软件无线电中的数字调制和解调的原理。软件无线电具有灵活性、可扩展性等主要特点，这主要是因为软件无线电的所有功能都是用软件来实现的，通过软件的增加、修改或升级就可以实现新的功能。可以说，功能的软件化是软件无线电的最大优势之一。同样，我们这章所要讨论的软件无线电中的调制和解调最终也要通过软件来实现。

2.1软件无线电系统结构

软件无线电的核心思想在于使宽带AD与DA转换器件尽可能靠近天

线，将模拟信号尽早数字化，然后采用高速数字信号处理芯片作后续处理，通过软件来实现各种无线通信功能。一个软件无线电系统主要由三大部分构成:包括天线在内的射频处理模块、宽带AD与DA转换器件、高速数字信号处理模块。理想的软件无线电如下图2一1所示

图2-1 理想软件无线电

由于天线与ADC器件带宽等因素限制，上述的理想软件无线电 ( SWR ) 目前无法实现，工程上实现的称为软件定义的无线电(Software defined radio )。在一个软件无线电( SDR )系统中，AD器件的位置非常重要，称为数字接入点，它表明了数字化处理的起点。软件无线电要求系统的全部可编程性，包括可编程的射频(RF)频带、信道接入模式以及信道调制等等，这是它与多模式无线电等的区别所在。

J.Mitola 从信号流的角度分析了软件无线电系统的结构，包括以下几个部分:

实时信道处理流

实时信道处理实现无线通信系统基本信息流处理，包括射频子系统、宽带AD与DA变换、信道分离、调制解调、安全处理(加解密)等等。

环境管理流

环境管理包括无线电环境识别与高级控制，属于近实时信息流。它可以从频域、时域、空域多个角度描述无线电环境，完成信道识别、环境参

数如信道干扰电平估值等等。环境管理采用模块化操作，如快速傅立叶变换(FFT)、小波变换、波束成形矩阵算法进行数据处理，提取信道参数后控制实时信道处理。

在线自适应

在线自适应功能的目的是根据无线电环境实现信噪比(SNR)误比特率(BER)优化，频带与模式选择优化等，提供高的服务质量(QoS)。

离线软件支持

离线工具包括实现系统分析、增强信号处理等的软件平台。软件无线电凭借离线软件 (软件工厂) 而支持业务增强。它允许定义增强的业务如改进的波束成形、均衡器、网络解码器等等。这些改进可以纳入到样机的信道处理流中，进行参数设置试验，

图2-2 软件无线电信号流

排除算法中的错误，最后确定改进的价值 (增加的用户密度) 以及耗费的资源(IO带宽、时间延迟、处理容量等)。

基于软件的增强可以与开放体系结构软件接口标准一致，于是可以通过空中接口分发到其它软件无线电节点。这样，软件无线电通信网就可以提供新的业务。

2.2 软件无线电中的调制实现的研究

连续波数字调制是以正弦信号(可以是高频正弦信号，也可以是音频正弦信号)为载波，调制信号为数字信号的调制方式。

数字信号的载波传输，就是指以正弦信号为载波传输或运载数字信息的信息传输方式。

数字信号可以看成是模拟信号的特殊情况，在这种意义上可以把连续波数字调制看成是连续波模拟调制的特殊情况。

数字调制的基本类型主要有振幅键控(ASK)，频移键控(FKS)和相移键控(PSK)等等。如果按照常规的方法，产生每一种信号就需要一个硬件电路，甚至一个模块，那么要使一部通信机中产生几种、十几种通信信号，其电路就会极其复杂，体积重量都会很大。如果要增加一种新的调制方式就非常困难。

软件无线电中的各种调制信号是以一个通用的数字信号处理平台为支撑，利用各种软件来产生的。每一种调制算法都做成软件模块形式，要产生某种调制信号只需调用相应的模块即可。由于各种调制用软件来实现，因此在软件无线电中，可以不断地更新调制模块的软件来适应不断发展的调制体制，具有相当大的灵活性和开放性。软件无线电的各种调制完全可以基于数字信号处理技术来实现。

在当代通信中，通信信号的种类很多，下面仅就PSK信号的实现方法加以讨论。从理论上来说，各种通信信号都可以用正交调制的方法加以实现。

具体的方法是把信号分成同相分量(I路)和正交分量Q(路)，然后再

分别调制。

可以写出它的时域表达式。

S(t)=I(t)cos(ω

c t)+Q(t)sin(ω

c

t) （2-1）

其中，ω

c

为载波频率。调制信号的信息包含在I(t)和Q(t)内。由于各种调制信号都是数字域实现的，因此，在数字域实现时要对式(2一1)进行数字化。

S(n)=I(n)cos (nω

c ω

s

)+Q(n)sin(nω

c

ω

s

) （2-2）

ωs为采样频率的角频率。在对调制信号和载波频率进行数字化时，其采样频率可能不一样。我们可以采用多相滤波器来提高数据源的采样速率，使得调制信号的采样速率和载波的采样速率一致。

