OQPSK調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)實驗(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目錄目錄精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)一、實驗要求及開發(fā)環(huán)境一、實驗要求及開發(fā)環(huán)境實驗要求：1. 數(shù)字相關(guān)器子系統(tǒng) 2. 仿真結(jié)果分析實驗?zāi)康模?.了解 PSK 直序擴頻通信系統(tǒng)的基本原理 2.掌握 Systemview 的使用開發(fā)環(huán)境：PC 機 開發(fā)軟件：SystemviewSystemview 簡介 Systemview 是一個用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及仿的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。直到一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立等各個領(lǐng)域，systemview 在友好且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的

2、嵌入式分析工具。 利用 systemview，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。其特色是，利用它可以從各種不同角度、以不同方式，拉要求設(shè)計多種濾波器，并可自動完成濾波器的各種指標(biāo)一如幅頻待件(波特圖)、傳遞函數(shù)、根軌跡圖等之間的轉(zhuǎn)換。它還可以實時地仿真各種位真的 DSP 結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行各種系統(tǒng)的時域和頻域分析、諾、譜分析，以及對各種邏輯電路、射精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)頻模擬電路(混領(lǐng)器、放大器、RLC 電路、運放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析等。二二.實驗原理實驗原理2.1調(diào)制方式簡介調(diào)制方式簡介 在通信原理中

3、把通信信號按調(diào)制方式可分為調(diào)頻、和三種。數(shù)字傳輸?shù)某Ｓ谜{(diào)制方式主要分為：正交調(diào)制（QAM）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比高，適合有線電視電纜傳輸。鍵控移相調(diào)制（QPSK）：調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，適合。（VSB）：抗好（即消除重影效果好） ，適合地面廣播。編碼正交頻分調(diào)制（COFDM）：抗多徑傳播效應(yīng)和同頻干擾好，適合地面廣播和同頻網(wǎng)廣播。世廣數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的下行載波的采用 TDM QPSK 調(diào)制體制。它比編碼正交（COFDM）調(diào)制技術(shù)更適合衛(wèi)星的大面積覆蓋。通信的最終目的是在一定的距離內(nèi)傳遞信息。雖然基帶數(shù)字信號可以在傳輸距離相對較近的情況下直接傳送，但如果要遠(yuǎn)距離傳輸時，

4、特別是在無線或光纖信道上傳輸時，則必須經(jīng)過調(diào)制將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數(shù)字信號在有限的高頻信道中傳輸，必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制。如同傳輸模擬信號時一樣，傳輸數(shù)字信號時也有三種基本的調(diào)制方式：幅移鍵控(ASK)、(FSK)和相移鍵控(PSK)。它們分別對應(yīng)于用載波（正弦波）的幅度、頻率和相位來傳遞，可以看成是模擬和的特殊情況。理論上，數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制在本質(zhì)上沒有什么不同，它們都是屬正弦波調(diào)制。但是，數(shù)字調(diào)制是調(diào)制信號為數(shù)字型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是調(diào)制信號為連續(xù)型的正弦波調(diào)制。在數(shù)字通信的三種調(diào)制方式（ASK、FSK、PSK)中，就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用

5、率）兩個方面來看，一般而言，都是 PSK 系統(tǒng)最佳。所以PSK 在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。OQPSK 是 PSK 調(diào)制方式中的一種。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)解調(diào)是的逆過程。調(diào)制方式不同，解調(diào)方法也不一樣。與調(diào)制的分類相對應(yīng)，解調(diào)可分為正弦波解調(diào)（有時也稱為連續(xù)波解調(diào)）和脈沖波解調(diào)。正弦波解調(diào)還可再分為幅度解調(diào)、頻率解調(diào)和相位解調(diào)，此外還有一些變種如單邊帶信號解調(diào)、殘留邊帶信號解調(diào)等。同樣，脈沖波解調(diào)也可分為脈沖幅度解調(diào)、脈沖相位解調(diào)、脈沖寬度解調(diào)和脈沖編碼解調(diào)等。對于多重調(diào)制需要配以多重解調(diào)。2.2 OQPSK的含義的含義OQPSK 也稱為偏移四相相移鍵控（off

