實(shí)驗(yàn)九qpsk調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí) 驗(yàn) 九 QPSK/OQPSK 調(diào) 制 與 解 調(diào) 實(shí) 驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解用CPLD進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的基本方法。2、掌握QPSK調(diào)制與解調(diào)的原理。3、通過本實(shí)驗(yàn)掌握星座圖的概念、星座圖的產(chǎn)生原理及方法，了解星座圖的作用及工程上的作用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察QPSK調(diào)制的各種波形。2、觀察QPSK解調(diào)的各種波形。三、實(shí)驗(yàn)器材1、 信號(hào)源模塊一塊2、 號(hào)模塊一塊3、20M雙蹤示波器一臺(tái)4、連接線若干四、實(shí)驗(yàn)原理（一）QPSK調(diào)制解調(diào)原理1、QPSK調(diào)制QPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法可分為調(diào)相法和相位選擇法。用調(diào)相法產(chǎn)生 QPSK信號(hào)的組成方框圖如圖12-1（a）所示。圖中，串/并變換器將輸入的二進(jìn)制序列依次

2、分為兩個(gè)并行的雙極性序列。設(shè)兩個(gè)序列中的二進(jìn)制數(shù)字分別為a和b，每一對(duì)ab稱為一個(gè)雙比特碼元。雙極性的a和b脈沖通過兩個(gè)平衡調(diào)制器分別對(duì)同相載波及正交載波進(jìn)行二相調(diào)制，得到圖12-1（b）中虛線矢量。將兩路輸岀疊加，即得如圖12-1 （b）中實(shí)線所示的四相移相信號(hào)，其相位編碼邏輯關(guān)系如表12-1所示。（a）（b）圖12-1 QPSK調(diào)制表12-1 QPSK信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系A(chǔ)1001B1100a路平衡調(diào)制器輸出0 180180 0 b路平衡調(diào)制器輸出9090270 270 合成相位45135225 315 在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中 EPM3032ATC44-10型號(hào)的CPLD用于將信號(hào)源產(chǎn)生的偽隨機(jī)碼

3、進(jìn)行串併變換。2、QPSK解調(diào)圖12-2 QPSK相干解調(diào)器由于四相絕對(duì)移相信號(hào)可以看作是兩個(gè)正交2PSK信號(hào)的合成，故它可以采用與 2PSK信號(hào)類似的解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，即由兩個(gè) 2PSK信號(hào)相干解調(diào)器構(gòu)成，其組成方框圖如圖12-2所示。圖中的并/串變換器的作用與調(diào)制器中的串/并變換器相反，它是用來將上、下支路所得到的并行數(shù)據(jù)恢復(fù)成串行數(shù)據(jù)的。（二）OQPSK調(diào)制解調(diào)原理OQPSK又叫偏移四相相移鍵控，它是基于QPSK的改進(jìn)型，為了克服 QPSK中過零點(diǎn)的相位躍變特性，以及由此帶來的幅度起伏不恒定和頻帶的展寬（通過帶限系統(tǒng)后）等一系列問題。若將QPSK中并行的I, Q兩路碼元錯(cuò)開時(shí)間（如半個(gè)碼

4、元），稱這類 QPSK為偏移QPSK或OQPSK。通過I，Q路碼元錯(cuò)開半個(gè)碼元 調(diào)制之后的波形，其載波相位躍變由180降至90 ,避免了過零點(diǎn)，從而大大降低了峰平比和頻帶的展寬。下面通過一個(gè)具體的例子說明某個(gè)帶寬波形序列的I路，Q路波形，以及經(jīng)載波調(diào)制以后相位變化情況。若給定基帶信號(hào)序列為1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 1 1 1對(duì)應(yīng)的QPSK與OQPSK發(fā)送波形如圖12-3所示。圖12-3 QPSK,OQPSK發(fā)送信號(hào)波形圖12-3中，I信道為U （t）的奇數(shù)數(shù)據(jù)單元，Q信道為U （t）的偶數(shù)數(shù)據(jù)單元，而 OQPSK的Q信道與其I信道錯(cuò)開（延時(shí)）半個(gè)碼元。QPSK，OQPSK載波相位

