實(shí)驗(yàn)四QPSK與DQPSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)四QPSK與DQPSK調(diào)制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑?PSK，2DPSK的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，掌握QPSK，以及以其為基礎(chǔ)的DQPSK，OQPSK，/4—DQPSK等若干種相關(guān)的重要調(diào)制方式的原理，從而對多進(jìn)制調(diào)相有一定了解。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、“移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)儀一臺(tái)。2、50MHz示波器一臺(tái)。3、實(shí)驗(yàn)?zāi)K：信源模塊，QPSK-調(diào)制模塊。三、實(shí)驗(yàn)原理一）基本理論四相絕對移相鍵控（QPSK）的調(diào)制四相絕對移相鍵控利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，故每個(gè)四進(jìn)制碼元又被稱為雙比特碼元。我們把組成雙比特碼元的前一信息比特用a代表，后一信息比特用b代表。雙比特碼元中兩個(gè)信息比特ab通常是按格雷碼（即反射碼）排列的，它與載波相位的關(guān)系如表所列。表4-1雙比特碼元與載波相位的關(guān)系雙比特碼元載波相位φabA方式B方式000°45°0190°135°11180°225°10270°315°由于四相絕對移相調(diào)制可以看作兩個(gè)正交的二相絕對移相調(diào)制的合成，故兩者的功率譜密度分布規(guī)律相同。下面我們來討論QPSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)。QPSK信號(hào)的產(chǎn)生方法與2PSK信號(hào)一樣，也可以分為調(diào)相法和相位選擇法。調(diào)相法用調(diào)相法產(chǎn)生QPSK信號(hào)的組成方框圖如下所示。圖4-1QPSK信號(hào)的組成方框圖設(shè)兩個(gè)序列中的二進(jìn)制數(shù)字分別為a和b，每一對ab稱為一個(gè)雙比特碼元。并設(shè)經(jīng)過串并變換后上支路為a,下支路為b。雙極性的a和b脈沖通過兩個(gè)平衡調(diào)制器分別對同相載波及正交載波進(jìn)行二相調(diào)制。表4-2QPSK信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系a1001b1°1°0°0°A路平衡調(diào)制器輸出0°180°180°0°B路平衡調(diào)制器輸出270°270°90°90°合成相位315°225°135°45°相位選擇法用相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)的組成方框圖如下所示。圖4-2相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)方框圖四相相對移相鍵控（DQPSK）的調(diào)制所謂四相相對移相鍵控也是利用前后碼元之間的相對相位變化來表示數(shù)字信息。若以前一碼元相位作為參考，并令△φ為本碼元與前一碼元的初相差。，則信息編碼與載波相位變化仍可用QPSK信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系表來表示。不過，φ應(yīng)變?yōu)椤鳓?。對于DQPSK而言，可先將輸入的雙比特碼經(jīng)碼型變換，再用碼型變換器輸出的雙比特碼進(jìn)行四相絕對移相，則所得到的輸出信號(hào)便是四相相對移相信號(hào)。通常采用的方法是碼變換加調(diào)相法和碼變換加相位選擇法。碼變換加調(diào)相法碼變換加調(diào)相法產(chǎn)生DQPSK原理圖與調(diào)相法產(chǎn)生QPSK原理圖相比，僅在串/并變換后多了一個(gè)碼變換器。表4-3DQPSK信號(hào)相位編碼邏輯關(guān)系雙比特碼元載波相位變化△φab000°0190°11180°10270°表4-4四相相對調(diào)相碼變換的邏輯功能本時(shí)刻到達(dá)的ab及所要求的相對相位變化前一碼元的狀態(tài)本時(shí)刻應(yīng)出現(xiàn)的碼元狀態(tài)ab△φcdθcdθ000°00135°00135°01225°01225°11315°11315°1045°1045°0190°00135°00225°01225°01315°11315°1145°1045°10135°11180°00135°00315°01225°0145°11315°11135°1045°10225°10270°00135°0045°01225°01135°11315°11225°1045°10315°碼變換加相位選擇法碼變換加相位選擇法產(chǎn)生DQPSK信號(hào)的原理十分簡單，它的組成方框圖如下所示。圖4-3碼變換加相位選擇法產(chǎn)生DQPSK經(jīng)分析，它與相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號(hào)的組成方框圖完全相同。不過，這里邏輯選相電路除按規(guī)定完成選擇載波的相位外，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)將絕對碼轉(zhuǎn)換成相對碼的功能。也就是說，在四相絕對移相時(shí)，直接用輸入雙比特碼去選擇載波的相位；而在四相相對移相時(shí)，需要將輸入的雙比特碼ab轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的雙比特碼cd，再用cd去選擇載波的相位。這樣，便可產(chǎn)生QDPSK信號(hào)。OQPSK的調(diào)制OQPSK和QPSK調(diào)制類似，不同之處是在正交支路引入了一個(gè)比特（半個(gè)碼元）的延遲，這使得兩個(gè)支路的數(shù)據(jù)不會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，因而不可能像QPSK那樣產(chǎn)生±的相位跳變，而僅產(chǎn)生±/2的相位跳變。因此，OQPSK頻譜旁瓣要低于QPSK信號(hào)的旁瓣。