实验九 QPSK调制与解调

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
05
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

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实验报告QPSK实验报告摘要：本实验旨在通过对QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）调制技术的研究和实验，探讨其在数字通信领域的应用。

实验过程中，我们首先对QPSK调制技木进行了理论分析，然后搭建了相应的实验平台，进行了信号调制和解调的实验。

最后，通过对实验数据的分析和比对，得出了一些结论和体会。

一、实验目的1. 了解QPSK调制技术的原理和特点；2. 掌握QPSK调制和解调的基本方法；3. 通过实验验证QPSK调制技术的有效性和可靠性。

二、实验原理QPSK调制技术是一种常用的数字调制技术，它将数字信号分成实部和虚部，分别用两路正交的载波进行调制，从而实现了信号的传输。

QPSK调制技术具有带宽利用率高、抗噪声干扰能力强等优点，因此在数字通信领域得到了广泛的应用。

三、实验步骤1. 搭建QPSK调制实验平台，包括信号发生器、正交调制器、载波发生器等设备；2. 设计并生成需要传输的数字信号；3. 进行QPSK调制，将数字信号转换成QPSK信号；4. 传输QPSK信号，并进行解调；5. 对解调后的信号进行分析和比对。

四、实验结果与分析经过实验，我们成功地实现了QPSK调制和解调，并得到了相应的实验数据。

通过对实验数据的分析和比对，我们发现QPSK调制技术在传输效率和抗干扰能力方面表现出色，验证了其在数字通信领域的有效性和可靠性。

五、结论与展望本实验通过对QPSK调制技术的研究和实验，使我们更加深入地了解了数字调制技术在通信领域的应用。

同时，也为我们今后在数字通信领域的研究和实践提供了一定的指导和借鉴。

希望通过不断地学习和实践，能够更好地掌握和应用数字调制技术，为通信技术的发展做出更大的贡献。

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。

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。

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。

实验名称：QPSK仿真系统一、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（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、调制与解调I I Ir s n α=+Q Q Qr s n α=+22210log 10^10s s n n v SNR SNR v sqrt v v ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⇒=* ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭s v α=clear allclose all% 调制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=1:1e4data_I2(i)=data_I1(i);data_Q2(i)=data_Q1(i);end;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;n0=rand(size(t1));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); QPSK_rc_n0=QPSK_rc+n0;% 解调I_demo=QPSK_rc_n0.*cos(2*pi*f1*t1);Q_demo=QPSK_rc_n0.*sin(2*pi*f1*t1);% 低通滤波I_recover=conv(I_demo,xrc);Q_recover=conv(Q_demo,xrc);I=I_recover(11:10010);Q=Q_recover(11:10010);t2=0:0.05:1e3-0.05;t3=0:0.1:1e3-0.1;% 抽样判决data_recover=[];for i=1:20:10000data_recover=[data_recover I(i:1:i+19) Q(i:1:i+19)];end;bit_recover=[];for i=1:20:20000if sum(data_recover(i:i+19))>0data_recover_a(i:i+19)=1;bit_recover=[bit_recover 1];elsedata_recover_a(i:i+19)=-1;bit_recover=[bit_recover -1];endenderror=0;dd = -2*bit_in+1;ddd=[dd'];ddd1=repmat(ddd,20,1);for i=1:2e4ddd2(i)=ddd1(i);endfor i=1:1e3if bit_recover(i)~=ddd(i)error=error+1;endendp=error/1000;figure(1)subplot(2,1,1);plot(t2,ddd2);axis([0 100 -2 2]);title('原序列');subplot(2,1,2);plot(t2,data_recover_a);axis([0 100 -2 2]);title('解调后序列');2、误码率仿真% QPSK误码率分析SNRindB1=0:2:10;SNRindB2=0:0.1:10;for i=1:length(SNRindB1)[pb,ps]=cm_sm32(SNRindB1(i));smld_bit_err_prb(i)=pb;smld_symbol_err_prb(i)=ps;end;for i=1:length(SNRindB2)SNR=exp(SNRindB2(i)*log(10)/10);theo_err_prb(i)=Qfunct(sqrt(2*SNR)); end;title('QPSK误码率分析');semilogy(SNRindB1,smld_bit_err_prb,'*');axis([0 10 10e-8 1]);hold on;% semilogy(SNRindB1,smld_symbol_err_prb,'o'); semilogy(SNRindB2,theo_err_prb);legend('仿真比特误码率','理论比特误码率'); hold off;function[y]=Qfunct(x)y=(1/2)*erfc(x/sqrt(2));function[pb,ps]=cm_sm32(SNRindB)N=10000;E=1;SNR=10^(SNRindB/10);sgma=sqrt(E/SNR)/2;s00=[1 0];s01=[0 1];s11=[-1 0];s10=[0 -1];for i=1:Ntemp=rand;if (temp<0.25)dsource1(i)=0;dsource2(i)=0;elseif (temp<0.5)dsource1(i)=0;dsource2(i)=1;elseif (temp<0.75)dsource1(i)=1;dsource2(i)=0;elsedsource1(i)=1;dsource2(i)=1;end;end;numofsymbolerror=0;numofbiterror=0;for i=1:Nn=sgma*randn(size(s00));if((dsource1(i)==0)&(dsource2(i)==0))r=s00+n;elseif((dsource1(i)==0)&(dsource2(i)==1)) r=s01+n;elseif((dsource1(i)==1)&(dsource2(i)==0)) r=s10+n;elser=s11+n;end;c00=dot(r,s00);c01=dot(r,s01);c10=dot(r,s10);c11=dot(r,s11);c_max=max([c00 c01 c10 c11]);if (c00==c_max)decis1=0;decis2=0;elseif(c01==c_max)decis1=0;decis2=1;elseif(c10==c_max)decis1=1;decis2=0;elsedecis1=1;decis2=1;end;symbolerror=0;if(decis1~=dsource1(i))numofbiterror=numofbiterror+1;symbolerror=1;end;if(decis2~=dsource2(i))numofbiterror=numofbiterror+1;symbolerror=1;end;if(symbolerror==1)numofsymbolerror=numofsymbolerror+1;end;end;ps=numofsymbolerror/N;pb=numofbiterror/(2*N);3、QPSK在AWGN信道下的仿真close allclcclear allSNR_DB=[0:1:12];sum=1000000;data= randsrc(sum,2,[0 1]);[a1,b1]=find(data(:,1)==0&data(:,2)==0);message(a1)=-1-j;[a2,b2]=find(data(:,1)==0&data(:,2)==1);message(a2)=-1+j;[a3,b3]=find(data(:,1)==1&data(:,2)==0);message(a3)=1-j;[a4,b4]=find(data(:,1)==1&data(:,2)==1);message(a4)=1+j;scatterplot(message)title('B点信号的星座图')A=1;Tb=1;Eb=A*A*Tb;P_signal=Eb/Tb;NO=Eb./(10.^(SNR_DB/10));P_noise=P_signal*NO;sigma=sqrt(P_noise);for Eb_NO_id=1:length(sigma)noise1=sigma(Eb_NO_id)*randn(1,sum);noise2=sigma(Eb_NO_id)*randn(1,sum);receive=message+noise1+noise2*j;resum=0;total=0;m1=find(angle(receive)<=pi/2&angle(receive)>0);remessage(1,m1)=1+j;redata(m1,1)=1;redata(m1,2)=1;m2= find( angle(receive)>pi/2&angle(receive)<=pi);remessage(1,m2)=-1+j;redata(m2,1)=0;redata(m2,2)=1;m3=find( angle(receive)>-pi&angle(receive)<=-pi/2);remessage(1,m3)=-1-j;redata(m3,1)=0;redata(m3,2)=0;m4=find( angle(receive)>-pi/2&angle(receive)<=0);remessage(1,m4)=1-j;redata(m4,1)=1;redata(m4,2)=0;[resum,ratio1]=symerr(data,redata);pbit(Eb_NO_id)=resum/(sum*2);[total,ratio2]=symerr(message,remessage);pe(Eb_NO_id)=total/sum;endscatterplot(receive)title('C点信号的星座图')Pe=1-(1-1/2*erfc(sqrt(10.^(SNR_DB/10)/2))).^2;Pbit=1/2*erfc(sqrt(10.^(SNR_DB/10)/2));figure(3)semilogy(SNR_DB,pe,':s',SNR_DB,Pe,'-*',SNR_DB,pbit,'-o',SNR_DB,Pbit,':+')legend('QPSK仿真误码率','QPSK理论误码率','QPSK仿真误比特率','QPSK理论误比特率',1) xlabel('信噪比/dB')ylabel('概率P')gird on结果：4、QPSK在AWGN信道下的性能检测clear all;%对随机序列产生的方法初始化s = RandStream('mt19937ar','Seed', 5489);RandStream.setDefaultStream(s);s = RandStream('mcg16807', 'Seed',0);RandStream.setDefaultStream(s);N = 10^5; %码元数Eb_N0 = -4:20; %Eb/N0比特信噪比s_data = zeros(1,N);ErrorCount=zeros(1,length(Eb_N0)); %预先分配内存，用于记录错误的码元数for j = 1:length(Eb_N0)p = (2*(rand(1,N)>0.5)-1) + 1i*(2*(rand(1,N)>0.5)-1);s = (1/sqrt(2))*p; %归一化n = 10^(-Eb_N0(j)/40)*1/sqrt(2)*(randn(1,N) + 1i*randn(1,N)); %加性高斯白噪声r = s + n;%解调r_re = real(r); %实部r_im = imag(r); %虚部s_data(r_re < 0 & r_im < 0) = -1 + -1*1i;s_data(r_re >= 0 & r_im > 0) = 1 + 1*1i;s_data(r_re < 0 & r_im >= 0) = -1 + 1*1i;s_data(r_re >= 0 & r_im < 0) = 1 - 1*1i;ErrorCount(j) = size(find(p- s_data),2); %错误的码元数endsim_QPSK = ErrorCount/N;theory_QPSK = erfc(sqrt(0.5*(10.^(Eb_N0/20)))) -(1/4)*(erfc(sqrt(0.5*(10.^(Eb_N0/20))))).^2;close allfiguresemilogy(Eb_N0,theory_QPSK,'b.-');hold onsemilogy(Eb_N0,sim_QPSK,'mx-');axis([-4 20 10^-3 1])grid on。

