實驗九調制與解調實驗報告

1、謝謝你的觀賞實驗九 QPSK/OQPSK 調制與解調實驗一、實驗目的1、了解用CPLD進行電路設計的基本方法。2、掌握QPSK調制與解調的原理。3、通過本實驗掌握星座圖的概念、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、實驗內容1、觀察QPSK調制的各種波形。2、觀察QPSK解調的各種波形。三、實驗器材1、信號源模塊一塊2、號模塊一塊3、20M雙蹤示波器一臺4、連接線若四、實驗原理(一)QPSK調制解調原理1、QPSK調制QPSK信號的產(chǎn)生方法可分為調相法和相位選擇法。用調相法產(chǎn)生 QPSK信號的組成方框圖如圖 12-1 (a)所示。圖中，串/并變換器將輸入的二進制 序列依次分

2、為兩個并行的雙極性序列。設兩個序列中的二進制數(shù)字分別為a和b,每一對ab稱為一個雙比特碼元。雙極性的a和b脈沖通過兩個平衡調制器分別對同相載波及正交載波進行二相調制，得到圖12-1 (b)中虛線矢量。將兩路輸出疊加，即得如圖12-1 (b)中實線所示的四相移相信號，其相位編碼邏輯關系如表 12-1所示。(a)(b)圖12-1 QPSK調制表12-1 QPSK信號相位編碼邏輯關系A1001B1100a路平衡調制器輸出0°180°180°0°b路平衡調制器輸出90°90°270°270合成相位45°135°2

3、25315在本實驗系統(tǒng)中 EPM3032ATC44-10型號的CPLD用于將信號源產(chǎn)生的偽隨機碼進行串/并變換。2、QPSK解調圖12-2 QPSK相干解調器由于四相絕對移相信號可以看作是兩個正交2PSK信號的合成，故它可以采用與2PSK信號類似的解調方法進行解調，即由兩個2PSK信號相干解調器構成， 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)恢復成串 行數(shù)據(jù)的。(二)OQPSK調制解調原理OQPSK又叫偏移四相相移鍵控，它是基于 QPSK的改進型，為了克服 QPSK中過零點的相位躍 變特性，以及由此帶來的幅度起伏

4、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兩路碼元錯開時間(如半個碼元)，稱這類 QPSK為偏移QPSK或OQPSK。通過I, Q路碼元錯開半個碼元調制之后的波形，其載波相位躍變由180。降至90。，避免了過零點，從而大大降低了峰平比和頻帶的展寬。下面通過一個具體的例子說明某個帶寬波形序列的I路，Q路波形，以及經(jīng)載波調制以后相位變化情況。若給定基帶信號序列為 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1對應的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

5、(t)的偶數(shù)數(shù)據(jù)單元，而 OQPSK的Q 信道與其I信道錯開(延時)半個碼元。QPSK, OQPSK載波相位變化公式為QPSK數(shù)據(jù)碼元對應的相位變化如圖12-4所示，OQPSK數(shù)據(jù)碼元對應相位變化如圖12-5所示圖12-4 QPSK相位變化圖圖12-5 OQPSK相位變化圖對于QPSK數(shù)據(jù)碼元對 的相位變換由圖12-4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 12-5求得為：碼元對(1,-1) _.(-1,-1) ，(-1,1) H (1,1) H (1,1) ，(1,1) !1! I !相位及相位變化：(3_)二(3_)二(_)匚(

6、_) j (_)-.444444一(1,-1) 一(-1,-1) 一(-1,1) - (1,1) - (1,-1)till!二(3 (乙()二 J 二(_)44444可見，在QPSK中，僅存在小于 2 =90。的相位躍變，而不存在過零點躍變。所以OQPSK信號的帶限不會導致信號包絡經(jīng)過零點。OQPSK包絡的變化小多了，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。OQPSK的調制和相干解調框圖如圖12-6、12-7 所示。圖12-6 OQPSK調制器框圖圖12-7 OQPSK相干解調器框圖(三)星座圖星座圖可以看成數(shù)字信號的

