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1、实验九、QPSK、QDPSK调制与解调一、实验目的1、掌握 QPSK 调制与解调的基本原理及实现方法。2、掌握QDPSK调制与解调的基本原理及实现方法。3、分析QPSK、QDPSK系统的有效性和可靠性。二、实验原理为提高通信的有效性，最常用的办法的是采用多进制的数字调制。MPSK和MDPSK就 是多进制的数字相移键控即多相制信号，前者称为多进制绝对相移键控，后者称为多进制相 对（差分）相移键控，它们都用M个相位不同的载波来表示M个不同的符号。一般来说， 有M = 2n，因此，一个符号可以代表n bit的二进制码元。1、QPSK信号分析QPSK （Quadrature Phase Shift K
2、eying，正交相移键控）又叫四相绝对相移键控（4PSK）， 它利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表2bit信息，故每个 四进制符号又被称为双比特码元。把组成双比特码元的前一信息比特记为a码，后一信息比 特记为b码，为使接收端误码率最小化，双比特码元（a, b）通常按格雷码（Gray code） 方式排列，即任意两个相邻的双比特码元之间只有一个比特发生变化。图9.1给出了双比特 码元（a, b）与载波相位的对应关系，其中图（a）表示A方式，图（b）表示B方式。0,1） （1.1）(0,0)o(or 0)图9.1 QPSK信号相位矢量图（a） A方式（兀/2系统）（b）
3、B方式（兀/4系统）表 9.1 双比特码元与载波相位之间的对应关系双比特码元载波相位0nabA方式B方式0090235010135112704510180315根据相位矢量图，得到双比特码元与载波相位之间的对应关系，如表9.1 所示。A 方式的 QPSK 信号可表示为 ns(t) = cos( t+0 ) = cos( t + 兀),n = 0,1,2,3c n c 2B 方式的 QPSK 信号可表示为s(t) = cos t +0 ) = cos t +兀),n = 0,1,2,3c n c 4由于QPSK信号普遍采用正交调制(又称IQ调制)法产生，故QPSK信号统一表示为s(t) = co
4、s t +0 ) = I -cos t一Q -sin tc ncc这样，将a码送入I路，b码送入Q路，然后将I路信号与载波coso t相乘，Q路信号与正c交载波sino t相乘，之后通过加法器相加，即可得到QPSK信号。c2、QPSK 调制以B方式为例，QPSK信号的产生方法有两种：一是正交调制法，二是相位选择法。(1)正交调制(IQ调制)法二进制调相信号通常采用键控法，而多进制调相信号普遍采用IQ调制法产生。正交调 制法产生QPSK信号的原理框图如图9.2所示，它可以看成由两个2PSK调制器构成，上支 路将 a 码与余弦载波相乘，下支路将 b 码与余弦载波相乘，这样产生载波相互正交的两路2P
5、SK信号，再将这两路信号相加，通过矢量合成便是QPSK信号图9.2正交调制法产生QPSK信号(a)原理框图(b)矢量合成原理图中输入的数字基带信号A(t)是二进制的单极性不归零码，通过“串/并变换”电路变成 并行的两路码元a和b后，其每个码元的传输时间是输入码元的2倍，且单极性信号将变为 双极性信号。其变换关系式将“1”变为“+1”、“0”变为“-1”。 “串/并变换”过程如图 9.3 所示， 图中 0、1、2 等表示为二进制基带码元的序号。从电路实现的角度看，串并变换实现了双比特码元和I、Q两路信号幅度之间的映射， 如表9.2所示。IQ信号幅度只有2种取值，设为1/桓是为了保证输出QPSK信
6、号幅度为1。012345(a) 输入基带码元 t0I2丨4 (b)并行支路a码元t1I3丨5 (c)并行支路b码元t图 9.3 串 / 并变换电路工作原理表9.2双比特码元与IQ信号幅度及载波相位之间的映射关系双比特码元abI、Q路信号(幅度)I、Q路调制后相位合成相位0n00-1M;2， - 1M;2兀，3兀/ 25兀/401-1M;2， + 1M；2兀，兀/23兀/411+1/込，+ 1M;20，兀/2兀/410+ 1八2，-1/(20，3兀 /27 /42)相位选择法相位选择法原理框图如图9.4所示。图 中载波 产生器产生四种相位的载波，经逻辑选择电路，根据输入信息a和b，决定选择哪个相
