实验九QPSK调制与解调

1、实验九、QPSK、QDPSK调制与解调1、 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。2、 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，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 Keying，正

2、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。图9.1 QPSK信号相位矢量图 （a）A方式（系统） （b）B方式（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

3、A方式B方式0090°235°010°135°11270°45°10180°315°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，B方式的QPSK信号可表示为，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路信号与载波相乘，Q路信号与正交载波相乘，之后通过加法器相加，即可得到QPSK信号。2、 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。

4、（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2PSK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和后，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”

5、、“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，设为是为了保证输出QPSK信号幅度为1。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00，01，11，0，10，0， （2）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，决定选择哪个相位的载波输出，然后经过带

6、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和，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化来表示数字基带信号，它可以理解为四进制的相对

7、（差分）相移键控。将表9.1中的换成，即得QDPSK信号的编码规则，此时是本码元载波相位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 正交调制法产生QDPSK信号的原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0。例如：5、 QDPSK解调QDPSK信号的解

8、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=0，结果值为0。3、 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：123

9、456。（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)、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

10、“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