6、set-QPSK），是 QPSK 的改進(jìn)型。它與 QPSK 有同樣的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。不同點在于它將同相和正交兩支路的碼流在時間上錯開了半個碼元周期。由于兩支路碼元半周期的偏移，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會發(fā)生兩支路碼元極性同時翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSK 信號相位只能跳變 0、90，不會出現(xiàn) 180的相位跳變。OQPSK 信號可采用正交相干解調(diào)方式解調(diào)，其原理如圖 5-49 所示。由圖看出，它與 QPSK 信號的解調(diào)原理基本相同，其差別僅在于對 Q 支路信號抽樣判決時間比 I 支路延遲了/2，這是因為在調(diào)制時 Q 支路信號在時間上偏移了/2，所以抽樣判

7、決時刻也應(yīng)偏移/2，以保證對兩支路交錯抽樣。OQPSK 克服了 QPSK 的 l80的相位跳變，信號通過 BPF 后包絡(luò)起伏小，性能得到了改善，因此受到了廣泛重視。但是，當(dāng)碼元轉(zhuǎn)換時，相位變化不連續(xù)，存在 90的相位跳變，因而高頻滾降慢，頻帶仍然較寬。QPSK 數(shù)據(jù)碼元對應(yīng)的相位變化如圖 1-1 所示，OQPSK 數(shù)據(jù)碼元對應(yīng)相位變化如圖 1-2 所示。I I信信道道Q Q信信道道11110Q Q信信道道11110(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)(1,1)I I信信道道精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 1-1 QPSK 相位變化圖 圖 1-2

8、OQPSK 相位變化圖 對于 QPSK 數(shù)據(jù)碼元對 的相位變換由圖 1-1 求得為：可見，在 QPSK 中存在過零點的 180躍變。 對于 OQPSK 數(shù)據(jù)碼元對的相位變化由圖 1-2 求得為：可見，在 OQPSK 中，僅存在小于90的相位躍變，而不存在過零點躍變。所以 OQPSK 信號的帶限不會導(dǎo)致信號包絡(luò)經(jīng)過零點。OQPSK 包絡(luò)的變化小多了，因此對 OQPSK 的硬限幅或非線性放大不會再生出嚴(yán)重的頻帶擴展，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 1-3、圖 1-4 所示 圖 1-3 OQPSK 調(diào)制器框圖(1,-1)(-1,1)(1,1)

9、(1,-1)(1,-1)(-1,1)()4()34()4()4()34()422碼元對相位及相位變化：(1,-1)(1,1)(-1,1)(1,1)(1,1)(-1,-1)()4碼元對相位及相位變化：(1,-1)(1,-1)(-1,1)(1,1)(-1,-1)()4()342()34()4()4()34()34()4()4()4002222222串串并并變變換換電電平平產(chǎn)產(chǎn)生生電電平平產(chǎn)產(chǎn)生生載載波波發(fā)發(fā)生生器器移移相相90二二進(jìn)進(jìn)制制信信息息OQPSK信信號號I(t)Q(t)延延時時Ts/2cosAtsinAt并并串串變變換換載載波波發(fā)發(fā)生生器器移移相相9 90 0o o二二進(jìn)進(jìn)制制信信息息O

10、 OQ QP PS SK K信信號號整整形形判判決決整整形形判判決決位位定定時時恢恢復(fù)復(fù)延延時時T Ts s/ /2 2精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 圖 1-4 OQPSK 相干解調(diào)器框圖當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測時，接收端需要提供一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個相干載波的獲取就稱為載波提取，或稱為載波同步。提取載波的方法一般分為兩類：一類是在發(fā)送有用信號的同時，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個（或多個）稱作導(dǎo)頻的正弦波，接收端就由導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為插入導(dǎo)頻法；另一類是不專門發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號中提取載波，這類方法稱為直接法。2.3Costas環(huán)環(huán)C