下面就几种典型的数字调制方式作一介绍。

2.2.1软件无线电中的ASK调制实现的研究

一个二进制振幅键控信号可以表示为一个单极性脉冲与一个正弦波相乘，即

（2-3）

式（2-3）中，g(t)是持续时间为T的矩形脉冲，an为信源给出的二进制符号0,1。如果令

（2-4）

那么

（2-5）

因此，要实现正交调制，只要令

I(t)=0 （2-6）

Q(t)=m(t) （2-7）

就可以实现2ASK调制。

2.2.2软件无线电中的FSK调制实现的研究

2FSK信号是符号O对应载波角频率为，符号1对应载波角频率为的己调波形。它可以用一个矩形脉冲对一个载波进行调频实现，其表达式为

（2-8）式中，的取值为0，1，g(t)为矩形脉冲,为an的反码，T为码元周期。因此，只要把调制数据序列形成矩形脉冲，并把2FSK看成两个ASK信号相加就可以了，并令

（2-9）

（2-10）

然后再利用式(2－6)，式(2－7)就可以实现正交调制。

2.2.3软件无线电中的PSK调制实现的研究

2PSK方式是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的数字调制方式。2PSK的信号形式一般表示为:

（2-11）式中，的取值为-1，+1，即发送二进制符号0时取1，发送二进制符号1时取-1。这种调制方式的正交实现与2ASK信号十分类似。

在用2PSK调制方式时由于发送端以某个相位作为基准，因而在接收端也必须有这样一个固定的基准相位作参考。如果参考相位发生变化，则接收端恢复的信息就会出错。即存在“倒π”现象。为此在实际中一般采用养分相移键控(2DPSK)。2DPSK是利用前后相邻码元的相对载波相位去表示数字信息的一种表示方法。2DPSK和2PSK只是对信源数据的编码不同。

QPSK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 demodulation fc=5e6; %QPSK transmitter data=5000 ; %码数率为5MHZ %原码个数 rand_data=randn(1,5000); for i=1:data if rand_data(i)>=0.5 rand_data(i)=1; else rand_data(i)=0; end end %seriel to parallel %同时单极性码转为双极性码 for i=1:data if rem(i,2)==1 if rand_data(i)==1 I(i)=1; I(i+1)=1; else I(i)=-1; I(i+1)=-1; end else if rand_data(i)==1 Q(i-1)=1; Q(i)=1; else Q(i-1)=-1; Q(i)=-1; end end end % 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)==1 Izero(i)=I(fix((i-1)/zero)+1); Qzero(i)=Q(fix((i-1)/zero)+1); else Izero(i)=0; Qzero(i)=0; end end %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; % =500 fs=25e6; rf=0.1; psf=rcosfir(rf,NT,zero,fs,'sqrt');% psf大小为500 Ipulse=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。 %modulation for 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))); end sum=Imod+Qmod;

QPSK调制解调的simulink仿真

QPSK 调制解调的simulink 仿真与性能分析 一、 设计目的和意义 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。 二、 设计原理 （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, 2π, π,32π (或者4 π，34π，54π，74π)，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 （a ） （b ）

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。 （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。 （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

通信原理实验 QPSK调制解调实验

HUNAN UNIVERSITY 课程实验报告 题目：十QPSK调制解调实验 指导教师： 学生姓名： 学生学号： 专业班级：

实验10 QPSK调制解调实验 一、实验目的 1. 掌握QPSK调制解调的工作原理及性能要求；了解IQ调制解调原理及特性 2. 进行QPSK调制、解调实验，掌握电路调整测试方法了解载波在QPSK相干及非相干时的解调特性 二、实验原理 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。 用调相法产生QPSK调制原理框图如图所示，QPSK的调制器可以看作是由两个BPSK调 制器构成，输入的串行二进制信息序列经过串行变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电平信号I（t）和Q（t），然后对Acosωt和Asinωt进行调制，相 加后即可得到QPSK信号。 二进制码经串并变换后的码型如图所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路；另外一路称为正交支路，即Q支路

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，其原理框图如图 三、实验步骤 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）、码元再生模块（以下简称再生模块）和PSK载波恢复模块。 1、QPSK调制实验 a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成连接 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。 b、按基带成形模块上“选择”键，选择QPSK模式（QPSK指示灯亮）。 c、用示波器观察基带模块上“NRZ-I,I-OUT,NRZ-Q,Q-OUT”的信号;并分别与“NRZ IN”信号进行对比，观察串并转换情况。 NRZ-I 与NRZ IN I-OUT与NRZ IN NRZ-Q 与NRZ IN Q-OUT与NRZ IN d、观测IQ调制信号矢量图。

