OQPSK调制与解调系统实验

1、目录一、实验要求及开发环境 1二. 实验原理 22.1 调制方式简介 22.2 OQPSK 的含义 32.3COSTAS 环5三. 实验仿真 73.1COSTAS环单独仿真 73.2 OQPS调制解调仿真93.2.1 科斯塔斯环 错误!未定义书签。3.2.2 串并转换和并串转换 123.2.3 误码率测试 12四. 实验结论 14五. 待解决问题 14六. 实验总结 14八 . 参考文献 15、实验要求及开发环境实验要求：1. 数字相关器子系统2. 仿真结果分析实验目的：1. 了解 PSK 直序扩频通信系统的根本原理2. 掌握 Systemview 的使用开发环境：PC 机开发软件： Syst

2、emviewSystemview 简介Systemview 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿的动 态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设 计与仿真。直到一般系统的数学模型建立等各个领域， systemview 在友好且功能齐全的窗口环境下， 为用户提供了一个 精细的嵌入式分析工具。利用systemview，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混 合系统和各种多速率系统 可用于各种线性或非线性控制系统的 设计和仿真。其特色是，利用它可以从各种不同角度、以不同方 式，拉要求设计多种滤波器， 并可自动完成滤波器的各种指标一 如幅频待件 （波特图 ）、传递函数、根轨迹图等之间的转换

3、。它还 可以实时地仿真各种位真的 DSP 构造，并进展各种系统的时域 和频域分析、诺、谱分析，以及对各种逻辑电路、射频模拟电路 (混领器、放大器、 RLC 电路、运放电路等 )进展理论分析和失 真分析等。二.实验原理2.1 调制方式简介 在通信原理中把通信信号按调制方式可分为调频、调相和调幅三种。数字 传输的常用调制方式主要分为：正交振幅调制QAM:调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电 视电缆传输。键控移相调制QPSK：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星 播送。残留边带调制VSB：抗多径传播效应好即消除重影效果好，适合地面 播送。编码正交频分调制COFD抗多径传播效应和同频

4、干扰好， 适合地面播送 和同频网播送。世广数字卫星播送系统的下行载波的调制技术采用 TDM QPS调制体制。它 比编码正交频分多路复用COFD：调制技术更适合卫星的大面积覆盖。通信的最终目的是在一定的距离内传递信息。 虽然基带数字信号可以在传输 距离相对较近的情况下直接传送， 但如果要远距离传输时， 特别是在无线或光纤 信道上传输时，那么必须经过调制将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输。 为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进展载波调制。 如同传输模拟信号时一样， 传输数字信号时也有三种根本的调制方式： 幅移键控 (ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。它们分

5、别对应于用载波正弦波的 幅度、频率和相位来传递数字基带信号， 可以看成是模拟线性调制和角度调制的 特殊情况。理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同， 它们都是属正弦波调 制。但是， 数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制， 而模拟调制那么是调制 信号为连续型的正弦波调制。在数字通信的三种调制方式ASK FSK PSK）中，就频带利用率和抗噪声性 能或功率利用率两个方面来看，一般而言，都是PSK系统最正确。所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。OQPS是PSK调制方式中的一种。解调是调制的逆过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相 对应，解调可分为正弦波解调有时也称

6、为连续波解调和脉冲波解调。正弦波 解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调，此外还有一些变种如单边带信 号解调、残留边带信号解调等。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲 相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。对于多重调制需要配以多重解调。2.2 OQPSK的含义OQPS也称为偏移四相相移键控offset-QPSK，是QPSK勺改良型。它与 QPSK有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进展正交调制。不同 点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。由于两支路码元半周期的偏移，每次只有一路可能发生极性翻转，不会发生 两支路码元极性同时翻转的现象。 因此，OQPS

7、信号相位只能跳变0°、土90°, 不会出现180°的相位跳变。OQPSI信号可采用正交相干解调方式解调，其原理如图 5-49所示。由图看 出，它与QPSK言号的解调原理根本一样，其差异仅在于对 Q支路信号抽样判决 时间比I支路延迟了 /2，这是因为在调制时Q支路信号在时间上偏移了 /2，所以 抽样判决时刻也应偏移/2，以保证对两支路交织抽样。OQPS克制了 QPSK勺180。的相位跳变，信号通过BPF后包络起伏小，性能 得到了改善，因此受到了广泛重视。但是，当码元转换时，相位变化不连续，存 在90°的相位跳变，因而高频滚降慢，频带仍然较宽。QPSI数据码

