試驗九QPSK調(diào)制與解調(diào)

1、1/ 7實驗九、QPSK、QDPSK調(diào)制與解調(diào)、實驗?zāi)康?、掌握QPSK調(diào)制與解調(diào)的基本原理及實現(xiàn)方法。2、掌握QDPSK調(diào)制與解調(diào)的基本原理及實現(xiàn)方法。3、分析QPSK、QDPSK系統(tǒng)的有效性和可靠性。二、實驗原理為提高通信的有效性， 最常用的辦法的是采用多進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制。MPSK和MDPSK就是多進(jìn)制的數(shù)字相移鍵控即多相制信號，前者稱為多進(jìn)制絕對相移鍵控，后者稱為多進(jìn)制相對（差分）相移鍵控，它們都用M個相位不同的載波來表示M個不同的符號。一般來說,有M2n，因此，一個符號可以代表n bit的二進(jìn)制碼元。1、QPSK信號分析QPSK（Quadrature Phase Shift Keying

2、，正交相移鍵控）又叫四相絕對相移鍵控 （4PSK），它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2bit信息，故每個四進(jìn)制符號又被稱為雙比特碼元。 把組成雙比特碼元的前一信息比特記為a碼，后一信息比特記為b碼,為使接收端誤碼率最小化，雙比特碼元（a，b）通常按格雷碼（Gray code）方式排列，即 任意兩個相鄰的雙比特碼元之間只有一個比特發(fā)生變化。圖9.1給出了雙比特碼元（a，b）與載波相位的對應(yīng)關(guān)系，其中圖（a）表示A方式，圖（b）表示B方式。(1,1)(1*0)(1*0)* *0,0, 0)0)002/ 7(Oil)(Oil)表9.1雙比特碼元與載波相位之間的對應(yīng)關(guān)系雙

3、比特碼元載波相位nabA 方式B 方式00902350101351127045 10180315圖9.1 QPSK信號相位矢量圖（a）A方式（/2系統(tǒng)）（b）B方式（/4系統(tǒng)）3/ 7s(t) cos(ctn) I cosct Q sinct這樣，將a碼送入I路，b碼送入Q路，然后將I路信號與載波cosct相乘，Q路信號與正交載波sinct相乘，之后通過加法器相加，即可得到QPSK信號。2、QPSK調(diào)制以B方式為例，QPSK信號的產(chǎn)生方法有兩種： 一是正交調(diào)制法，二是相位選擇法。(1)正交調(diào)制(IQ調(diào)制)法圖中輸入的數(shù)字基帶信號A(t)是二進(jìn)制的單極性不歸零碼，通過串/并變換”電路變成并行的兩

4、路碼元a和b后，其每個碼元的傳輸時間是輸入碼元的2倍，且單極性信號將變?yōu)殡p極性信號。其變換關(guān)系式將“1變?yōu)椤?1” “0變?yōu)?T。串併變換”過程如圖9.3所示, 圖中0、1、2等表示為二進(jìn)制基帶碼元的序號。從電路實現(xiàn)的角度看，串并變換實現(xiàn)了雙比特碼元和I、Q兩路信號幅度之間的映射，如表9.2所示。IQ信號幅度只有2種取值，設(shè)為1/42是為了保證輸出QPSK信號幅度為1。根據(jù)相位矢量圖，得到 雙比特碼元與載波相位之間的對應(yīng)關(guān)系,如表9.1所示。A方式的QPSK信號可表示為S(t) COS(ctnn) cos(ct 2 )，n0,1,2,3B方式的QPSK信號可表示為s(t) cos(ct、“2n

5、 1n) cos(ct 4n 0,1,2,3由于QPSK信號普遍米用正交調(diào)制(又稱IQ調(diào)制)法產(chǎn)生,故QPSK信號統(tǒng)一表示為二進(jìn)制調(diào)相信號通常采用鍵控法, 而多進(jìn)制調(diào)相信號普遍采用IQ調(diào)制法產(chǎn)生。正交調(diào)制法產(chǎn)生QPSK信號的原理框圖如圖9.2所示，它可以看成由兩個2PSK調(diào)制器構(gòu)成，上支路將a碼與余弦載波相乘，下支路將b碼與余弦載波相乘，這樣產(chǎn)生載波相互正交的兩路2PSK信號，再將這兩路信號相加，通過矢量合成便是QPSK信號。(1,1)(1,0)圖9.2正交調(diào)制法產(chǎn)生QPSK信號(b)矢量合成原理原理框圖(a)a(1)4/ 7011123145(a)輸入基帶碼元t 101241 .(b)并行支

6、路a碼元t1113丨51 .(C)并行支路b碼元t圖9.3串/并變換電路工作原理表9.2雙比特碼元與IQ信號幅度及載波相位之間的映射關(guān)系雙比特碼元abI、Q路信號(幅度)I、Q路調(diào)制后相位合成相位n001/42，1/42，3 /25 /4011/72，1/72，/23 /4111/血，1/0，/2/4101/運，1/逅0，3 /27 /4(2)相位選擇法生器產(chǎn)生四種相位的載波， 經(jīng)邏輯選擇電路， 根據(jù)輸入信息 波輸出，然后經(jīng)過帶通濾波器濾除高頻分量。這種方式適合用于載頻較高的場合。3、QPSK解調(diào)QPSK信號的解調(diào)可以用兩個正交的載波信號實現(xiàn)相干解調(diào),信號可以看作是兩個正交2PSK信號的疊加，