5、變化公式為QPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì)應(yīng)的相位變化如圖12-4所示，OQPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì)應(yīng)相位變化如圖12-5所示圖12-4 QPSK相位變化圖圖12-5 OQPSK相位變化圖對(duì)于QPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì) 的相位變換由圖12-4求得為： 可見，在QPSK中存在過零點(diǎn)的180躍變。對(duì)于OQPSK數(shù)據(jù)碼元對(duì)的相位變化由圖12-5求得為：碼元對(duì)(1,-1) (-1,-1)(-1,1)- (1,1)- (1,1)(1,1)AJkAA4TT4YV相位及相位變化：() 乞” (去(二)乞-(_)0(_) 0 (_) a444444* (1,-1) (-1,-1) (-1,1) - (1,1)4444 (1,-1)4可見，

6、在QPSK中，僅存在小于 一 =90 的相位躍變，而不存在過零點(diǎn)躍變。所以O(shè)QPSK信號(hào)的帶限不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)包絡(luò)經(jīng)過零點(diǎn)。2OQPSK包絡(luò)的變化小多了，因此對(duì)OQPSK的硬限幅或非線性放大不會(huì)再生岀嚴(yán)重的頻帶擴(kuò)展，OQPSK即使再非線性放大后仍能保持其帶限的性質(zhì)。OQPSK的調(diào)制和相干解調(diào)框圖如圖12-6、12-7所示。圖12-6 OQPSK調(diào)制器框圖圖12-7 OQPSK相干解調(diào)器框圖(三) 星座圖星座圖可以看成數(shù)字信號(hào)的一個(gè)“二維眼圖”陣列，同時(shí)符號(hào)在圖中所處的位置具有合理的限制或判決邊界。代表各接收符號(hào)的點(diǎn)在圖中越接近，信號(hào)質(zhì)量就越高。由于屏幕上的圖形對(duì)應(yīng)著幅度和相位，陣列的形狀可用來分析

7、和確定系統(tǒng)或信道的許多缺陷和畸變，并幫助查找其原因。星座圖對(duì)識(shí)別下列調(diào)制問題相當(dāng)有用：幅度失衡正交誤差相關(guān)干擾相位噪聲、幅度噪聲相位誤差調(diào)制誤差比在數(shù)字調(diào)制中，我們可以通過星座圖來觀察相位的變化、噪聲干擾、各矢量點(diǎn)之間的相位轉(zhuǎn)移軌跡等狀況，通過星座圖，我們可以很容易的看出各矢量調(diào)制的頻譜利用率情況，應(yīng)該說，改變基帶信號(hào)的相位轉(zhuǎn)移軌跡也就改變了調(diào)制信號(hào)的頻譜特性。星座顯示是示波器顯示的數(shù)字等價(jià)形式，將正交基帶信號(hào)的I和Q路分別接入示波器的兩個(gè)輸入通道，通過示波器的“ X-Y ”的功能即可以很清晰的看到調(diào)制信號(hào)的星座圖。圖13-1 QPSK信號(hào)限帶前后的波形(a) QPSK(b) OQPSK圖13