8、元对应的相位变化如图1-1所示，OQPS数据码元对应相位变化 如图1-2所示。图1-1 QPSKS位变化图图1-2 OQPS相位变化图对于QPSK据码元对 的相位变换由图1-1求得为:亠(-1,1)(1,-1)码元对 （1,-1）-（-1,1）（1,1）（1,-1）AAAV4相位及相位变化：（）（3）2 - （_）2 -（ _、4444可见，在QPSI中存在过零点的180°跃变。对于OQPS数据码元对的相位变化由图1-2求得为：码元对（1,-1 开（-1,-护（-1,1开（1,1L （1,珥1,1尸(1,-_(-1,-X(-1,_ (1,1尸(1,-1)相位变化尸仝十（:可见，在OQ

9、PS中，仅存在小于=90i1jiJ1JL11! 1r1riF-0°（-） 乜（-）丄（3）2 （-）笃 （-)444444的相位跃变，而不存在过零点跃变所以OQPS信号的带限不会导致信号包络经过零点。OQPS包络的变化小多了， 因此对OQPS的硬限幅或非线性放大不会再生出严重的频带扩展，OQPSK卩使再非线性放大后仍能保持其带限的性质。OQPS的调制和相干解调框图如图1-3、图1-4所示图1-3 OQPSK调制器框图移相9C0整形4 / 16 卄T整形|判决位定时 恢复图1-4 OQPSK相干解调器框图当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频 同相的相干载波

10、。这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频 率位置上，插入一个或多个称作导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波， 这类方法称为插入导频法；另一类是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信 号中提取载波，这类方法称为直接法。2.3Costas 环Costas环用来提取同步载波，又称为同相正交环，其原理框图如下:V1V3V5低通输入 已调 信号输出V2 90°相移压控振-Ji环路滤f荡器波器TV7低通V4V6在科斯塔斯环中，误差信号 V7是由低通滤波器及两路相乘提供的。压控振荡器输出信号直 接供应一路相乘器，供应另

11、一路的那么是压控振荡器输出经90°移相后的信号。两路相乘器的输出均包含有调制信号，两者相乘以后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与压控振荡器输出和理想载波之间相位差有关的控制电压，从而准确地对压控振荡器进展调整，恢复出原始的载波信号。现在从理论上对科斯塔斯环的工作过程加以说明。设输入调制信号为m(t) cos t，那V3m (t) cosct cos(ctV4m (t) cosct sin(ct经低通滤波器后的输出分别为:1) m (t )cos21) y m (t )sincos( 2ct)sin( 2ct)V5m (t) cos2V6m (t) sin2将V5和V6在相乘

12、器中相乘得到1 2V7=V5V6=8m (t)S "2其中B是压控振荡器输出信号与输入信号载波之间的相位误差，当B较小时V77m2(t)4V7去调整压控振上式中的V7大小与相位误差B成正比，它就相当于一个鉴相器的输出。用荡器输出信号的相位，最后使稳定相位误差减小到很小的数值。这样压控振荡器的输出就是所需提取的载波。在 systemview 上的仿真如下：1.在systemview器件库中可以直接调出一个Costas环仿真图符，只需设置相应的参数即可。k该器件图标如左图示。参数设置窗口如下：在“ VCO Freq"栏输入锁相环的压控振荡器频率，一般设置为与要提取载波频率非常接

13、近的值“Mod Gain "为锁相环VCO的频率调制增益，另外还需在“Loop Fltr a/b '栏输入锁.实验仿真3.1Costas环单独仿真下面通过连接器件来进展仿真模拟Costas环。其中PN码发生图符17频率为10Hz,调制载波图符 16为200HzIQ两路低通滤波器图符7和5频率设置为100Hz。环路滤波图符9频率设置为180Hz。 增益图符11为4,增益(图符4)为2。Fm频率调制器件图符 3参数设置为，VCO调制增益为20Hz/V频率在194Hz至206Hz之间均可以解调出来原始信号。相位与调制信号一样均为0。其功ty(t) Asin(2 (fct G x(

