1、2.1 PSK調制方式PSK原理介紹（以2-PSK為例）移相鍵控(PSK)又稱為數字相位調制,二進制移相鍵控記作2PSK。絕對相移是利用載波的相位(指初相)直接表示數字信號的相移方式。二進制相移鍵控中,通常用相位0 和來分別表示“0”或“1”。2PSK 已調信號的時域表達式為s2psk(t)=s(t)cosct, 2PSK移相鍵控中的基帶信號與頻移鍵控和幅度鍵控是有區別的,頻移鍵控和幅度鍵控為單極性非歸零矩形脈沖序列,移相鍵控為為雙極性數字基帶信號,就模擬調制法而言,與產生2ASK 信號的方法比較,只是對s(t)要求不同,因此2PSK 信號可以看作是雙極性基帶信號作用下的DSB 調幅信號。在二

2、進制數字調制中，當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控(2PSK)信號。 通常用已調信號載波的 0°和 180°分別表示二進制數字基帶信號的 1 和 0。 二進制移相鍵控信號的時域表達式為 e2PSK(t)= g(t-nTs)coswct 其中, an與2ASK和2FSK時的不同，在2PSK調制中，an應選擇雙極性。1, 發送概率為Pan= -1, 發送概率為1-P 若g(t)是脈寬為Ts, 高度為1的矩形脈沖時，則有cosct, 發送概率為Pe2PSK(t)= -cosct, 發送概率為1-P由上式(6.2-28)可看出，當發送二進制符號1時

3、，已調信號e2PSK(t)取0°相位，發送二進制符號0時，e2PSK(t)取180°相位。若用n表示第n個符號的絕對相位，則有0°, 發送 1 符號n= 180°, 發送 0 符號 由于在2PSK信號的載波恢復過程中存在著180°的相位模糊，所以2PSK信號的相干解調存在隨機的“倒”現象，從而使得2PSK方式在實際中很少采用。為了解決2PSK信號解調過程的反向工作問題， 提出了二進制差分相位鍵控(2DPSK)，這里不再詳述。2-PSK調制解調二進制移相鍵控信號的調制原理:如圖9所示。 其中圖(a)是采用模擬調制的方法產生2PSK信號，圖(b)是

4、采用數字鍵控的方法產生2PSK信號。解調器原理:如圖10所示。 2PSK信號的解調通常都是采用相干解調， 在相干解調過程中需要用到與接收的2PSK信號同頻同相的相干載波。 乘法器e2PSK(t)cos(wct)s(t)碼型變換雙極性不歸零(a) 模擬調制產生2PSK信號cos(wct)e2PSK(t)s(t)開關電路180度移相0度180度 (b)數字鍵控的方法產生2PSK信號 圖 9 2PSK信號的調制原理圖 e2PSK(t)帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器acde輸出定時脈沖cos(wct)b圖 102PSK信號的解調原理圖圖11 2PSK信號相干解調各點時間波形 就鍵控法來說,用數字

5、基帶信號s(t)控制開關電路,選擇不同相位的載波輸出,這時s(t)為單極性NRZ或雙極性NRZ 脈沖序列信號均可。當基帶信號為0 時候,連通開關0,產生無差別的載波,當所發出的信號為1 時,既連通開關改變載波的相位。在移相鍵控中還有一種差分移相鍵,他和普通的移相鍵控區別在與,差分移相鍵只有在當前傳輸的碼元和上次傳輸的碼元產生差別時才會產生相位的變化。移相鍵控相對與幅度鍵控和移頻鍵控有著更好的抗干擾性,也更適合于在信道中傳輸。QPSK調制QPSK信號可以看作兩個載波正交2PSK信號的合成。用調相法產生QPSK調制器框圖如圖12所示，QPSK的調制器可以看作是由兩個BPSK調制器構成，輸入的串行二

6、進制信息序列經過串并變換，變成兩路速率減半的序列，電平發生器分別產生雙極性的二電平信號I（t）和Q（t），然后對cosAt和sinAt進行調制，相加后即可得到QPSK信號電平產生載波發生器電平產生移相90度二進制信息輸出QPSK信號串并轉換Q(t)I(t)Acos(wt)Asin(wt)圖12 QPSK調制器框圖QPSK解調QPSK信號的解調原理如圖3-5的方框圖所示。解調是從已調信號中提取信號的過程，在某種意義上解調是調制的逆過程。由于QPSK信號可以看作是兩正交2PSK信號的疊加，故用兩路正交的相干載波去解調，這樣能夠很容易地分離出這兩路正交的2PSK信號。相干解調后的兩路并行碼元a和b經

7、過“并/串”轉換后成為串行數據輸出。載波 提取 相乘 低通 抽判 p/2 相乘 低通 抽判 并/串 A(t) s(t) a b cosw0t -sinw0t 定時 提取 圖3-5 QPSK信號解調原理方框圖 BPSK調制解調程序%構造載波，產生8個碼元，生成已調信號%a=randsrc(1,8,0:1);%產生8個隨機的二進制數l=linspace(0,2*pi,50);%利用linspace函數創建數組,2pi長度取點50個模擬一個碼元f=sin(2*l);%生成載波t=linspace(0,10*pi,400);%定義時軸length為10pi,取點400個，代表8個碼元的總取樣點數out