BPSK和QPSK调制解调原理及MATLAB程序

2.1 PSK调制方式 PSK原理介绍（以2-PSK为例） 移相键控(PSK)又称为数字相位调制,二进制移相键控记作2PSK。绝对相移是利用载波的相位(指初相)直接表示数字信号的相移方式。二进制相移键控中,通常用相位0 和π来分别表示“0”或“1”。2PSK 已调信号的时域表达式为s2psk(t)=s(t)cosωct, 2PSK移相键控中的基带信号与频移键控和幅度键控是有区别的,频移键控和幅度键控为单极性非归零矩形脉冲序列,移相键控为为双极性数字基带信号,就模拟调制法而言,与产生2ASK 信号的方法比较,只是对s(t)要求不同,因此2PSK 信号可以看作是双极性基带信号作用下的DSB 调幅信号。 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。二进制移相键控信号的时域表达式为 e2PSK(t)=[ n n a g(t-nT s)]cosw c t 其中, an与2ASK和2FSK时的不同，在2PSK调制中，an应选择双极性。 1, 发送概率为P an= -1, 发送概率为1-P 若g(t)是脉宽为Ts, 高度为1的矩形脉冲时，则有 cosωct, 发送概率为P e2PSK(t)= -cosωct, 发送概率为1-P 由上式(6.2-28)可看出，当发送二进制符号1时，已调信号e2PSK(t)取0°相位，发送二进制符号0时，e2PSK(t)取180°相位。若用φn表示第n个符号的绝对相位，则有 0°, 发送 1 符号 φn= 180°, 发送 0 符号 由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊，所以2PSK信

QPSK调制解调完整程序(配有自己的注释)知识分享

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 demodulation fc=5e6; %QPSK transmitter data=5000 ; %码数率为5MHZ %原码个数 rand_data=randn(1,5000); for i=1:data if rand_data(i)>=0.5 rand_data(i)=1; else rand_data(i)=0; end end %seriel to parallel %同时单极性码转为双极性码 for i=1:data if rem(i,2)==1 if rand_data(i)==1 I(i)=1; I(i+1)=1; else I(i)=-1; I(i+1)=-1; end else if rand_data(i)==1 Q(i-1)=1; Q(i)=1; else Q(i-1)=-1; Q(i)=-1; end

end end % 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)==1 Izero(i)=I(fix((i-1)/zero)+1); Qzero(i)=Q(fix((i-1)/zero)+1); else Izero(i)=0; Qzero(i)=0; end end %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; % =500 fs=25e6; rf=0.1; psf=rcosfir(rf,NT,zero,fs,'sqrt');% psf大小为500

实验九 QPSK调制与解调

实验九、QPSK 、QDPSK 调制与解调 一、实验目的 1、掌握QPSK 调制与解调的基本原理及实现方法。 2、掌握QDPSK 调制与解调的基本原理及实现方法。 3、分析QPSK 、QDPSK 系统的有效性和可靠性。 二、实验原理 为提高通信的有效性，最常用的办法的是采用多进制的数字调制。MPSK 和MDPSK 就是多进制的数字相移键控即多相制信号，前者称为多进制绝对相移键控，后者称为多进制相对（差分）相移键控，它们都用M 个相位不同的载波来表示M 个不同的符号。一般来说，有n M 2=，因此，一个符号可以代表n bit 的二进制码元。 1、QPSK 信号分析 QPSK （Quadrature Phase Shift Keying ，正交相移键控）又叫四相绝对相移键控（4PSK ），它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2bit 信息，故每个四进制符号又被称为双比特码元。把组成双比特码元的前一信息比特记为a 码，后一信息比特记为b 码，为使接收端误码率最小化，双比特码元（a ，b ）通常按格雷码（Gray code ）方式排列，即任意两个相邻的双比特码元之间只有一个比特发生变化。图9.1给出了双比特码元（a ，b ）与载波相位的对应关系，其中图（a ）表示A 方式，图（b ）表示B 方式。 图9.1 QPSK 信号相位矢量图 （a ）A 方式（2/π系统） （b ）B 方式（4/π系统）