7、所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的2PSK信號。相干解調(diào)后的兩路并行碼元a和b，經(jīng)過并伸變換后,可恢復(fù)出原串行信息。這種解調(diào)仍然存在相位模糊現(xiàn)象。選擇法原理框圖如圖9.4所示。中載波a和b,決定選擇哪個相位的載如圖9.5所示。由于QPSK圖9.4相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號的原理框圖5/ 74、QDPSK調(diào)制為了克服QPSK的相位模糊現(xiàn)象，人們常采用QDPSK調(diào)制，即用相鄰碼元載波相位的相對變化來表示數(shù)字基帶信號，它可以理解為四進(jìn)制的相對（差分）相移鍵控。n，即得QDPSK信號的編碼規(guī)則，此時n是本碼元載波相位相對于前一碼元的相位變化。QDPSK信號產(chǎn)生方法與QPSK信

8、號的產(chǎn)生方法類似，只需在圖9.2（a）中發(fā)送端串/并變換后增加差分編碼器，即可獲得QDPSK信號。將表9.1中的n換成6/ 7關(guān)于差分編碼：發(fā)送端差分編碼的實現(xiàn)常用“模4加”電路，如圖9.7所示。i-r-1甘0 02 2H)H)圖9.7差分編碼的實現(xiàn)（a）模4加電路(b) 模與雙比特碼元的對應(yīng)關(guān)系模4加的運算法則是：相加之值4，其和減4為結(jié)果值;相加之值=4,結(jié)果值為0。例如:Aii0圖9.6正交調(diào)圖法產(chǎn)生IQDPSSK信號號產(chǎn)生方法圖01U0U0C対00 00 07/ 7文件信源模塊：產(chǎn)生基帶信號,50個bit的隨機(jī)“0”或“1”序列;5、QDPSK解調(diào)QDPSK信號的解調(diào)方法和2DPSK解

9、調(diào)類似，也有極性比較法和差分檢測法兩種。關(guān)于差分譯碼(逆碼變換)：接收端差分譯碼的實現(xiàn)常用“模 算法則是：相減之值0，其差為結(jié)果值；相減之值0，其差加4為結(jié)果值；相加之值=0，結(jié)果值為0。三、實驗步驟1、啟動實驗，新建工程文件并保存。(1)雙擊桌面VMware Workstation圖標(biāo)，開啟虛擬機(jī)jiaoxue_pc_0413，用戶名：zhiling，(2)雙擊智領(lǐng)通信教學(xué)軟件圖標(biāo)，進(jìn)入開發(fā)模式。(3)通過File-新建-其他(0).，彈出“新建”窗口，選擇Zrc菜單-新建一個ZRC工程，點擊下一步進(jìn)入“創(chuàng)建一個新的egrc工程”窗口，輸入項目名2FSK，點擊完成，出現(xiàn)空白的2FSK.zrc

10、工程設(shè)計窗口。2、模擬法產(chǎn)生2FSK信號，觀察波形和頻譜。(1)在工程設(shè)計窗口中依次添加文件信源、信號源(1)、信號源(2)、數(shù)據(jù)組幀、比特擴(kuò)展、整型至浮點型、反相器、乘法器、加法器、浮點至復(fù)數(shù)型、 譜儀等模塊。(2)各模塊作用及設(shè)置如下:QDPSK信號極性比較法的解調(diào)原理框圖如圖9.7所示，與圖9.5比較，只是多了一個碼反變4減”電路。模4減的運密碼:123456。KZSDR信宿、示波器、頻換(差分譯碼)，將差分碼變成絕對碼。圖9.7 QDPSK信號極性比較法解調(diào)的原理框圖4)8/ 73、鍵控法產(chǎn)生2FSK信號，觀察波形和頻譜。4、包絡(luò)檢波法解調(diào)2FSK信號，觀察波形和頻譜。5、相干解調(diào)法解

11、調(diào)2FSK信號，觀察波形和頻譜。信號源(1)模塊：產(chǎn)生載波信號1，頻率為20KHz，幅度為1，相位為0的余弦信號；信號源(2)模塊：產(chǎn)生載波信號2，頻率為40KHz，幅度為1，相位為0的余弦信號；數(shù)據(jù)組幀模塊：產(chǎn)生24個bit“0”或“1”組成同步序列碼, 對基帶信號加入同步碼，其作用是使其能夠在2FSK解調(diào)時能夠解碼基帶信號；KZSDR模塊：2FSK信號發(fā)送模塊，同時設(shè)置KDZL-SDR-RL01通用軟件無線電開發(fā)平臺的相關(guān)參數(shù)：采樣率為400KHZ，中心頻率為340MHz，信號增益為60dB(可調(diào))，發(fā)送天線通道為RX2，發(fā)送信號帶寬為400KHz。比特擴(kuò)展模塊：矩形成波，將基帶信號波形變?yōu)榫匦尾ā７聪嗥髂K：將基帶信號進(jìn)行反相。