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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
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12-1 QPSK调制
表12-1 QPSK信号相位编码逻辑关系
A
1
0
0
1
B
1
1
0
0
a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进行串/并变换。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12-2 QPSK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)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 -1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1
对应的QPSK与OQPSK发送波形如图12-3所示。
图12-3 QPSK,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
图12-4 QPSK相位变化图 图12-5 OQPSK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12-6 OQPSK调制器框图
图12-7 OQPSK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”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
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