根据相位矢量图，得到双比特码元与载波相位之间的对应关系，如表9.1所示。 A 方式的QPSK 信号可表示为 )2 cos()cos()(πωθωn t t t s c n c +=+=，3 ,2 ,1 ,0=n B 方式的QPSK 信号可表示为 )4 1 2cos()cos()(πωθω++ =+=n t t t s c n c ，3 ,2 ,1 ,0=n 由于QPSK 信号普遍采用正交调制（又称IQ 调制）法产生，故QPSK 信号统一表示为 t Q t I t t s c c n c ωωθωsin cos )cos()(?-?=+= 这样，将a 码送入I 路，b 码送入Q 路，然后将I 路信号与载波t c ωcos 相乘，Q 路信号与正交载波t c ωsin 相乘，之后通过加法器相加，即可得到QPSK 信号。 2、QPSK 调制 以B 方式为例，QPSK 信号的产生方法有两种：一是正交调制法，二是相位选择法。 （1）正交调制(IQ 调制)法 二进制调相信号通常采用键控法，而多进制调相信号普遍采用IQ 调制法产生。正交调制法产生QPSK 信号的原理框图如图9.2所示，它可以看成由两个2PSK 调制器构成，上支路将a 码与余弦载波相乘，下支路将b 码与余弦载波相乘，这样产生载波相互正交的两路2PSK 信号，再将这两路信号相加，通过矢量合成便是QPSK 信号。 图9.2 正交调制法产生QPSK 信号 （a ）原理框图 （b ）矢量合成原理 图中输入的数字基带信号)(t A 是二进制的单极性不归零码，通过“串/并变换”电路变成并行的两路码元a 和b 后，其每个码元的传输时间是输入码元的2倍，且单极性信号将变为双极性信号。其变换关系式将“1”变为“+1”、“0”变为“-1”。“串/并变换”过程如图9.3所示，图中0、1、2等表示为二进制基带码元的序号。 从电路实现的角度看，串并变换实现了双比特码元和I 、Q 两路信号幅度之间的映射，如表9.2所示。IQ 信号幅度只有2种取值，设为2/1是为了保证输出QPSK 信号幅度为1。 ) 1(a )0(a ) 1(b ) 0(b ) 1 ,1() 0 ,0() 0 ,1() 1 ,0(

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,?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),10 cos(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。当然这么说是不准确的，IQ 两路就是同相和正交，而且默认的调制模型是cos()c A w t φ+，以上才成立。

实验九 QPSK调制与解调实验报告

实验九QPSK/OQPSK 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 ） a(0)b(0) b(1) a(1) （b ） 图12-1 QPSK 调制 /并变换。串/并变换器将输入的二进制序列分为两个并行的双极性序列110010*********和

111101*********。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，然后将两路输出叠加，即得到QPSK 调制信号。 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。 下面通过一个具体的例子说明某个带宽波形序列的I 路，Q 路波形，以及经载波调制以后相位变化情况。 若给定基带信号序列为1 －1 －1 1 1 1 1 －1 －1 1 1 －1 对应的QPSK 与OQPSK 发送波形如图12-3所示。 1-1-11111-1-111-1111-11-111-11-1-111-11-1 基基基基I 基基Q P S K ,O Q P S K Q 基基 Q P S K Q 基基O Q P S K -1 图12-3 QPSK,OQPSK 发送信号波形 图12-3中，I 信道为U （t ）的奇数数据单元，Q 信道为U （t ）的偶数数据单元，而OQPSK 的Q 信道与其I 信道错开（延时）半个码元。 QPSK ，OQPSK 载波相位变化公式为 {}()33arctan ,,,()44 44j i j i Q t I t ππ?ππ? ????? =--???? ?????? ?@ QPSK 数据码元对应的相位变化如图12-4所示，OQPSK 数据码元对应相位变化如图 12-5所示

利用MATLAB实现QPSK调制及解调

郑州轻工业学院 课程设计说明书题目：利用MATLAB实现QPSK调制及解调 姓名： 院系：电气信息工程学院 专业班级：电子信息工程09-1 学号： 540901030154 指导教师：赵红梅 成绩： 时间： 2012 年 6 月 18 日至 2012 年 6 月 22 日

郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目利用MATLAB实现QPSK调制及解调 专业班级电子信息工程09级 1班学号 54 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容： 已知数字信号1011000101101011，码元速率为2400波特，载波频率为1200Hz，利用MATLAB画出QPSK调制波形，并画出调制信号经过高斯信道传输后解调波形及接收误码率，将其与理论值进行比较。 基本要求： 1、通过本课程设计，巩固通信原理QPSK调制的有关知识； 2、熟悉QPSK产生原理； 3、熟悉高斯信道的建模及QPSK解调原理； 4、熟悉误码率的蒙特卡罗仿真； 5、学会用MATLAB来进行通信系统仿真。 主要参考资料： 主要参考资料： 1、王秉钧等. 通信原理[M].北京：清华大学出版社，2006.11 2、陈怀琛.数字信号处理教程----MATLAB释义与实现[M].北京：电子工业出版社,2004. 完成期限：2012.6.18—2012.6.23 指导教师签名： 课程负责人签名： 2012年6月16日

