无线通信中的IQ调制,BPSK调制,QPSK调制,16QAM调制的理解

描述

先从IQ调制说起:

 

IQ调制:

无线通信
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IQ解调原理:
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无线通信
Linux下使用GNU Octave运行下面的代码:

 

MATLAB

 

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t=-1:0.001:1;

f=1;

y=cos(2*pi*2*f*t);

subplot(1,2,1);plot(t,y);

y=sin(2*pi*2*f*t);

subplot(1,2,2);plot(t,y);

前面我们讲了IQ调制和解调的原理,下来我们看一下如何应用IQ调制来实现MPSK调制(QPSK、8PSK等)、MQAM调制(16QAM、64QAM等)。

先来了解一下BPSK(Binary Phase Shift Keying,二相相移键控)

无线通信
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如何用IQ调制实现QPSK调制?

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Linux下使用GNU Octave运行下面的代码:

 

 

MATLAB

 

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%输入信号

 

>> subplot(4,1,1);

>> t=0:0.001:8;

>> d=[0 0 ;0.5 1;1 1;1.5 0;2 1 ;2.5 1;3 0;3.5 0;4 0;4.5 1 ;5 1 ;5.5 0 ;6 1 ;6.5 1 ;7 0 ;7.5 0];

>> s=pulstran(t-0.25,d,'rectpuls',0.5);plot(t,s) ;

>> axis([0 8 -0.5 1.5]);

>> text(0.25,1.2,'0') ; text(0.75,1.2,'1') ; text(1.25,1.2,'1') ; text(1.75,1.2,'0') ;

>> text(2.25,1.2,'1') ; text(2.75,1.2,'1') ; text(3.25,1.2,'0') ; text(3.75,1.2,'0') ;

>> text(4.25,1.2,'0') ; text(4.75,1.2,'1') ; text(5.25,1.2,'1') ; text(5.75,1.2,'0') ;

>> text(6.25,1.2,'1') ; text(6.75,1.2,'1') ; text(7.25,1.2,'0') ; text(7.75,1.2,'0') ;

 

 

 

MATLAB

 

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% I路信号

 

>> subplot(4,1,2);

>> t=0:0.001:8;

>> a=1/sqrt(2);

>> d=[0 -a ;1 +a;2 -a;3 +a; 4 -a ;5 +a;6 -a;7 +a];

>> s=pulstran(t-0.5,d,'rectpuls');plot(t,s) ;

>> axis([0 8 -2 2]);

>> text(0.5,1.5,'-0.7') ; text(1.5,1.5,'+0.7') ;text(2.5,1.5,'-0.7') ;text(3.5,1.5,'+0.7');

>> text(4.5,1.5,'-0.7') ; text(5.5,1.5,'+0.7') ;text(6.5,1.5,'-0.7') ;text(7.5,1.5,'+0.7');

 

 

 

MATLAB

 

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% Q路信号

 

>> subplot(4,1,3);

>> t=0:0.001:8;

>> d=[0 +a;1 -a;2 -a;3 +a; 4 +a;5 -a;6 -a;7 +a];

>> s=pulstran(t-0.5,d,'rectpuls');plot(t,s) ;

>> axis([0 8 -2 2]);

>> text(0.5,1.5,'+0.7') ; text(1.5,1.5,'-0.7') ; text(2.5,1.5,'-0.7') ; text(3.5,1.5,'+0.7')

>> text(4.5,1.5,'+0.7') ; text(5.5,1.5,'-0.7') ; text(6.5,1.5,'-0.7') ; text(7.5,1.5,'+0.7')

 

 

 

MATLAB

 

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%QPSK调制信号

 

>> subplot(4,1,4);

>> t=0:0.001:8;

>> d1=[0 -a ;1 +a;2 -a;3 +a; 4 -a ;5 +a;6 -a;7 +a];

>> s1=pulstran(t-0.5,d1,'rectpuls').*cos(2*pi*5*t) ;

>> d2=[0 +a;1 -a;2 -a;3 +a; 4 +a;5 -a;6 -a;7 +a];

>> s2=pulstran(t-0.5,d2,'rectpuls').*sin(2*pi*5*t);

>> plot(t,s1-s2) ;

>> axis([0 8 -2 2]);

>> text(0.3,1.5,'3pi/4') ; text(1.3,1.5, '7pi/4') ; text(2.3,1.5,'5pi/4') ; text(3.3,1.5,'pi/4') ;

>> text(4.3,1.5, '3pi/4') ; text(5.3,1.5, '7pi/4') ; text(6.3,1.5,'5pi/4') ; text(7.3,1.5,'pi/4') ;

 

QPSK调制的星座图

无线通信

星座图,就是说一个坐标,如高中的单位圆,横坐标是I,纵坐标是Q,相应于投影到I轴的,叫同相分量,同理投影到Q轴的叫正交分量。由于信号幅度有差别,那么就有可能落在单位圆之内。具体地说,64QAM,符号有64个,等于2的6次方,因此每个符号需要6个二进制来代表才够用。这64个符号就落在单位圆内,根据幅度和相位的不同 落的地方也不同。从其中一个点跳到另一个点,就意味着相位调制和幅度调制同时完成了。”

无线通信

QPSK的映射关系可以随意定吗?

无线通信
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无线通信

还以发送数据是11为例,接收数据误判为10和00的概率要高于误判为01的概率。11误判为10错了1个比特,但11误判为00却错了2个比特。

综上所述,在相同的信道条件下,采用00π/4、013π/4、105π/4、117π/4映射关系的QPSK调制的误比特率要高于采用00π/4、013π/4、115π/4、107π/4映射关系。

象00、01、11、10这样,相邻的两个码之间只有1位数字不同的编码叫做格雷码。QPSK调制中使用的就是格雷码。
 

十进制数 自然二进制数 格雷码
0 0000 0000
1 0001 0001
2 0010 0011
3 0011 0010
4 0100 0110
5 0101 0111
6 0110 0101
7 0111 0100
8 1000 1100
9 1001 1101
10 1010 1111
11 1011 1110
12 1100 1010
13 1101 1011
14 1110 1001
15 1111 1000

如何使用IQ调制实现8PSK
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如何使用IQ调制实现16QAM
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注:前面讲的PSK调制(QPSK、8PSK),星座图中的点都位于单位圆上,模相同(都为1),只有相位不同。而QAM调制星座图中的点不再位于单位圆上,而是分布在复平面的一定范围内,各点如果模相同,则相位必不相同,如果相位相同则模必不相同。星座图中点的分布是有讲究的,不同的分布和映射关系对应的调制方案的误码性能是不一样的,这里不再展开去讲。

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利用IQ调制实现BPSK调制
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审核编辑 :李倩

 


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