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关于BPSK、QPSK的一些理解，以及MATLAB实现
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最近在做有关矿井智能信息处理的通信仿真，在学习过程中遇到了一些问题以及自己的思考，并且将学习到的一些仿真知识记录一下，当作自己的学习笔记，也希望可以和大家交流学习。 关于BPSK和QPSK最开始接触还是在本科阶段通信原理的课本上，作为数字调制的内容进行学习，但是当时的学习很浅显，只是老师理论的讲解一下，没有仿真实践，因此理解也不深刻，直到最近开始做仿真的时候才发现，自己的学习还是十分欠缺，所以说把理论知识应用在实际工作中还是有一定的距离，需要我们多加练习。好了，废话不多说，我们接下来看一下BPSK和QPSK的具体内容。 首先介绍一下MATLAB中能够实现BPSK调制的两种方式：pskmod（x，M，ini_phase），comm.BPSKModulator(name,value) 这两种方式都可以实现对原始信息比特的数字调制。 针对pskmod（）函数的调用，MATLAB中的解释是对输入的信号X做M阶的相移键控调制。具体的信息可以查看帮助文档，（help + 你要查找的函数名）讲解的十分全面。
另一种实现方式是，调用MATLAB中的通信工具箱，创建一个BPSK调制项目，说项目可能有点不接地气，我的理解就是创建一个BPSK调制器，相当于c++中声明一个函数一样，因为函数内部的实现方式已经被写好封装在通信工具箱中，我们在用的时候只需要声明一下就行了。 相应的也会有一个BPSK解调器，调用的方式一样。
接下来，我们做一些简单实现。 首先我们需要产生一个随机的序列,然后对序列进行BPSK和QPSK调制，并通过星座图来观察符号映射后的效果。 % 产生随机序列 data = randi([0 1],1,10000); % 无初始相位 mod_data1 = pskmod(data,2); % 添加pi/4的初始相位 mod_data2 =pskmod(data,2,pi/4); scatterplot(mod_data1) scatterplot(mod_data2) % 调用通信工具箱的方法 bpsk_mod = comm.BPSKModulator('PhaseOffset',pi/4); % 输入为列向量 mod_data3 = bpsk_mod(data.'); scatterplot(mod_data3)
需要注意的一点是，在利用通信工具箱这种方法时，要求输入的信号必须是列向量。 图中的星座点较小可能看不太清楚，为了便于观察，我们增加一定的噪声 。 mod_data1 = awgn(mod_data1,10,'measured')
这样是不是就清楚许多，这要感谢awgn（）这个函数，说实话我是非常喜欢这个函数，在通信仿真中出现频率极高，而且简单好用，并且从2014版本（我是2016年大一的时候第一次接触MATLAB）到现在的2019版本这个函数都没有被改动，可见其受欢迎程度，但是这个函数背后的知识点还是挺多的，尤其涉及到信噪比的相互转换，以及不同情况下信噪比的选取需要好好理解，这个后续再说。 同样的QPSK调制与BPSK调制大同小异，只是细节的区别。 其中对于pskmod的方式要求是输入的信号为[0 M-1]的序列，但是通常情况下，我们在做仿真是产生的都是[0 1]序列，这便给仿真造成了麻烦，但是利用通信工具箱的方式就可以很好的避免。
其中BitInput这个参数的选择就成功解决了这个麻烦。接下来我们看代码实现。 data = randi([0 3],1,10000); mod_data1 = pskmod(data,4); mod_data2 = pskmod(data,4,pi/4); mod_data1 = awgn(mod_data1,10,'measured'); mod_data2 = awgn(mod_data2,10,'measured'); scatterplot(mod_data1) scatterplot(mod_data2) qpsk_mod = comm.QPSKModulator('PhaseOffset',pi/4,'BitInput',true); data1 = randi([0 1],1,10000); mod_data3 = qpsk_mod(data1.'); mod_data3 = awgn(mod_data3,10,'measured'); scatterplot(mod_data3)
相比较之下，我个人更愿意利用通信工具箱的方式进行数字调制，因为它可以应对几乎所有的信源情况，只是多加了一条声明的代码。这里只是列出了十分常用的BPSK和QPSK的使用，还有许多更高阶的数字调制方式，也是类似的使用，只是细节处的不同。 |
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