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。

QPSK调制及解调课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解QPSK调制的基本原理，掌握其数学表达式和信号空间图表示方法。

2. 学生能够描述QPSK解调的关键步骤，包括信号检测和符号判决。

3. 学生能够解释QPSK调制解调技术在通信系统中的应用和优势。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立设计QPSK调制和解调的简单实验方案。

2. 学生通过实验操作，能够分析和解决QPSK调制解调过程中出现的问题。

3. 学生能够使用相关软件工具（如Matlab/Octave等）模拟QPSK调制解调过程，并展示结果。

情感态度价值观目标：1. 学生通过本课程的学习，培养对通信科学的兴趣，激发探究通信技术发展的热情。

2. 学生能够在小组合作中发展团队协作能力，增强沟通交流技巧，培养科学探究精神。

3. 学生通过学习QPSK技术，认识到其在现代通信中的重要性，增强对科技进步的正面价值观。

课程性质分析：本课程为高中信息技术或电子通信选修课程，结合物理与数学知识，旨在通过QPSK调制解调技术让学生深入理解数字通信的基本原理。

学生特点分析：高中生具备一定的物理和数学基础，能够理解抽象概念，同时具有一定的实验操作能力和问题解决能力。

教学要求：1. 理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力。

2. 引导学生通过小组合作，进行探究式学习，提高解决问题的能力。

3. 强调学习过程中的思考与反思，促进学生深度学习。

二、教学内容1. 引言：介绍数字通信的发展背景，引出QPSK调制解调技术的地位与作用。

2. 理论知识：- 数字调制基本概念与分类- QPSK调制原理及其数学表达- 信号空间图表示方法- QPSK解调原理及关键步骤3. 实践操作：- QPSK调制解调实验方案设计- 实验设备与软件工具介绍- 实验操作步骤及注意事项- 数据分析与结果展示4. 应用案例分析：- QPSK技术在现代通信系统中的应用- QPSK与其他数字调制技术的对比分析5. 教学案例与讨论：- 列举实际通信系统中的QPSK应用案例- 分析案例中的技术问题和解决方案- 组织学生进行小组讨论，提出优化建议教学内容安排与进度：1. 引言与理论知识（1课时）2. 信号空间图表示方法（1课时）3. QPSK解调原理及关键步骤（1课时）4. 实践操作：实验方案设计、设备使用与操作（2课时）5. 应用案例分析及讨论（1课时）6. 总结与反思（1课时）教材章节关联：本教学内容与教材中“数字通信原理”章节相关，涉及QPSK调制解调技术的具体应用和实践操作。

QPSK 调制：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°，315°，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.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 中每次调制可传输2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。

解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。

图2-1 QPSK 相位图以π/4 QPSK 信号来分析，由相位图可以看出： 当输入的数字信息为“11"码元时，输出已调载波⎪⎭⎫ ⎝⎛+4ππ2cos c t f A (2-1) 当输入的数字信息为“01"码元时，输出已调载波⎪⎭⎫ ⎝⎛+43ππ2cos c t f A (2-2）当输入的数字信息为“00"码元时，输出已调载波⎪⎭⎫ ⎝⎛+45ππ2cos c t f A （2—3） 当输入的数字信息为“10”码元时，输出已调载波⎪⎭⎫ ⎝⎛+47ππ2cos c t f A （2—4） QPSK 调制框图如下：图2-2 QPSK 调制框图其中串并转换模块是将码元序列进行I/Q 分离，转换规则可以设定为奇数位为I ，偶数位为Q 。

例：1011001001:I 路：11010；Q 路：01001电平转换模块是将1转换成幅度为A 的电平,0转换成幅度为-A 的电平。

如此，输入00则)452cos(2)2sin()2cos(ππππ+=+-=t f A t f A t f A QPSK cc c ，输入11,则)42cos(2)2sin()2cos(ππππ+=-=t f A t f A t f A QPSK c c c ，等等。

qpsk调制解调
QPSK调制解调是一种广泛应用在无线通信中的数字调制技术。

它
可以实现以较低的功率比，传输等效于较高调制级别时使用比特率时
所需要的比特率。

QPSK调制主要由调制器和解调器组成，其中调制器
将输入的数据进行转换，然后用于传播信号，而解调器的作用则是将
接收的信号还原成原始的数据。

QPSK调制由信号调制编码（QAM）发展而来，它将输入的比特数据
分为两部分，即I（in-phase）和Q（quardrature），把它们分别用
正弦和余弦波作为载波，再将这两个载波相互偏移90度，这样就形成
了正交信号。

因此，QPSK调制将比特数据以二进制0/1配对来表示，
而每一对比特又代表四个状态，从而可以实现四种不同状态下的比特
调制。

QPSK调制技术由调制器和解调器组成，其中调制器负责将输入的
信号进行处理，然后以二进制0/1表示，每一组比特中又包含两个比特，即I/Q比特，随后调制器将I/Q比特分别与正弦和余弦波进行相
位调制，然后将这两个载波相互偏移90度，这样就形成一个新的信号，它就是QPSK调制的输出信号，最后发送到通信系统中。

此外，解调器则是接收端，它的作用是将接收到的信号进行处理，将输入信号中的正弦和余弦波进行相量化，再将结果比特还原成原始
的I/Q比特码，最后把码再放回到输入的状态，也就得到了原始的数据。

QPSK调制解调技术具有良好的数字信号处理性能、低功耗、高效率、调制和解调处理都比较灵活，使用范围也比较广泛，并且与其他
调制技术相比，其信噪比也比较高，这使得QPSK调制解调技术在无线
通信中得以广泛使用。