11、ostas 環(huán)用來提取同步載波，又稱為同相正交環(huán)，其原理框圖如下：輸入已調(diào)信號90相移壓控振蕩器環(huán)路濾波器低通低通輸出V3V5V4V6 V3 V7V1V2在科斯塔斯環(huán)中，誤差信號 V7 是由低通濾波器及兩路相乘提供的。壓控振蕩器輸出信號直接供給一路相乘器，供給另一路的則是壓控振蕩器輸出經(jīng) 90移相后的信號。兩路相乘器的輸出均包含有調(diào)制信號，兩者相乘以后可以消除調(diào)制信號的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關(guān)的控制電壓，從而準(zhǔn)確地對壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號。現(xiàn)在從理論上對科斯塔斯環(huán)的工作過程加以說明。設(shè)輸入調(diào)制信號為，ttmcos)(則精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情

12、為你奉上專心-專注-專業(yè))2cos()cos(21)cos(cos)(3ttmtttmVccc)2sin()sin(21)sin(cos)(4ttmtttmVccc經(jīng)低通濾波器后的輸出分別為： cos)(215tmV sin)(216tmV 將和在相乘器中相乘得到5V6V=7V5V6V2sin)(812tm其中 是壓控振蕩器輸出信號與輸入信號載波之間的相位誤差，當(dāng) 較小時7V)(412tm上式中的大小與相位誤差 成正比，它就相當(dāng)于一個鑒相器的輸出。用去調(diào)整壓控7V7V振蕩器輸出信號的相位，最后使穩(wěn)定相位誤差減小到很小的數(shù)值。這樣壓控振蕩器的輸出就是所需提取的載波。在 systemview 上的

13、仿真如下：1.在 systemview 器件庫中可以直接調(diào)出一個 Costas 環(huán)仿真圖符，只需設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)即可。該器件圖標(biāo)如左圖示。參數(shù)設(shè)置窗口如下：在“VCO Freq” 欄輸入鎖相環(huán)的壓控振蕩器頻率，一般設(shè)置為與要提取載波頻率非常接近的值“Mod Gain”為鎖相環(huán) VCO 的頻率調(diào)制增益，另外還需在“Loop Fltr a/b”欄輸入鎖相環(huán)低通濾波器的傳輸函數(shù)的兩個系數(shù)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)三三.實驗實驗仿真仿真3.1Costas環(huán)單獨仿真環(huán)單獨仿真下面通過連接器件來進(jìn)行仿真模擬 Costas 環(huán)。其中 PN 碼發(fā)生（圖符 17）頻率為 10Hz，調(diào)制載波（圖符

14、 16）為 200HzIQ 兩路低通濾波器（圖符 7 和 5）頻率設(shè)置為 100Hz。環(huán)路濾波（圖符 9）頻率設(shè)置為180Hz。增益（圖符 11）為 4，增益(圖符 4)為 2。Fm 頻率調(diào)制器件（圖符 3）參數(shù)設(shè)置為，VCO 調(diào)制增益為 20Hz/V頻率在 194Hz 至 206Hz 之間均可以解調(diào)出來原始信號。相位與調(diào)制信號相同均為 0。其功能函數(shù)為通過調(diào)整增益 G 的大小來改變頻率范圍，)(2sin()(ttcstartdxGtfAty當(dāng)超過這一頻率范圍則不能恢復(fù)出原始信號。當(dāng) Fm 頻率為 203Hz 時仿真波形如下：原始信號為通過解調(diào)后波形為精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)

15、信號基本被恢復(fù)出來。若用 Pm 器件進(jìn)行解調(diào)，使頻率與調(diào)制載波相同，而相位不同。其功能函數(shù)為)(2sin()(tGxtfAtyc通過調(diào)整增益 G 的大小可以調(diào)整相位范圍，當(dāng)超過該相位范圍則不能解調(diào)出原始信號。這里不再做仿真。3.23.2 OQPSKOQPSK 調(diào)制解調(diào)仿真調(diào)制解調(diào)仿真OQPSK 調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)總框圖 該實驗的仿真過程為用一路頻率為 10HZ 的 PN 序列作為輸入信號，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換一路變兩路，然后分別用同一頻率但相互正交的載波對兩路信號分別進(jìn)行調(diào)制，變?yōu)槟M信號，調(diào)制后的信號通過一模擬的加性高斯白噪聲信道，然后用一科斯塔斯環(huán)進(jìn)行接收解調(diào)，對解調(diào)后的信號進(jìn)行抽樣判決再并串轉(zhuǎn)換之后

