实验八九 移相键控调制与解调实验.doc

实验八 移相键控调制与解调实验 实验原理1、2PSK/2DPSK调制原理PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优先于ASK移幅键控和FSK移频键控因此，PSK技术在中、高速数据传输中得到了十分广泛的应用PSK信号是用载波相位的变化表征被传输信息状态的，通常规定0相位载波和π相位载波分别代表传1和传0，其时域波形示意图如图11-1所示设二进制单极性码为an，其对应的双极性二进制码为bn，则2PSK信号的一般时域数学表达式为：我们知道，2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在这种绝对移相的方式中，由于发送端是以某一个相位作为基准的，因而在接收系统也必须有这样一个固定基准相位作参考如果这个参考相位发生变化，则恢复的数字信息就会与发送的数字信息完全相反，从而造成错误的恢复这种现象常称为2PSK的“倒π”现象，因此，实际中一般不采用2PSK方式，而采用差分移相（2DPSK）方式2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式例如，假设相位值用相位偏移x表示（x定义为本码元初相与前一码元初相之差），并设图11-2为对同一组二进制信号调制后的2PSK与2DPSK波形。

从图中可以看出，2DPSK信号波形与2PSK的不同2DPSK波形的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号这说明，解调2DPSK信号时并不依赖于某一固定的载波相位参考值只要前后码元的相对相位关系不破坏，则鉴别这个关系就可以正确恢复数字信息，这就避免了2PSK方式中的“倒π”现象发生同时我们也可以看到，单纯从波形上看，2PSK与2DPSK信号是无法分辨的这说明，一方面，只有已知移相键控方式是绝对的还是相对的，才能正确判定原信息；另一方面，相对移相信号可以看成是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对码进行绝对移相而形成为了便于说明概念，我们可以把每个码元用一个如图11-3所示的矢量图来表示图中，虚线矢量位置称为基准相位在绝对移相中，它是未调制载波的相位；在相对移相中，它是前一码元载波的相位如果假设每个码元中包含有整数个载波周期，那么，两相邻码元载波的相位差既表示调制引起的相位变化，也是两码元交界点载波相位的瞬时跳变量根据ITU-T的建议，图11-3（a）所示的移相方式，称为A方式在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取0、π因此，在相对移相后，若后一码元的载波相位相对于基准相位为0，则前后两码元载波的相位就是连续的；否则，载波相位在两码元之间要发生跳变。

图11-3（b）所示的移相方式，称为B方式在这种方式中，每个码元的载波相位相对于基准相位可取π/2因而，在相对移相时，相邻码元之间必然发生载波相位的跳变这样，在接收端接收该信号时，如果利用检测此相位变化以确定每个码元的起止时刻，即可提供码元定时信息，这正是B方式被广泛采用的原因之一2DPSK的调制原理与2FSK的调制原理类似，也是用二进制基带信号作为模拟开关的控制信号轮流选通不同相位的载波，完成2DPSK调制，其调制的基带信号和载波信号分别从“PSK-NRZ”和“PSK载波”输入，差分变换的时钟信号从“PSK-BS”点输入，其原理框图如图11-4所示：①差分变换在数据传输系统中，由于相对移相键控调制具有抗干扰噪声能力强，在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：ASK、FSK）更低的误码率，因而这种方式广泛应用在实际通信系统中DPSK调制是采用码型变换法加绝对调相来实现，既把数据信息源（如伪随机码序列、增量调制编码器输出的数字信号或脉冲编码调制PCM编码器输出的数字信号）作为绝对码序列{an}，通过差分编码器变成相对码序列{bn}，然后再用相对码序列{bn}，进行绝对移相键控，此时该调制的输出就是DPSK已调信号。

绝对码是以宽带信号码元的电平直接表示数字信息的，如规定高电平代表“1”，低电平代表“0”相对码（差分码）是用基带信号码元的电平与前一码元的电平有无变化来表示数字信息的，如规定：相对码中有跳变表示1，无跳变表示0图11-6（a）是差分编码器电路，可用模二加法器延时器（延时一个码元宽度Tb)来实现这两种码的互相转换设输入的相对码an为1110010码，则经过差分编码器后输出的相对码bn为1011100，即bn= an? bn–1 图11-6（b）是它的工作波形图②相乘器实现输入载波信号和基带信号的相乘变换，输出相应调制信号六、实验框图七、实验步骤1、PSK/DPSK调制实验1）按照下表进行实验连线：源端口目的端口连线说明信号源：PN（32K）模块3：PSK-NRZS4拨为“1010”，PN是32K伪随机码信号源：128K同步正弦波模块3：PSK载波提供PSK调制载波，幅度为4V2）按如下方式连接示波器和测试点：示波器通道目标测试点说明通道１PSK-NRZ输入PN码信号通道２PSK-OUTPN码经过PSK调制后的波形启动仿真开关，开启各模块的电源开关3）将开关K3拨到“PSK”端，以信号输入点“PSK-NRZ”的信号为内触发源，用双踪示波器同时观察点“PSK-NRZ”与“PSK-OUT”输出的波形。

2、PSK/DPSK解调实验1）恢复PSK调制实验的连线，K3拨到“PSK”端，然后增加以下连线：源端口目的端口连线说明模块3：PSK-OUT模块4：PSKINPSK解调输入模块3：PSK-OUT模块7：PSKIN载波同步提取输入模块7：载波输出模块4：载波输入提供同步解调载波模块4：PSK-DOUT模块7：DIN锁相环法位同步提取信号输入模块7：BS模块4：PSK-BS提取的位同步信号2）按如下方式连接示波器和测试点：示波器通道目标测试点说明通道１PSK-DOUT信号整流低通后输出通道２OUT3信号经过判决输出启动仿真开关，开启各模块的电源开关3）将模块7上的拨码开关S2拨为“0110”，观察模块4上信号输出点“PSK-DOUT”处的波形并调节模块4上的电位器W4（逆时针拧到最大），直到在该点观察到稳定的PN码4） 用示波器双踪分别观察模块3上的“PSK-NRZ”和模块4上的“OUT3”处的波形，比较二者波形实验感想：通过此次实验，使我更加地了解用键控法产生ＡＳＫ信号的方法，更深地懂得了ASK非相干解调的原理通过理论分析看得出的实现图形是不是与理论相符合，产生的偏差是误差还是错误，观察到ASK调制和解调地波形，也使我更加深刻的理解也有助于我记住ASK调制与解调，也使我更加熟练地操作示波器。

实验九QPSK/OQPSK调制与解调实验实验原理（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”的功能即可以很清晰的看到调制信号的星座图。