QPSK调制与解调原理QPSK，即四相移键调制（Quadrature Phase Shift Keying），是一种数字通信调制方案。

它使用4个相位状态来表示每个数据符号，每个相位状态代表两个比特的信息。

QPSK调制和解调是无线通信系统中常用的一种数字调制和解调技术。

1. 数据编码：将输入的数字信号转化为二进制码流，通常采用差分编码（Differential Encoding）或格雷码（Gray Coding）编码方式。

2.符号映射：将二进制码流分组成符号序列，并将每个符号映射到一个特定的相位状态。

QPSK调制使用4个相位状态，通常为0°、90°、180°和270°，每个相位状态代表两个比特。

3.符号调制：将每个符号的相位状态转化为实际的连续信号。

在QPSK调制中，每个符号的相位状态转化为两个正交的正弦波分量，分别称为正交载波。

4.输出连续信号：将两个正交载波相加得到输出连续信号，其频谱包含两个正交载波频谱的叠加。

QPSK解调原理如下：1.信号接收：接收到被噪声和干扰影响的QPSK信号。

2.信号分解：将接收到的信号分解为两个正交载波的信号分量。

3. 相位检测：使用相干解调器对分解后的信号进行相位检测。

相位检测方法有多种，常用的方法包括差分相移键控解调（Differential PSK Demodulation）和最大似然相位估计（Maximum Likelihood Phase Estimation）。