16、得到最終解調(diào)信號。另外還添加了器件對該系統(tǒng)的誤碼性能進(jìn)行統(tǒng)計。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.2.1 科斯塔斯環(huán)科斯塔斯環(huán)如圖所示，科斯塔斯環(huán)的工作原理在前面已經(jīng)介紹過了，它主要是通過頻率調(diào)制器 Fm，即圖符 72，并不斷濾除載波中 2wc 的高頻部分，不斷循環(huán)，從而使解調(diào)時能與發(fā)射端的載波同頻同相，準(zhǔn)確解調(diào)的目的。這部分中器件參數(shù)設(shè)置如下： 圖符 72(頻率調(diào)制器 Fm)：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 圖符 59（增益）： 圖符 69、70、71、73、74（低通濾波器）：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.2.2 串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換串并轉(zhuǎn)換和并串轉(zhuǎn)換關(guān)

17、鍵點在于兩個方波脈沖頻率設(shè)置均為 5HZ，即串行數(shù)據(jù)的一半頻率。 3.2.3 誤碼率測試誤碼率測試該實驗中影響誤碼率的關(guān)鍵因素為加性高斯噪聲的大小，當(dāng)噪聲取不同的值時對應(yīng)的誤碼率分別如下圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)Std deviation =1 V Std deviation =2 VStd deviation =3 V可見隨著噪聲的加大誤碼率明顯增大，并且當(dāng)噪聲增到到一定值時，信號完全被噪聲掩蓋，誤碼率達(dá)到極限不再增大。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 四四. .實驗實驗結(jié)論結(jié)論如圖，解調(diào)結(jié)果和輸入的如圖，解調(diào)結(jié)果和輸入的 PNPN 序列相比波形幾乎完全一致，只是

18、產(chǎn)生了序列相比波形幾乎完全一致，只是產(chǎn)生了 0.4s0.4s 的的時延，說明仿真成功。時延，說明仿真成功。五五. .待解決問題待解決問題全局關(guān)聯(lián)變量的設(shè)置當(dāng)一個高斯噪聲信道的 RBE 測試模型設(shè)置基本完畢后, 并不能繪出完整正確的RBE/RSN 曲線, 還必須將噪聲增益控制與系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)進(jìn)行全局變量關(guān)聯(lián), 使信道的信噪比(R SN ) 由 0 dB 開始逐步加大, 即噪聲逐步減小, 噪聲每次減小的步長與循環(huán)次數(shù)相關(guān)。然而具體設(shè)置過程中卻總是出現(xiàn)系統(tǒng)運行錯誤，從而無法完整繪制誤碼率曲線。六六.實驗實驗總結(jié)總結(jié)這次實驗主要內(nèi)容是實現(xiàn) OQPSK 的調(diào)制與解調(diào)，通過串并轉(zhuǎn)換，正交載波調(diào)制及載波恢復(fù)和

19、并串轉(zhuǎn)換，其中還引入了科斯塔斯環(huán)使解調(diào)載波和調(diào)制載波同頻同相從而正確解調(diào)出輸入信號。實驗過程較為簡單，但是需要注意的細(xì)節(jié)也不少，通過自己認(rèn)真實踐還是可以學(xué)到不少東西的。在整個做實驗的過程中，我搜集了許多資料，也請教過同學(xué)。一開始總是不能仿真出正確的結(jié)果，調(diào)整參數(shù)遇到許多問題，最開始甚至連一些原件的參數(shù)都搞不懂是起什么作用。通過不斷的摸索仿真，對仿真波形的觀察，逐步了解了每個元件的作用。這次試驗讓我受益頗多，加深了自己對通信原理課程理論知識的認(rèn)識程度和對實驗的理解，學(xué)會了 Systemview 的操作。在驗收時通過老師的講解，了解到了自己實驗中不足的精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)地方，以及許多原理上的推導(dǎo)過程。實驗心得體會：1 善于查找資料同樣開始做一個實驗，有一本好的指導(dǎo)書，就比別人起步要高，做實驗也是事半功倍。有很多不會的，不懂的問題都可以從書中找到答案，實在前任的基礎(chǔ)上前進(jìn)。在做實驗的過程中遇到的問題都可以到網(wǎng)上或查閱資料找尋答案。在本次實驗中，在網(wǎng)上找