m基于深度学习的QPSK调制解调系统相位检测和补偿算法matlab仿真

1.算法仿真效果

matlab2022a仿真结果如下：

2.算法涉及理论知识概要

         在数字通信中，正交相移键控（QPSK）是一种高效的调制方法，它能够在有限的带宽内传输更多的信息。然而，在实际通信过程中，由于信道噪声、多径效应等因素，接收到的QPSK信号可能会出现相位偏移，导致解调性能下降。为了解决这个问题，本文提出了一种基于深度学习的QPSK调制解调系统相位检测和补偿算法。该算法利用深度学习网络对接收到的信号进行相位检测，并根据检测结果对信号进行相位补偿，从而提高解调性能。

2.1 QPSK调制原理

       QPSK调制是一种四相位的相位键控调制方式，它将每两个比特的信息映射到一个符号上，每个符号有四种可能的相位状态，分别是0°、90°、180°和270°。在调制过程中，首先将输入的二进制比特流进行串并转换，得到两路并行的比特流。然后，对每路比特流进行差分编码，生成两路正交的I路和Q路信号。最后，将I路和Q路信号通过正交调制器调制到载波上，得到QPSK调制信号。

2.2 深度学习相位检测算法

      相位检测是QPSK解调的关键步骤之一。传统的相位检测方法通常基于锁相环（PLL）或最大似然估计（MLE）等算法，但这些方法在处理复杂信道条件下的信号时性能有限。因此，本文提出了一种基于深度学习的相位检测算法。

      该算法首先利用深度学习网络构建一个相位检测器模型。模型的输入是接收到的QPSK信号，输出是检测到的相位偏移量。在模型训练过程中，通过大量带有标签的训练数据对网络进行训练，使其能够学习到从输入信号到相位偏移量的映射关系。训练完成后，可以利用该模型对接收到的信号进行相位检测。

      深度学习网络的结构可以根据具体需求进行设计。常用的网络结构包括卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）和自编码器等。在本文中，我们采用CNN作为相位检测器的网络结构。CNN通过多层卷积和池化操作提取信号的特征，并通过全连接层将特征映射到相位偏移量上。通过反向传播算法对网络进行训练和优化，可以得到适用于相位检测的深度学习模型。

2.3 相位补偿算法

      在检测到相位偏移量后，需要对接收到的信号进行相位补偿以恢复原始信号。相位补偿可以通过对接收到的信号乘以一个相反的相位旋转因子来实现。具体的补偿方法取决于检测到的相位偏移量和信号调制方式。

3.MATLAB核心程序

K            = 2;               %调制阶数
SNR          = [0:1:20];            %信噪比范围0~25
phase        = [pi/6];          %相位范围0~pi/4
LEN          = 1000;
 
for i = 1:length(SNR)
    i
    for j = 1:20
        [i,j]
        %产生信号
        signal                  = round(rand(1,LEN));
        signal_modulated1       = Modulator(signal,K);        
        signal_receive1         = awgn(signal_modulated1,SNR(i),'measured');
        signal_receive2         = signal_receive1*exp(sqrt(-1)*phase);
        
        
        offset2   = func_phase_est_dnn(signal_receive2);%基于深度学习的相位估计
        
        RR        = signal_receive2*exp(-sqrt(-1)*mean2(offset2));
        %加相位补偿
        output    = DeModulator(RR,K);
        
        msgr      = ones(size(output));
        idx       = find(output<=0);
        msgr(idx) = 0;
        
        len         = length(find(signal==msgr));
        errrate(i,j)= 1-len/length(signal);
        %没有相位补偿
        output2     = DeModulator(signal_receive2,K);
        
        msgr2       = ones(size(output2));
        idx2        = find(output2<=0);
        msgr2(idx2) = 0;
        
        len2      = length(find(signal==msgr2));
        errrate2(i,j)= 1-len2/length(signal);
 
    end
end
 
figure;
semilogy(SNR,mean(errrate2,2),'b-o');
hold on
semilogy(SNR,mean(errrate,2),'r-s');
grid on
xlabel('SNR');
ylabel('误码率');
legend('QPSK无相位补偿误码率','QPSK相位补偿误码率');