4.解调器输出：解调器输出检测到的相位状态对应的二进制码流。

根据调制时的映射方式，每个相位状态可以恢复为两个比特的信息。

1.高效利用频谱：QPSK调制方式可以有效地利用频谱，每个符号携带两个比特的信息，相对于BPSK调制方式能提供更高的数据传输速率。

2.抗噪性能较好：QPSK调制相对于BPSK调制，分配相同的频带宽度，可以提供更好的抗噪声干扰性能。

因为接收端可以将噪声和干扰误差均衡地分配到四个相位状态上。

qpsk的调制与解调QPSK调制与解调，听起来挺高大上的对吧？其实它就像一场舞会，两个小伙伴一起跳舞，四种舞步让人眼花缭乱，真是好玩又复杂。

QPSK代表正交相位调制，是一种数字调制技术。

听到这儿，可能有人会皱眉，什么叫正交？别担心，咱们慢慢聊。

想象一下，舞会的地板上，咱们的舞者分成了四组。

每组代表一种信息，这样一来，信息传递就快了不少，真是妙不可言。

说到调制，这可是一个大场面。

调制就像给信息穿上漂亮的衣服，把二进制的0和1变成了更有意思的样子。

QPSK呢？它把两个比特的组合，变成一个符号，就好比是把两个舞者的舞姿融合成一个优雅的旋转。

这样一来，信息的传输效率就大大提高，仿佛瞬间变身为舞池中的明星，闪闪发光。

你说，调制这事儿是不是挺有趣的？咱们聊聊解调。

解调就像是舞会结束后，咱们要把那些舞步拆开，回到原来的状态。

这过程可得细心，不然容易搞混。

解调器就像是一位优秀的舞伴，专门负责把那些复杂的舞步拆解成简单的0和1。

想象一下，舞者在舞池中翩翩起舞，突然间停止，舞伴用心回忆每一个动作，把舞步一一还原，真是耐心十足啊。

QPSK调制与解调在现实生活中有什么用呢？可多了！比如，手机信号、卫星通信，这些都是它的舞台。

它们在繁忙的信息世界中，帮助我们轻松地进行交流。

就好比你在街上遇到老朋友，兴奋地聊起天来。

信息传输的快和稳，完全依赖于这些调制与解调的技术，真是功不可没。

QPSK也不是没有挑战。

想象一下，舞会中难免会有踩到脚的情况，信号在传输过程中可能会受到干扰。

这时候，解调器得像老练的舞者一样，敏锐地感知到这些干扰，巧妙地还原出原始的信息。

真是个技术活，稍有不慎，就可能搞得一团糟。

你是不是开始对QPSK产生了好奇？这个调制方式的魅力就在于它的灵活和高效。

它不仅能提高数据的传输速率，还能在噪声环境中保持稳定。

就像在嘈杂的派对上，两个好朋友仍能听到彼此的声音，不受干扰。

这种特性，真是让人拍手叫好。

在这个信息爆炸的时代，QPSK的应用可谓是如火如荼。

实验一QPSK 调制实验一、实验目的1、掌握QPSK 的调制解调原理。

2、掌握QPSK 的软件仿真方法。

3、掌握QPSK 的硬件设计方法。

二、预习要求1、掌握QPSK 的编解码原理和方法。

2、熟悉matlab 的应用和仿真方法。

3、熟悉DSP 和FPGA 的开发方法。

三、实验原理1、QPSK 调制的工作原理多相相移键控（MPSK ），特别是四相相移键控（QPSK ）是目前移动通信、微波通信和卫星通信中最常用的载波传输方式。

四相相移键控（QPSK ）信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，其信号表达式为：)cos()(i c i t A t S θω+= i ＝1，2，3，4 0≤t ≤TsTs 为四进制符号间隔，{i θ:i=1,2,3,4}为正弦波载波的相位，有四种可能状态。

