四相移相键控(qpsk)调制及解调实验

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1、重庆邮电大学通信技术与网络实验中心LTE-TX-02E型通信原理实验指导书实验一四相移相键控（QPSK）调制及解调实验一、实验目的1、了解QPSK调制解调原理及特性。2、了解载波在QPSK相干及非相干时的解调特性。二、实验内容1、观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。2、观察IQ调制解调过程中各信号变化。3、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。三、基本原理1、QPSK调制原理QPSK又叫四相绝对相移调制，它是一种正交相移键控。QPSK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两个比特信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分

2、组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位来表征。我们把组成双比特码元的前一信息比特用a代表，后一信息比特用b代表。双比特码元中两个信息比特ab通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表1-1所示，矢量关系如图1-1所示。图1-1（a）表示A方式时QPSK信号矢量图，图1-1（b）表示B方式时QPSK信号的矢量图。由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在A方式中：45°、135°、225°、315°，则数据Ik、Qk通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±2/2；B方式中：0°、90°、180°、270°，则数据Ik、Qk通过处理后输出的成形波形

3、幅度有三种取值±1、0。表1-1双比特码元与载波相位关系双比特码元载波相位aBA方式B方式00225°0°10315°90°重庆邮电大学通信技术与网络实验中心LTE-TX-02E型通信原理实验指导书1145°180°01135°270°(0,1)(1,1)(1,0)45°参考相位(1,1)(0,0)参考相位0°(0,0)(1,0)(0,1)(a)(b)图1-1QPSK信号的矢量图下面以A方式的QPSK为例说明QPSK信号相位的合成方法。串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行序列，然后通过基带成形得到的双极性序列（从D/A转换器输出，幅度为±2/2）。设两个双极

4、性序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图1-2中虚线矢量，将两路输出叠加，即得到QPSK调制信号，其相位编码关系如表1-2所示。重庆邮电大学通信技术与网络实验中心LTE-TX-02E型通信原理实验指导书b(0)(-1,1)(1,1)a(1)a(0)(-1,-1)(1,-1)b(1)图1-2矢量图表1-2QPSK信号相位编码逻辑关系a1－1－11b11－1－1a路平衡调制器输出0°180°180°0°b路平衡调制器输出90°90°270°270°合成相位45°135°

5、225°315°用调相法产生QPSK调制器框图如图1-3所示。电平产生I(t)Acosωt载波二进制信息发生器QPSK信号串并变换移相90oAsinωtQ(t)电平产生图1-3QPSK调制器框图重庆邮电大学通信技术与网络实验中心LTE-TX-02E型通信原理实验指导书01010011011100I(t)+11100000-1Q(t)+11111100-1图1-4二进制码经串并变换后码型由图1-3可以看到，QPSK的调制器可以看作是由两个BPSK调制器构成，输入的串行二进制信息序列经过串并变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电平信号I（t）和Q（t

6、），然后对Acosωt和Asinωt进行调制，相加后即可得到QPSK信号。经过串并变换后形成的两个支路如图1-4所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路；另外一路称为正交支路，即Q支路。2、QPSK解调原理由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其原理框图如图1-5所示。整形判决载波发生器位定时并串二进制信息QPSK信号恢复变换移相90o整形判决图1-5QPSK解调原理框图四、实验原理1、实验模块简介本实验需用到基带成形模块、

7、IQ调制解调模块、码元再生模块及PSK载波恢复模块。（1）基带成形模块：重庆邮电大学通信技术与网络实验中心LTE-TX-02E型通信原理实验指导书本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。（2）IQ调制解调模块：本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。（3）码元再生模块：本模块主要功能：从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。（4）PSK载波恢复模块：本模块主要功能：与IQ调制解调模块