7、一個“二維眼圖”陣列，同時符號在圖中所處的位置具有合理的限制 或判決邊界。代表各接收符號的點在圖中越接近，信號質量就越高。由于屏幕上的圖形對應著幅度和 相位，陣列的形狀可用來分析和確定系統(tǒng)或信道的許多缺陷和畸變，并幫助查找其原因。星座圖對識別下列調制問題相當有用：幅度失衡正交誤差相關干擾相位噪聲、幅度噪聲相位誤差 調制誤差比 在數(shù)字調制中，我們可以通過星座圖來觀察相位的變化、噪聲干擾、各矢量點之間的相位轉移軌 跡等狀況，通過星座圖，我們可以很容易的看出各矢量調制的頻譜利用率情況，應該說，改變基帶信 號的相位轉移軌跡也就改變了調制信號的頻譜特性。星座顯示是示波器顯示的數(shù)字等價形式，將正交基帶信號

8、的I和Q路分別接入示波器的兩個輸入通道，通過示波器的“ X-Y ”的功能即可以很清晰的看到調制信號的星座圖。圖13-1 QPSK信號限帶前后的波形(a) QPSK(b) OQPSK圖13-2相位轉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調制方式時，在信號點配置圖上信號的相位從一點轉到另一點回發(fā)生瞬時變動，相位的不連續(xù)性是不可避免的。五、實驗步驟(一)觀測QPSK調制解調信號波形1)將信號源模塊和模塊 5固定在主機箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好?！癈LK1 ”輸出碼速率為16K,將S5撥為“ 0110”，使2）將信號源上S4撥為“ 1011”，使“ PN” “C

9、LK2”輸出碼速率為512K。3）關閉系統(tǒng)電源，按如下方式連線源端口目標端口連線說明佶號源：PN （16K）模塊 5: NRZINS4撥為“ 1011”，PN是16K偽隨機碼佶號源：CLK1 （16K）模塊5: CLK提供16K時鐘輸入佶號源：CLK2 (512K)模塊5: 512KS5 撥為 “ 0110”模塊5:調制載波模塊5:解調載波提供解調載波輸入模塊5:正交調制載波模塊5:正交解調載波提供正交解調載波輸入模塊 5: QPSKOUT模塊 5: QPSKINQPSK軍調佗#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J1調到“ QPSK”檔。I路基帶信號和I路調制Q路基帶

10、信號和 Q路調制輸出5）以I-IN信號為內觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀察輸出“ I”的輸出波形。（如圖 1）6）以Q-IN信號為內觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀察“Q”的輸出波形。（如圖 2）圖17）調節(jié)電位器 W2,使I路、Q路調制信號幅度一致。（如圖3）圖38）將示波器設置為 XY顯示模式，示波器探頭分別接模塊5上“模擬一I”和“*II擬一Q”測試點調節(jié)W4、W5（W4、W5分別調節(jié)解調載波的相位 ），并適當調節(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信號為內觸發(fā)源，用雙蹤示波器觀察基帶信號和“QPSKOUT ”輸出波形。（W4、W5分別調節(jié)解調載波的相位，

11、調節(jié)它們可在“ QPSKOUT”處可觀察到解調載波和信號不正交時波形變化的 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“ I-IN ”和“ Q-IN”進行比較。（如圖6）11）用示波器觀察“ NRZOUT ”處波形，與 NRZIN進行比較。（如圖 7）圖6圖7六、實驗思考題1、 分析QPSK的調制與解調原理。四相相移調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，是四進制移相鍵控。QPSK是在M=4時的調相技術，它規(guī)定了四種載波相位，分別為 45。，135。，225 , 315。，調制器輸入的數(shù)據(jù)是 二進制數(shù)字序列，為了能和四進制的載波相位配合起來，則需要把二進制數(shù)據(jù)變換為四進制數(shù)據(jù)，這就是說需要把二進制數(shù)字序列中每兩個比/I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。 每一個雙比特碼元是由兩位二進制信息比特組成，它們分別代表四進制四個符號中的一個符號。QPSK中每次調制可傳輸2個信息比特，這些信息比特是通過載波的四種相位來傳遞的。解調器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號的相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特2、 分析多進制數(shù)字相位調制系統(tǒng)的抗噪聲性能。在QPSK體制中，由于信號矢量的相位因噪聲而造成偏離，就會發(fā)生錯判。3、QPSK星座圖代表了什么？各類調制信號在信號空間中的表現(xiàn)形式（星座