8、=1:400;%規定已調信號lengthb=1:400;% 規定基帶信號lengthw=1:400;%規定載波length%生成PSK信號% for i=1:8 if a(i)=0 for j=1:50 out(j+50*(i-1)=f(j); %若碼元為0則將載波輸出 end else for j=1:50 out(j+50*(i-1)=-f(j); %若碼元為1則將載波反相輸出 end end end %輸出載波和基帶信號%for i=1:8 for j=1:50 b(j+50*(i-1)=a(i); %b作為調制信號輸出 w(j+50*(i-1)=f(j); %w作為載波輸出 end e

9、nd subplot(3,3,1),plot(t,b),axis(0 10*pi -0.5 1.2), xlabel('t'),ylabel('幅度'),title('基帶信號');grid on; subplot(3,3,2),plot(t,w),axis(0 10*pi -1.2 1.2), xlabel('t'),ylabel('幅度'),title('載波'); grid on;subplot(3,3,3),plot(t,out),axis(0 10*pi -1.2 1.2),xlabel(

10、't'),ylabel('幅度'),title('PSK波形');grid on;%已調信號加入高斯白噪聲%noise=awgn(out,80,'measured') ; %產生噪音并加入到已調信號out中,信噪比80subplot(334); plot(t,noise); ylabel('幅度');title('噪音+信號'); xlabel('t');axis(0 10*pi -1.2 1.2); grid on;%信號通過BPF%Fs=400; %抽樣頻率400HZt=(1:4

11、00)*10*40/Fs; %時軸步進b,a=ellip(4,0.1,40,10,25*2/Fs); %設計IIR-BPFsf=filter(b,a,noise); %信號通過該濾波器subplot(335); plot(t,sf); %畫出信號通過該BPF的波形xlabel('t'); ylabel('幅度');title('通過BPF后的波形'); axis(0 10*pi -1.2 1.2);grid on;%信號經過相乘器%f=f f f f f f f f; %調整載波函數的長度，與BPF輸出函數統一lengths=sf.*f;%信號與

12、載波相乘s=(-1).*s;subplot(336); plot(t,s);%畫出信號通過該相乘器的波形xlabel('t'); ylabel('幅度');title('通過相乘器后波形'); axis(0 10*pi -1 1);grid on;%信號通過LPF%Fs=400; %抽樣頻率400HZt=(1:400)*10*pi/Fs; %時軸步進b,a=ellip(4,0.1,40,10*2/Fs); %設計IIR-LPFsf=filter(b,a,s); %信號通過該濾波器subplot(337); plot(t,sf); %畫出信號通過該

13、低通濾波器的波形xlabel('t'); ylabel('幅度');title('通過LPF后的波形'); axis(0 10*pi -1 1);grid on;%抽樣判決%b=0.26; %設置判決門限for i=1:8 for j=1:50 if sf(j+50*(i-1)>b sf(j+50*(i-1)=1; %若sf>判決門限，說明此時碼元為1 else sf(j+50*(i-1)=0; %若sf<判決門限，說明此時碼元為0 end end endsubplot(338); plot(t,sf); %畫出信號通過抽樣判決

14、器的波形xlabel('t'); ylabel('幅度');title('抽樣判決后波形'); axis(3 10*pi -0.5 1.2);grid on;QPK調制解調程序 （1）調制% 調相法clear allclose allt=-1:0.01:7-0.01;tt=length(t);x1=ones(1,800);for i=1:tt if (t(i)>=-1 & t(i)<=1) | (t(i)>=5& t(i)<=7); x1(i)=1; else x1(i)=-1; endendt1=0:0.

15、01:8-0.01;t2=0:0.01:7-0.01;t3=-1:0.01:7.1-0.01;t4=0:0.01:8.1-0.01;tt1=length(t1);x2=ones(1,800);for i=1:tt1 if (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);y1=conv(x1,xrc)/5.5;y2=conv(x2,xrc)/5.5;n0=randn(size(t2);f1=

16、1;i=x1.*cos(2*pi*f1*t);q=x2.*sin(2*pi*f1*t1);I=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);q_rc=y2.*sin(2*pi*f1*t4);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_

17、rc+n1;figure(1)subplot(4,1,1);plot(t3,i_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel('a序列');subplot(4,1,2);plot(t4,q_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel('b序列');subplot(4,1,3);plot(t2,QPSK_rc);axis(-1 8 -1 1);ylabel('合成序列');subplot(4,1,4);plot(t2,QPSK_rc_n1);axis(-1 8 -1 1);ylabel('加入噪聲');（2）解調%

18、 設定 T=1, 不加噪聲clear allclose all% 調制bit_in = randint(1e3, 1, 0 1);bit_I = bit_in(1:2:1e3);bit_Q = bit_in(2:2:1e3);data_I = -2*bit_I+1;data_Q = -2*bit_Q+1;data_I1=repmat(data_I',20,1);data_Q1=repmat(data_Q',20,1);for i=1:1e4 data_I2(i)=data_I1(i); data_Q2(i)=data_Q1(i);end;t=0:0.1:1e3-0.1;f=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f);data_I2_rc=conv(data_I2,xrc)/5.5;data_Q2_rc=conv(data_Q2,xrc)/5.5;f1=1;t1=0:0.1:1e3+0.9;I_rc=data_I2_rc.*cos(2*pi*f1*t1);Q_rc=data_Q2_rc.*sin(2*pi*f1*t1);QPSK_rc=(sqrt(1/2).*I_rc+sqrt(1/2).*Q_rc);% 解調I_demo=QPSK_rc.*cos(2