目录 一前言 (4) 1.1QPSK系统的应用背景简介 (4) 1.2 QPSK实验仿真的意义 (4) 1.3 实验平台和实验内容 (5) 1.3.1实验平台 (5) 1.3.2实验内容 (5) 二、系统实现框图和分析 (5) 2.1、QPSK调制部分， (5) 2.2、QPSK解调部分 (7) 三、实验结果及分析 (7) 3.1、理想信道下的仿真 (7) 3.2、高斯信道下的仿真 (8) 3.3、先通过瑞利衰落信道再通过高斯信道的仿真 (9) 参考文献： (11) 附录 (12)

MATLAB QPSK调制与解调

实验名称：QPSK调制与解调 一、实验目的： 1、学会QPSK调制与解调系统的构成 2、学会QPSK调制与解调系统的各模块的构建 3、学会误码率与误符号率的统计方法以及Matlab算法 二、实验原理： 1、QPSK：四进制绝对相移键控，也称为多进制数字相位调制，利用载波的四种不同相位状态来表征数字信息的调制方式。 2、QPSK的调制方法有正交调制方式（双路二相调制合成法或直接调相法）、相位选择法、插入脉冲法。 调制与解调系统的构成： 3、各模块的实现方法：

（1）、信源的产生：使用randint(m,n,2) 函数产生一个m 行n 列的随机二进制数列 （2）、QPSK 符号映射 ：将产生的0，1比特流按照QPSK 调制方式进行映射，本实验采用π/4 QPSK 的调制方式，图为： （3）、AWGN 信号产生：AWGN 产生器就是产生满足均值为0，方差为1的高斯白噪声。实验中使用randn(m,n)函数产生一个m 行n 列的高斯噪声序列。 （4）、信号幅度控制：根据AWGN 信道模型，接收信号可以分别表示为 α就是当噪声功率归一化为1（0均值，方差为1）时，根据信噪比关系而计算出来的信号平均幅度 I I I r s n α=+Q Q Q r s n α=+22210log 10^10s s n n v SNR SNR v sqrt v v ??????=?=* ? ? ???????

（5）、QPSK 反映射及判决 ：对接收到的信号在4种可能的四种信号向量[(1,0), (0,1), (-1,0), (0,-1)]上投影(即进行点积)。投影最大的值所对应的信号向量就是所发送信号的符号值，然后恢复出比特流 （6）、误码率及误符号率统计： 误码率：将检测出来的比特流和发送的原始比特流进行比较，统计出出现错误的比特数 误符号率：将检测出来的比特流变成两组，构成符号，和发送端符号映射后的符号流进行比较，只要符号中任错一bit ，就算该符号出错。统计出现错误的符号数 三、 实验内容： 1、建立QPSK 的Matlab 仿真模型 2、对仿真模型中各个组成部分进行函数设计和功能仿真 randn('seed',10);mark=randn(1,LENGTH); subplot(2,2,1);plot(mark);title('watermarc:Gaussian noise'); 3、成型滤波器的设计 4、带限信道中的QPSK 调制解调 四、实验步骤： 1、开机，设置好本次仿真目录 2、进入matlab 环境，设置工作路径和目录 3、按照实验方法，一步步进行QPSK 各个模块的设计 s v α=

0QPSK调制解调实验报告

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0QPSK解调过程各信号波形。 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。 2．20M数字双踪示波器。 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±π的相位跳变，而仅能产生±π/2的相位跳变，如图4-1所示。 从图4-1星座图和相位转移图中看出对于1QPSK，±π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4-1 QPSK和0QPSK的星座图和相位转移图

1) 六、实验步骤 1.A 方式的0QPSK 调制实验 （1）将“调制类型选择”拨码开关拨为00001000、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‘DI ’、‘DQ ’两路的一个周期的数据波形。 CH1:NRZ CH2:DI CH1:NRZ CH2:DQ （3）双踪观察并分析说明‘DI ’与‘I 路成形’信号波形；‘DQ ’与‘Q 路成形’信号波形；

7.QPSK调制解调实验 - 移动通信实验报告

计算机与信息工程学院验证性实验报告 一、实验目的 1.了解QPSK技术在移动通信系统中的应用 2.掌握QPSK调制解调数据传输过程； 3.了解QPSK的载波恢复和位定时恢复的基本方法 4.掌握QPSK解调数据传输过程； 1. 掌握升余弦成形滤波原理 二、预备知识 1. 数字信号传输的工作方式与工作过程 2. QPSK的基本工作原理 3. 升余弦成形滤波软件 4. QPSK解调的基本工作原理 5. 载波同步和位同步的基本方法 三、实验仪器 1、移动通信实验箱一台； 2、台式计算机一台； 3、示波器一台； 四、实验原理 QPSK调制解调的实现原理框图如图。

