实验九 QPSK调制与解调实验报告

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1、实验九QPSK/OQPSK调制与解调实验一、实验目的1、了解用CPLD进行电路设计的基本方法。2、掌握QPSK调制与解调的原理。3、通过本实验掌握星座图的概念、星座图的产生原理及方法，了解星座图的作用及工程上的作用。二、实验内容1、观察QPSK调制的各种波形。2、观察QPSK解调的各种波形。三、实验器材1、信号源模块一块2、⑤号模块一块3、20M双踪示波器一台4、连接线若干四、实验原理（一）QPSK调制解调原理1、QPSK调制QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图12-1（a）所示。图中，串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行

2、的双极性序列。设两个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12-1（b）中虚线矢量。将两路输出叠加，即得如图12-1（b）中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表12-1所示。（a）（b）图12-1QPSK调制表12-1QPSK信号相位编码逻辑关系A1001B1100a路平衡调制器输出b路平衡调制器输出合成相位0°90°45°180°90°135°180°270°225°0°270°315°在本实验系统中EPM3032ATC44-10型号的CPLD用于将信号源产生的伪随机码

3、进行串/并变换。-6-串/并变换器将输入的二进制序列分为两个并行的双极性序列110010001111010和111101011001000。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，然后将两路输出叠加，即得到QPSK调制信号。2、QPSK解调图12-2QPSK相干解调器由于四相绝对移相信号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，其组成方框图如图12-2所示。图中的并/串变换器的作用与调制器中的串/并变换器相反，它是用来将上、下支路所得到的并行数据恢复成串行数据的。（二）

4、OQPSK调制解调原理OQPSK又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK的改进型，为了克服QPSK中过零点的相位跃变特性，以及由此带来的幅度起伏不恒定和频带的展宽（通过带限系统后）等一系列问题。若将QPSK中并行的I，Q两路码元错开时间（如半个码元），称这类QPSK为偏移QPSK或OQPSK。通过I，Q路码元错开半个码元调制之后的波形，其载波相位跃变由180°降至90°，避免了过零点，从而大大降低了峰平比和频带的展宽。下面通过一个具体的例子说明某个带宽波形序列的I路，Q路波形，以及经载波调制以后相位变化情况。若给定基带信号序列为1－1－11111－1－111－1对应的QPSK与OQPS

5、K发送波形如图12-3所示。图12-3QPSK,OQPSK发送信号波形图12-3中，I信道为U（t）的奇数数据单元，Q信道为U（t）的偶数数据单元，而OQPSK的Q信道与其I信道错开（延时）半个码元。QPSK，OQPSK载波相位变化公式为QPSK数据码元对应的相位变化如图12-4所示，OQPSK数据码元对应相位变化如图12-5所示-6-图12-4QPSK相位变化图图12-5OQPSK相位变化图对于QPSK数据码元对的相位变换由图12-4求得为：可见，在QPSK中存在过零点的180°跃变。对于OQPSK数据码元对的相位变化由图12-5求得为：可见，在QPSK中，仅存在小于＝90°的相位

6、跃变，而不存在过零点跃变。所以OQPSK信号的带限不会导致信号包络经过零点。OQPSK包络的变化小多了，因此对OQPSK的硬限幅或非线性放大不会再生出严重的频带扩展，OQPSK即使再非线性放大后仍能保持其带限的性质。OQPSK的调制和相干解调框图如图12-6、12-7所示。图12-6OQPSK调制器框图图12-7OQPSK相干解调器框图（三）星座图星座图可以看成数字信号的一个“二维眼图”-6-阵列，同时符号在图中所处的位置具有合理的限制或判决边界。代表各接收符号的点在图中越接近，信号质量就越高。由于屏幕上的图形对应着幅度和相位，阵列的形状可用来分析和确定系统或信道的许多缺陷和畸变，并

7、帮助查找其原因。星座图对识别下列调制问题相当有用：²幅度失衡²正交误差²相关干扰²相位噪声、幅度噪声²相位误差²调制误差比在数字调制中，我们可以通过星座图来观察相位的变化、噪声干扰、各矢量点之间的相位转移轨迹等状况，通过星座图，我们可以很容易的看出各矢量调制的频谱利用率情况，应该说，改变基带信号的相位转移轨迹也就改变了调制信号的频谱特性。星座显示是示波器显示的数字等价形式，将正交基带信号的I和Q路分别接入示波器的两个输入通道，通过示波器的“X-Y”的功能即