圖4-4QPSK的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖圖4-5OQPSK的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖/4—DQPSK的調(diào)制/4-DQPSK是對QPSK信號(hào)特性進(jìn)行改進(jìn)的一種調(diào)制方式,改進(jìn)之一是將QPSK的最大相位跳變±,降為±3/4,從而改善了/4-DQPSK的頻譜特性.改進(jìn)之二是解調(diào)方式,QPSK只能用相干解調(diào),而/4-DQPSK既可用相干解調(diào),也可用非相干解調(diào)./4-DQPSK的原理框圖如下所示.輸入數(shù)據(jù)經(jīng)串/并變換后上下支路分別為SI，SQ，再經(jīng)差分相位編碼后上下支路分別為UK，VK。圖4-6/4-DQPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖設(shè)已調(diào)信號(hào)Sk(t)=cos(ωct+Φk)式中,θ為kT≤t≤(k+1)T之間的附加相位.上式可展開成Sk(t)=cosωctcosΦk-sinωctsinΦk當(dāng)前碼元的附加相位θ是前一碼元附加相位φ與當(dāng)前碼元相位跳變量△φ之和,即Φk=Φk-1+△ΦkUk=cosΦk=cos(Φk-1+△Φk)=cosΦk-1·cos△Φk-sinΦk-1·sin△ΦkVk=sinΦk=sin(Φk-1+△Φk)=sinΦk-1·cos△Φk+cosΦk-1·sin△Φk其中，sinΦk-1=Vk-1,cosΦk-1=Uk-1,上面兩式可以改寫為Uk=Uk-1·cos△Φk-Vk-1·sin△ΦkVk=Vk-1·cos△Φk+Uk-1·sin△Φk這是/4-DQPSK的一個(gè)基本關(guān)系式.它表明了前一碼元兩個(gè)正交信號(hào)Uk-1、Vk-1與當(dāng)前碼元兩正交信號(hào)Uk、Vk之間的關(guān)系.它取決于當(dāng)前碼元的相位跳變量△Φk,而當(dāng)前碼元的相位跳變量△Φk則又取決于差分相位編碼器的輸入碼組SI、SQ,他們的關(guān)系如下表所示.表4-5/4-DQPSK的相位跳變規(guī)則SISQ△Φkcos△Φksin△Φk11/41/1/-113/4-1/1/-1-1-3/4-1/-1/1-1-/41/-1/上述規(guī)則決定了在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位跳變量只有±/4和±3/4四種取值.U和V只可能有0,±1/,±1五種取值.設(shè)該濾波器的矩形脈沖響應(yīng)函數(shù)為,那么最后形成的∏/4-DQPSK信號(hào)可以表示為S(t)=g(t-kTs)cosΦkcosωct-g(t-kTs)sinΦksinωct二）測試點(diǎn)QPSK調(diào)制模塊上各個(gè)輸入輸出點(diǎn)與與測試點(diǎn)的意義：BS_IN：QPSK_調(diào)制模塊上外同步時(shí)鐘信號(hào)的輸入點(diǎn)。BS_OUT：QPSK_調(diào)制模塊自身產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)的輸出測試點(diǎn)。NRZ_IN：QPSK調(diào)制模塊的基帶數(shù)字信號(hào)。QPSK：對基帶數(shù)字信號(hào)調(diào)制所產(chǎn)生的QPSK連續(xù)頻帶信號(hào)。TEST_CAR：載波測試點(diǎn)。TEST_I：QPSK調(diào)制的一條支路信號(hào)測試點(diǎn)。TEST_Q：QPSK調(diào)制的另一條支路信號(hào)測試點(diǎn)。TEST_BI：DQPSK調(diào)制的一條支路信號(hào)測試點(diǎn)。TEST_BQ：DQPSK調(diào)制的一條支路信號(hào)測試點(diǎn)。QPSK_調(diào)制模塊面板上各個(gè)跳線帽的意義：BS選擇：上方BS_IN表示引入外同步時(shí)鐘信號(hào)，下方BS_OUT表示QPSK_調(diào)制模塊自身產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)。BS_OUT頻率：上方32K表示QPSK_調(diào)制模塊自身產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)頻率為32KHz，下方64K表示QPSK調(diào)制模塊自身產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)頻率為64KHz。載波頻率：上方32K表示QPSK的調(diào)制頻率為32KHz，下方1.024M表示QPSK的調(diào)制頻率為32KHz。調(diào)制模式：上方絕對表示QPSK調(diào)制，下方相對表示QDPSK調(diào)制。初始相位：上方0度表示采用00，900，1800，2700方案，下方45度表示采用450，1350，2250，3150方案。左上方跳線帽則表示是否選擇EPC2存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)FPGA程。置于左邊表示采用EPC2存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)FPGA程序，使得斷電后程序不丟失。置于右邊表示程序直接存放在FPGA芯片中，斷電后程序?qū)?huì)丟失。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、關(guān)閉實(shí)驗(yàn)儀上的交流電源開關(guān)。2、將QPSK-調(diào)制模塊的BS選擇跳線帽置于下方BS-OUT位置使QPSK-調(diào)制模塊自身輸出同步信號(hào)，再將SOURCE模塊右邊的跳線帽置于下方使A_OUT輸出數(shù)字基帶信號(hào)。3、將SOURCE的A-OUT與QPSK-調(diào)制模塊的NRZ-IN連接起來。打開電源開關(guān)與各個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K開關(guān)，觀察并記錄QPSK處的波形。3、分別改變BS-OUT頻率，載波頻率，初始相位，絕對相對，重做該實(shí)驗(yàn)，并相互比較。4、改變信源信號(hào)，重復(fù)上