J 图4.2.8 QPSK 调制解调原理框图 A 点为发送数据； B 串/并变换 发送数据长度为128bit ，经过交织器输出的数据为一路串行数据，需要进行串/并变换，产生两路并行数据各为64bit 。 C 差分编码： 为了防止相位模糊现象，采用差分编码，并进行QPSK 映射。 差分编码的公式：n n n n n n b a b a Q I =>--11 QPSK 映射采用如下方式： 图4.2.9 QPSK 映射图

D 滤波与调制模块 方波会在时间上扩展，造成码间干扰，导致接收机在检测一个码元时发生错误的概率增大。所以在调制系统中需要对信号进行滤波，以减少失真和符号间干扰（ISI ）。每一支路在进行调制之前进行Nyquist 成形滤波使QPSK 信号的功率谱限制在分配的带宽内。在这里，选择具有均方升余弦滚降特性的滤波器。具有升余滚降特性的H （ω）可表示为： ???? ???-+=0 )] sin(1[2)(w T T T w H s s s π，抽样作卷积。 将滤波器的冲击响应函数列表，33个样值。 取不同的窗函数，滤波器的频谱特性不同。这里选择哈明窗作为窗函数，这样可以避免产生吉布斯现象。取滚降系数α=0.5，抽样步长Ts=Tc/10，每个码元采样10个点，阶数N=33。图4.2.10为滤波器特性的仿真示意。 图4.2.10 成形滤波器特性 滤波后信号调制到25kHz 的载波上，两路相加从而完成信号调制。 E 接收到的已调信号 为了实现正交解调，需要进行希尔伯特变换，获得两个分量I 和Q 。

通信原理的MATLAB实验 QPSK的调制解调报告

通信原理实验 项目名称：QPSK的调制解调 一、实验任务 任意输入长度为64比特的二进制信息，采用QPSK系统传输。码元速率为1Bps，载波频率为10Hz，采样频率为40 Hz，利用Matlab画出： （1）调制后的信号波形； （2）经信道传输后的信号波形（假设加性高斯白噪声，其功率为信号功率1/10）；（3）（3）任意解调方法解调后的信号波形。 二、流程图

三、完整程序 Fd=1; %码元速率 Fc=10; %载波频率 Fs=40; %采样频率 N=Fs/Fd; df=10; x=[ 1 1 0 1 1 0];%任意输入64比特的二进制信息 M=2; %进制数 SNRpBit=10;%加性高斯白噪声，其功率为信号功率的1/10，即信噪比为10 SNR=SNRpBit/log2(M); %转换为码元速率 seed=[12345 54321]; numPlot=length(x); figure(1)%画出输入二进制序列 subplot(211); stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx'); title('输入波形’) %调制 y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'fsk',M,df); numModPlot=numPlot*Fs; t=[0:numModPlot-1]./Fs; subplot(212);%画出调制后的信号 plot(t,y(1:length(t)),'b-'); axis([min(t) max(t) -1.5 1.5]); title('调制后的信号') %在已调信号中加入高斯白噪声 randn('state',seed(2)); y=awgn(y,SNR-10*log10(0.5)-10*log10(N),'measured',[],'dB'); %相干解调 figure(2) subplot(211); plot(t,y(1:length(t)),'b-');%画出经过信道的实际信号 axis([min(t) max(t) -1.5 1.5]); title('加入高斯白噪声后的已调信号') %带输出波形的相干M元频移键控解调 subplot(212); stem([0:numPlot-1],x(1:numPlot),'bx'); hold on; stem([0:numPlot-1],z1(1:numPlot),'ro'); hold off; axis([0 numPlot -0.5 1.5]); title('相干解调后的信号') 四、波形

实验一 QPSK调制解调实验

实验一 QPSK 调制解调实验 一、实验目的 1. 了解QPSK 调制和解调的基本原理； 2．熟悉软件完成QPSK 的过程。 二、实验内容 1．熟悉QPSK 调制和解调过程； 2．通过示波器测试QPSK 各点的波形； 3*.设计一个通过DSP 程序完成QPSK 的程序，加强对QPSK 的理解。 三、实验原理 BPSK 是用两种相位(0, π)来表示两种信息，而四相移相键控（QPSK ）是利用载波的四个不同相位来表征数字信息，每一个载波相位代表两个比特的信息。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，采用相应的相位来表示。当初始相位取0时，四种不同的相位为：0,π/2,π,3π/2 分别表示数字信息：11、01、00、10；当初始相位为4/π时，四种不同的相位为：4/π、4/3π、4/5π、4/7π分别表示11、01、00、10。这两种QPSK 信号可以通过图4-9-1的矢量图来表征。 (a) 初始相位为0 (b) 初始相位为л/4 图4-9-1 QPSK 信号的矢量图表示 QPSK 信号可以表示为：t T Q t t I t e ωωsin )(cos )()(0-=，其中I (t )称为同相分量，Q (t )称为正交分量。根据上式可以得到QPSK 正交调制器的方框图，如图4-9-2所示。