7、位的载波输出，然后经过带通滤波器滤除高频分量。这种方式适合用于载频较高的场合。图 9.4 相位选择法产生 QPSK 信号的原理框图3、QPSK 解调图 9.5 QPSK 信号解调原理框图QPSK信号的解调可以用两个正交的载波信号实现相干解调，如图9.5所示。由于QPSK 信号可以看作是两个正交2PSK信号的叠加，所以用两路正交的相干载波去解调，可以很容 易地分离这两路正交的2PSK信号。相干解调后的两路并行码元a和b，经过并/串变换后， 可恢复出原串行信息。这种解调仍然存在相位模糊现象。4、QDPSK 调制为了克服QPSK的相位模糊现象，人们常采用QDPSK调制，即用相邻码元载波相位的 相对变
8、化来表示数字基带信号，它可以理解为四进制的相对(差分)相移键控。将表9.1中的9换成A0，即得QDPSK信号的编码规则，此时A0是本码元载波相位n n n相对于前一码元的相位变化。QDPSK信号产生方法与QPSK信号的产生方法类似，只需在 图9.2 (a)中发送端串/并变换后增加差分编码器，即可获得QDPSK信号。图9.6正交调图7去产第一DPSKK信号号产生理框图关于差分编码：发送端差分编码的实现常用“模4加”电路，如图9.7所示图9.7差分编码的实现(a)模4加电路(b)模与双比特码元的对应关系模4加的运算法则是：相加之值4，其和为结果值；相加之值4，其和减4为结果值相加之值=4，结果值为
9、 0。例如：Ai-i0101111010001101鈕码的棋值为i/2/2/ny11Il yIICD円附模值为3/J3/o/1匚码1j01000D砒011101015、QDPSK 解调QDPSK 信号的解调方法和 2DPSK 解调类似，也有极性比较法和差分检测法两种QDPSK信号极性比较法的解调原理框图如图9.7所示，与图9.5比较，只是多了一个码反变 换(差分译码)，将差分码变成绝对码。图9.7 QDPSK信号极性比较法解调的原理框图关于差分译码(逆码变换)：接收端差分译码的实现常用“模4 减”电路。模4 减的运 算法则是：相减之值0，其差为结果值；相减之值0，其差加 4 为结果值；相加之值
10、=0， 结果值为 0。三、实验步骤1、启动实验，新建工程文件并保存。(1) 双击桌面 VMware Workstation 图标，开启虚拟机 jiaoxue_pc_0413,用户名：zhiling, 密码：123456。(2) 双击智领通信教学软件图标，进入开发模式。(3) 通过File-新建-其他(O).,弹出“新建”窗口，选择Zrc菜单-新建一个ZRC 工程，点击下一步进入“创建一个新的egrc工程”窗口，输入项目名2FSK,点击完成，出 现空白的2FSK.zrc工程设计窗口。2、模拟法产生2FSK信号，观察波形和频谱。(1) 在工程设计窗口中依次添加文件信源、信号源(1)、信号源(2)、
11、数据组帧、比特扩 展、整型至浮点型、反相器、乘法器、加法器、浮点至复数型、KZSDR信宿、示波器、频 谱仪等模块。(2) 各模块作用及设置如下： 文件信源模块：产生基带信号， 50 个 bit 的随机“0”或“1”序列；信号源（1）模块：产生载波信号1，频率为20KHz,幅度为1,相位为0的余弦信号；信号源（2）模块：产生载波信号2,频率为40KHz,幅度为1,相位为0的余弦信号；数据组帧模块：产生24个bit “0”或“1”组成同步序列码，对基带信号加入同步码， 其作用是使其能够在2FSK解调时能够解码基带信号；KZSDR模块：2FSK信号发送模块，同时设置KDZL-SDR-RL01通用软件
12、无线电开发 平台的相关参数：采样率为400KHz,中心频率为340MHz，信号增益为60dB（可调），发送 天线通道为RX2,发送信号带宽为400KHz。比特扩展模块：矩形成波，将基带信号波形变为矩形波。 反相器模块：将基带信号进行反相。“0”码变为“1”码，“1”码变为“0”码。（3）系统连线，如图7.7 所示。（4）编译，运行。（5）观察波形，如图7.8 所示。（6）观察频谱，如图7.9 所示。3、键控法产生2FSK信号，观察波形和频谱。4、包络检波法解调2FSK信号，观察波形和频谱。（1）（2）（3）（4）5、相干解调法解调2FSK信号，观察波形和频谱。（1）（2）1）2）3）4）四、观察与思考1、画出/2体制的QDPSK调制器原理框图和相位矢量图。答：AHAB单/址urn令衣ncos2n fj4兀/ 4w cns2ir/jOS I-2、在信道中加入高斯白噪声，观察解调后误码率的变化。3、在接收端如果本地载波与发送载波不同相，观察解调后误码率的变化方便4、5、最新文件 仅供参考已改成 word 文本 更改6、