14、)d )能函数为tstart通过调整增益 G的大小来改变频率范围，当超过这一频率范围那么不能恢复出原始信号。当Fm频率为203Hz时仿真波形如下：原始信号为通过解调后波形为信号根本被恢复出来。假设用Pm器件进展解调，使频率与调制载波一样，而相位不同。其功能函数为Asin(2 (f£ Gx(t)通过调整增益 G的大小可以调整相位范围，当超过该相位范围那么不能解调出原始信号。这里不再做仿真。3.2 OQPSK调制解调仿真|dkIEHp亏卢1116m Ilf沖I由样列亍SystavVww SrK 111MkA -MI亠 期吋-OQPS调制与解调系统总框图该实验的仿真过程为用一路频率为 10

15、HZ的PN序列作为输入信号，经过串 并转换一路变两路，然后分别用同一频率但相互正交的载波对两路信号分别进展 调制，变为模拟信号，调制后的信号通过一模拟的加性高斯白噪声信道，然后用一科斯塔斯环进展接收解调，对解调后的信号进展抽样判决再并串转换之后得到 最终解调信号。另外还添加了器件对该系统的误码性能进展统计。科斯塔斯环如下图，科斯塔斯环的工作原理在前面已经介绍过了， 它主要是通过频率调 制器Fm即图符72,并不断滤除载波中2wc的高频局部，不断循环，从而使解 调时能与发射端的载波同频同相，准确解调的目的。这局部中器件参数设置如下：图符72（频率调制器Fm）:图符59增益： 图符69、70、71、

16、73、74低通滤波器：322串并转换和并串转换I串弄转换E3©1006Z105E331关键点在于两个方波脉冲频率设置均为5HZ，即串行数据的一半频率。误码率测试当噪声取不同的值时对应的误码率该实验中影响误码率的关键因素为加性高斯噪声的大小,分别如下列图Std deviation =1 VStd deviation =2 V陛frV曲 5irk 113ySterrv'er# Sink 1141e+i »30 aoo w 200114ahV_ 1ZStd deviation =3 VSysterr Vtf Sink 115IIISy&ttmVtw EiiMt 1

17、13 曲1.可见随着噪声的加大误码率明显增大，并且当噪声增到到一定值时，信号完全被噪声掩盖, 误码率到达极限不再增大。四. 实验结论如图，解调结果和输入的 PN序列相比波形几乎完全一致，只是产生了0.4s的时延，说明仿真成功。五. 待解决问题全局关联变量的设置当一个高斯噪声信道的 RBE测试模型设置根本完毕后，并不能绘出完整正确的 RBE/RSN曲线,还必须将噪声增益控制与系统循环次数进展全局变量关联,使信道的信噪比(R SN )由0 dB开场逐步加大，即噪声逐步减小，噪声每次减小 的步长与循环次数相关。然而具体设置过程中却总是出现系统运行错误，从而无 法完整绘制误码率曲线。六. 实验总结这次

18、实验主要内容是实现 OQPSK的调制与解调，通过串并转换，正交载波调制及载波 恢复和并串转换，其中还引入了科斯塔斯环使解调载波和调制载波同频同相从而正确解调出 输入信号。实验过程较为简单， 但是需要注意的细节也不少，通过自己认真实践还是可以学到不少东西的。在整个做实验的过程中，我搜集了许多资料， 也请教过同学。一开场总是不能仿真出正确的结果，调整参数遇到许多问题，最开场甚至连一些原件的参数都搞不懂是起什么作用。 通过不断的摸索仿真，对仿真波形的观察，逐步了解了每个元件的作用。这次试验让我受益颇多， 加深了自己对通信原理课程理论知识的认识程度和对实验的理 解，学会了 Systemview的操作。在验收时通过教师的讲解，了解到了自己实验中缺乏的地方，以及许多原理上的推导过程。实验心得体会：1 善于查找资料同样开场做一个实验，有一本好的指导书，就比别人起步要高，做实验也是事半功倍。 有很多不会的， 不懂的问题都可以从书中找到答案， 遇到的问题都可以到网上或查阅资料找寻答案。 的帮助。2 团队合作，善于交流在做实验时， 难免会遇到这样或那样的问题， 自己的同学或教师。 这样能更快的解决问题。 会，他不会，可以进展互补。在本次实验中，和同一课题的其他同学进