图4-9-2 QPSK 系统调制器原理框图 从图4-9-2可以看出，QPSK 调制器可以看作为两个BPSK 调制器构成，输入的二进制信息序列经过串并转换，分成两路速率减半的序列I (t )和Q (t )，然后对t ωcos 和t ωsin 进行调制，相加后即可得到QPSK 信号。经过串并变换之后的两个支路，一路为单数码元，另一路是偶数码元，这两个支路为正交，一个称为同相支路，即I 支路，另一个称为正交支路，即Q 支路。 QPSK 信号可以采用两个正交的载波信号实现相干解调。通过载波恢复电路，产生相干载波，分别将同相载波和正交载波提供给同相支路和正交支路的相关器，经过积分、判决和并串转换，即可恢复原来的二进制信息。QPSK 解调框图如图4-9-3所示。 图4-9-3 QPSK 相干解调框图 在QPSK 实验中，我们采用了DSP 来软件实现QPSK 调制和解调。本实验中，利用DSP 用软件完成BPSK 的调制和解调。由DSP 产生一个数据源，并进行串并转换，分为I 路和Q 路，同时产生同频的正弦信号和余弦信号，分别和I 、Q 路相乘，再将I 、Q 路合路，实现QPSK 调制，通过DSP 的MCBSP2口串行发送，再通过D/A 转换和上变频进行传输。接收方通过下变频和A/D 变化，将数据通过DSP 的MCBSP2串行交给DSP ，DSP 做相干解调，恢复出原始数据信息。

QPSK调制解调技术

QPSK调制解调技术 摘要如今，通信技术的发展可谓日新月异，而在通信系统中，数字调制解调技术是一项非常关键的技术，它影响着整个通信系统的质量。以前在数字通信系统中采用的ASK、FSK、PSK等调制方式，现已被许多优秀的调制技术所替代，其中QPSK技术是通信系统中比较突出的一种二进制调制方式。本文对QPSK 进行了简单介绍，阐述了QPSK的基本原理，介绍了QPSK调制与解调的实现原理框图，分别用调相法和相位选择法实现QPSK调制，并用相干解调方式对QPSK进行解调。 关键字QPSK；调相法；相位选择；相干解调 0引言 QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）是一种数字调制方式，它具有较高的调制效率，较强的抗干扰性，要求传送途径的信噪比低，在电路上实现较为简单，是目前最常用的一种卫星数字信号调制方式。由于它具有一系列独特的优点，因此被广泛应用于数字微波通信系统、移动通信系统、卫星通信系统及有线电视系统中，已经成为现代通信中的一种十分重要的调制解调方式。 1QPSK概述 1.1QPSK简介 数字相位调制或相移键控（-PSK）与频率调制十分相似，但它的实现不是通过改变发送载波的频率而是相位，不同相位代表的是不同的数据。为提高信道频带利用率，在BPSK（二相相移键控）的基础上发展了多进制相移键控（MPSK），它具有恒包络特性，如4PSK（M=4）、8PSK（M=8）、16PSK（M=16）等。其中4PSK为四相相移键控，它由两个载波相互正交的2PSK组合而成，也称为QPSK（正交相移键控）。 1.2 QPSK基本原理 它是用载波的四种不同的相位来表征输入的数字信息，四种不同的相位代表了四种不同的数字信息，它规定了四种载波相位，分别为45°、135°、225°和315°，由于调制器输入的数据是二进制数字序列，因此要先对输入的二进制数字序列进行分组，把它转换为四进制数据，使之能和四进制的载波相位配合起来。也就是说需将二进制数字序列中每两个比特编为一组，每一组都表示一个四进制码元，可有四种组合，即00，01，10，11，再用载波的四种不同的相位分别表示它们。每个四进制码元又称为双比特码元，每一个双比特码元都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中每次调制可传输两个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。

