實驗九 QPSK調(diào)制與解調(diào)實驗報告

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1、實驗九QPSK/OQPSK調(diào)制與解調(diào)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(diào)制與解調(diào)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(nèi)容1、觀察QPSK調(diào)制的各種波形。2、觀察QPSK解調(diào)的各種波形。三、實驗器材1、信號源模塊一塊2、⑤號模塊一塊3、20M雙蹤示波器一臺4、連接線若干四、實驗原理（一）QPSK調(diào)制解調(diào)原理1、QPSK調(diào)制QPSK信號的產(chǎn)生方法可分為調(diào)相法和相位選擇法。用調(diào)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為兩個并行

2、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(diào)制器分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)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(guān)系如表12-1所示。（a）（b）圖12-1QPSK調(diào)制表12-1QPSK信號相位編碼邏輯關(guān)系A(chǔ)1001B1100a路平衡調(diào)制器輸出b路平衡調(diào)制器輸出合成相位0°90°45°180°90°135°180°270°225°0°270°315°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

3、進行串/并變換。-6-串/并變換器將輸入的二進制序列分為兩個并行的雙極性序列110010001111010和111101011001000。雙極性的a和b脈沖通過兩個平衡調(diào)制器分別對同相載波及正交載波進行二相調(diào)制，然后將兩路輸出疊加，即得到QPSK調(diào)制信號。2、QPSK解調(diào)圖12-2QPSK相干解調(diào)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(diào)方法進行解調(diào)，即由兩個2PSK信號相干解調(diào)器構(gòu)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(diào)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）

4、OQPSK調(diào)制解調(diào)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(diào)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(diào)制以后相位變化情況。若給定基帶信號序列為1－1－11111－1－111－1對應的QPSK與OQPS

5、K發(fā)送波形如圖12-3所示。圖12-3QPSK,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（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-6-圖12-4QPSK相位變化圖圖12-5OQPSK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：可見，在QPSK中，僅存在小于＝90°的相位

6、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(zhì)。OQPSK的調(diào)制和相干解調(diào)框圖如圖12-6、12-7所示。圖12-6OQPSK調(diào)制器框圖圖12-7OQPSK相干解調(diào)器框圖（三）星座圖星座圖可以看成數(shù)字信號的一個“二維眼圖”-6-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(zhì)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

7、幫助查找其原因。星座圖對識別下列調(diào)制問題相當有用：2幅度失衡2正交誤差2相關(guān)干擾2相位噪聲、幅度噪聲2相位誤差2調(diào)制誤差比在數(shù)字調(diào)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(zhuǎn)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(diào)制的頻譜利用率情況，應該說，改變基帶信號的相位轉(zhuǎn)移軌跡也就改變了調(diào)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