如以下矢量图所示：如图为QPSK 的相位图，QPSK 的相位为（－3π/4，－π/4，π/4，3π/4）。

对于QPSK ：)sin cos cos (sin )sin()(i c i c i c i t t A t A t S θωθωθω+=+= 0≤t ≤Ts由于21cos ±=i θ 21sin ±=i θ所以：)cos )(sin )((2)(t t Q t t I A t S c c i ωω+=21cos )(±==i t I θ21sin )(±==i t Q θQPSK 正交调制器方框图如图所示：I图QPSK 正交调制器方框图在kTs ≤t ≤(k+1) Ts(Ts=2Tb)的区间，QPSK 产生器的输出为：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧--=-+-=--+=+++=+=----11),43c os(11),4c os(11),43c os(11),4c os()(1111n n c n n c n n c n n c a a t A a a t A a a t A a a t A t s πωπωπωπω2、QPSK 的相干解调的基本工作原理 QPSK 的相干解调方框图如图所示：图QPSK 的相干解调方框图当调制信号为I ＝1，Q ＝1时，由调制原理，调制输出信号为tt t S c c i ωωcos sin )(+=，在没有噪声和延时的理想状态时，解调器的输入tt t S t r c c i ωωcos sin )()(+==，则I 检测器的输出为：tt t t t t r c c c c c ωωωωωsin cos sin sin sin )(+=t t t t c c c c ωωωω2sin 212cos 21212sin 21)2cos 1(21+-=+-=则Q 检测器的输出为：tt t t t t r c c c c c ωωωωωcos cos cos sin cos )(+=t t t t c c c c ωωωω2sin 212cos 21212sin 21)2cos 1(21++=++=用截止频率小于2c ω的低通滤波器对I 检测器的输出滤波后得到1/2,即为逻辑1；对Q 检测器的输出滤波后得到1/2,即为逻辑1。

qpsk调制升余弦相关解调介绍如下：
QPSK（四相相移键控）调制是一种数字调制方式，它将输入的二进制数据转换成四进制的相位信息。

升余弦滤波器是一种有限脉冲响应滤波器，其传递函数的表达式为H ( f ) = { T s , 0 ⩽∣f ∣⩽ 1 − α 2 T s T s 2 { 1 + c o s [ π T s α ( ∣f ∣− 1 − α 2 T s ) ] } , 1 − α 2 T s < ∣f ∣⩽ 1 + α 2 T s 0 , ∣f ∣> 1 + α 2 T s H(f)=\left{ \right.H(f)=⎩⎪⎨⎪⎧Ts,0⩽∣f∣⩽2Ts1−α2Ts {1+cos[απTs(∣f∣−2Ts1−α)]},2Ts1−α<∣f∣⩽2Ts1+α0,∣f∣>2Ts1+α。

其中，α \alphaα为大于0小于1的滚降因子。

滚降因子的取值对系统的性能有着重要的影响，首先α \alphaα的大小直接影响了系统占用的带宽。

QPSK信号的解调可以使用升余弦滤波器进行。

首先，接收端接收到QPSK信号后，通过匹配滤波器进行信号的匹配，然后通过抽样判决器进行抽样判决，最后通过解调器进行解调。