基于MATLAB的OQPSK调制解调实现课程设计

基于MATLAB的OQPSK调制解调实现课程设计

第2页共22页 基于MATLAB的OQPSK调制解调实现 摘要本课程设计的目标在于深切理解OQPSK调制与解调的基本原理，学会使用MATALB软件中的M文件来实现OQPSK的调制与解调以及分析加入不同噪声时对信号的影响程度。首先产生一个数字基带信号，接下来调用MATLAB中的相应函数对这个基带信号进行调制，然后分析调制后的波形:，记录结果后对调制后的信号进行解调，观察解调结果并做好记录，最后在信号中加入噪声并观察其时频图的变化，分析信噪比的噪声对调制结果的影响。本课程设计的实验开发/运行平台为windowsXP/windows7，程序设计使用MATLAB语言。通过调试运行，基本完成设计目标,达到调制与解调的目的。 关键词：MATLAB；M文件；OQPSK；调制与解调；噪声 1 引言 数字调制与解调技术在数字通信中占有非常重要的地位，数字通信技术与MATLAB 的结合是现代通信系统发展的一个必然趋势。在数字信号通信过程中，噪声的影响往往比较大，同时我们都希望有较高的频带利用率和功率利用率，而OQPSK也是一种恒包络调制技术，其频谱特性好，既保留着2PSK的高抗噪声性能、高频带利用率和高功率利用率，又有效地减弱了2PSK的“反相工作”缺陷，在通信研究中有着非常重要的意义，特别是在卫星通信和移动通信的领域有着广泛的应用。MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程与科学计算的高级语言，在控制系统的分析、仿真与

第3页共22页 设计方面得到了非常广泛的应用，随着其信号处理专业函数和专业工具箱的成熟，越来越受到通信领域人士的欢迎，其在通信领域的应用也将更加广泛。 1.1课程设计目的 熟悉OQPSK的基本原理，掌握MATLAB中M文件的使用及相关函数的调用方法，在此基础上通过编程实现OQPSK的调制与解调，并通过加入的噪声来判断所设计的系统性能。这次课程设计不仅让我对OQPSK有了更加深入的了解，而且学会了如何利用MATLAB中的M文件来实现通信系统方面的应用，最重要的是，自己能够独立完成一个小项目了，有了这方面的经验，我在以后的学习中就会有更充足的信心和动力。 1.2课程设计要求 熟悉MATLAB中M文件的使用方法，并在深切理解OQPSK调制解调原理的基础上，编写出OQPSK调制解调程序。绘制出OQPSK信号解调前后在时域和频域中的波形，并观察解调前后频谱有何变化以加深对OQPSK信号解调原理的理解。分别对信号叠加不同噪声，并进行解调，绘制出解调前后信号的时频波形，分析不同噪声对信号传输造成的影响大小。 1.3课程设计步骤 先产生随机信号，然后对信号进行调制和解调，在调制和解调过程中加入高斯白噪声，观察现象。 1、产生四进制数字作为数字基带信号，对其进行调制； 2、将函数调制信号改为相应的时域波形调制信号； 3、在函数调制信号中加入高斯白噪声，生成加入噪声后的时域波形调制信号；

QPSK调制解调仿真

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。其中软件的增加、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。 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19世纪80年代初期,人们选用恒定包络数字调制。这类数字调制技术的优点是已调信号具有相对窄的功率谱和对放大设备没有线性要求,不足之处是其频谱利用率低于线性调制技术。19世纪80年代中期以后,四相绝对移相键控(QPSK)技术以其抗干扰性能强、误码性能好、频谱利用率高等优点,广泛应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信及有线电视系统之中。 通过完成设计内容，复习QPSK调制解调的基本原理，同时也要复习通信系统的主要组成部分，了解调制解调方式中最基础的方法。了解QPSK的实现方法及数学原理。并对“通信”这个概念有个整体的理解，学习数字调制中误码率测试的标准及计算方法。同时还要复习随机信号中时域用自相关函数，频域用功率谱密度来描述平稳随机过程的特性等基础知识，来理解高斯信道中噪声的表示方法，以便在编程中使用。理解QPSK调制解调的基本原理，并使用MA TLAB编程实现QPSK信号在高斯信道和瑞利衰落信道下传输，以及该方式的误码率测试。复习MATLAB编程的基础知识和编程的常用算法以及使用MA TLAB 仿真系统的注意事项，并锻炼自己的编程能力，通过编程完成QPSK调制解调系统的仿真，以及误码率测试，并得出响应波形。在完成要求任务的条件下，尝试优化程序。 本课设是基于Matlab的软件仿真，只需PC机上安装MATLAB 6.0或者以上版本即可。课设的要求是1.构建一个理想信道基本QPSK仿真系统,要求仿真结果有：基带输入波形及其功率谱;QPSK信号及其功率谱；QPSK信号星座图。2.构建一个在AWGN（高斯白噪声）信道条件下的QPSK仿真系统，得出高斯白噪声信道条件下的误码性能以及高斯白噪声的理论曲线，要求所有误码性能曲线在同一坐标比例下绘制。 通过本次实验，除了和队友培养了默契学到了知识之外，还可以将次实验作为一种推广，让更多的学生来深入一层的了解QPSK以至其他调制方式的原理和实现方法。可以方便学生进行测试和对比。足不出户便可以做实验。