8、-2相位轉(zhuǎn)移圖波形的跳躍與彎曲是由于載波相位不連續(xù)變化引起的。采用PSK調(diào)制方式時(shí)，在信號(hào)點(diǎn)配置圖上信號(hào)的相位從一點(diǎn)轉(zhuǎn)到另一點(diǎn)回發(fā)生瞬時(shí)變動(dòng)，相位的不連續(xù)性是不可避免的。五、實(shí)驗(yàn)步驟(一)觀測(cè)QPSK調(diào)制解調(diào)信號(hào)波形1) 將信號(hào)源模塊和模塊 5固定在主機(jī)箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2) 將信號(hào)源上S4撥為“ 1011 ”，使“ PN ”“CLK1 ”輸岀碼速率為16K，將S5撥為“ 0110 ”，使“ CLK2 ”輸岀碼速率為512K。3)關(guān)閉系統(tǒng)電源，按如下方式連線源端口目標(biāo)端口連線說明信號(hào)源：PN( 16K)模塊 5： NRZINS4撥為“1011 ”，PN是16K偽隨機(jī)碼

9、信號(hào)源：CLK1 (16K)模塊5： CLK提供16K時(shí)鐘輸入信號(hào)源：CLK2 ( 512K)模塊5： 512KS5 撥為“ 0110 ”模塊5:調(diào)制載波模塊5 :解調(diào)載波提供解調(diào)載波輸入模塊5:正交調(diào)制載波模塊5:正交解調(diào)載波提供正交解調(diào)載波輸入模塊 5: QPSKOUT模塊 5: QPSKINQPSK解調(diào)信號(hào)輸入*檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源4）將模塊5上開關(guān)J1調(diào)到“ QPSK”檔。I路基帶信號(hào)和I路調(diào)制Q路基帶信號(hào)和Q路調(diào)制輸出5）以I-IN信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀察 輸岀“ I”的輸岀波形。（如圖 1）6）以Q-IN信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀察“Q ”的輸岀波形。（

10、如圖2）7）調(diào)節(jié)電位器 W2,使I路、Q路調(diào)制信號(hào)幅度一致。（如圖3）圖38）將示波器設(shè)置為 XY顯示模式，示波器探頭分別接模塊5上“模擬一I”和“模擬一Q”測(cè)試點(diǎn)調(diào)節(jié) W4、W5（W4、W5分別調(diào)節(jié)解調(diào)載波的相位），并適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器，使屏幕上顯示清晰方正的星座圖，觀察星座圖 的特征。（如圖4）9） 以NRZIN信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀察基帶信號(hào)和“QPSKOUT ”輸岀波形。（W4、W5分別調(diào)節(jié)解調(diào)載波的相位，調(diào)節(jié)它們可在“QPSKOUT ”處可觀察到解調(diào)載波和信號(hào)不正交時(shí)波形變化的情況）（如圖5）圖4圖510） 用示波器觀察“ IOUT”、“ QOUT ”處波形，與原始信號(hào)“I-IN

11、 ”和“ Q-IN ”進(jìn)行比較。（如圖 6）11）用示波器觀察“ NRZOUT ”處波形，與 NRZIN進(jìn)行比較。（如圖 7）圖6圖7六、實(shí)驗(yàn)思考題1、分析QPSK的調(diào)制與解調(diào)原理。四相相移調(diào)制是利用載波的四種不同相位差來表征輸入的數(shù)字信息，是四進(jìn)制移相鍵控。QPSK是在M=4時(shí)的調(diào)相技術(shù)，它規(guī)定了四種載波相位，分別為45 135 225 315調(diào)制器輸入的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)字序列，為了能和四進(jìn)制的載波相位配合起來，則需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)，這就是說需要把二進(jìn)制數(shù)字序列中每兩個(gè)比特分成一組，共有四種組合，即00, 01，10，11,其中每一組稱為雙比特碼元。每一個(gè)雙比特碼元是由兩位二進(jìn)制信息比特組成，它們分別代表四進(jìn)制四個(gè)符號(hào)中的一個(gè)符號(hào)。QPSK中每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信 號(hào)的相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特2、分析多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能。在QPSK體制中，由于信號(hào)矢量的相位因噪聲而造成偏離，就會(huì)發(fā)生錯(cuò)判。3、QPSK星座圖代表了什么？各類調(diào)制信號(hào)在信號(hào)空間中的表現(xiàn)形式（星座