交错四相移相键控调制解调实验
四相移相键控调制解调
太原理工大学现代科技学院实验报告一、 实验目的1、了解QPSK 调制解调原理及特性。
2、了解载波在QPSK 相干及非相干时的解调特性。
二、 实验内容1、观察I 、Q 两路基带信号的特征及与输入NRZ 码的关系。
2、观察IQ 调制解调过程中各信号变化。
3、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。
三、 基本原理1、QPSK 调制原理 QPSK 又叫四相绝对相移调制，它是一种正交相移键控。
QPSK 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两个比特信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位来表征。
我们把组成双比特码元的前一信息比特用a 代表，后一信息比特用b 代表。
双比特码元中两个信息比特ab 通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表1-1所示，矢量关系如图1-1所示。
图1-1（a ）表示A 方式时QPSK 信号矢量图，图1-1（b ）表示B 方式时QPSK 信号的矢量图。
由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在A 方式中：45°、135°、225°、315°，则数据k I 、k Q 通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。
表1-1 双比特码元与载波相位关系太原理工大学现代科技学院实验报告(0,1)(1,1)(0,0)参考相位参考相位(a)(b)图1-1 QPSK 信号的矢量图下面以A 方式的QPSK 为例说明QPSK 信号相位的合成方法。
串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行序列，然后通过基带成形得到的双极性序列（从D/A 转码元。
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1-2中虚线矢量，将两路输出叠加，即得到QPSK 调制信号，其相位编码关系如表1-2所示。
a(1)b(1)b(0)a(0)图1-2 矢量图表1-2 QPSK 信号相位编码逻辑关系用调相法产生QPSK 调制器框图如图1-3所示。
四相移相键控调制解调
武夷学院实验报
课程名称：移动通信原理与技术
项目名称：四相移相键控（QPSK）调制及解调实验
姓名：陈真灼专业：通信工程班级： 3班学号：20114173004
1注：1、实验预习部分包括实验环境准备和实验所需知识点准备。
2、若是单人单组实验，同组成员填无。
c、对比观测解调前后的I路信号
示波器探头分别接IQ模块的“
解调正确，若不一致可能是载波相位不对，可按下
复位。
）
2注：实验过程记录要包含实验目的、实验原理、实验步骤，页码不够可自行添加。
六
实验报告成绩（百分制）__________ 实验指导教师签字：__________。
四相移相键控(QPSK)调制及解调实验
实验二四相移相键控（QPSK ）调制及解调实验一、 实验目的1、了解QPSK 调制解调原理及特性。
2、了解载波在QPSK 相干及非相干时的解调特性。
二、 实验内容1、观察I 、Q 两路基带信号的特征及与输入NRZ 码的关系。
2、观察IQ 调制解调过程中各信号变化。
3、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。
三、 基本原理（说明：原理部分需简要介绍）1、QPSK 调制原理QPSK 的调制有两种产生方法相乘电路法和选择法。
相乘法：输入信号是二进制不归零的双极性码元，它通过“串并变换”电路变成了两路码元。
变成并行码元后，每个码元的持续时间是输入码元的两倍。
用两路正交载波去调制并行码元。
发射信号定义为：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-+=其他,00],4)12(2cos[/2)(b t T t i ft t E t S ππ其中，i ＝1，2，3，4；E 是发射信号的每个符号的能量，T 为符号的持续时间，载波频率f 等于nc/T ，nc 为固定整数选择法输入基带信号经过串并变换后用于控制一个相位选择电路，按照当时的输入双比特ab ，决定选择哪个相位的载波输出2、QPSK 解调原理QPSK 接收机由一对共输入地相关器组成。
这两个相关器分别提供本地产生地相干参考信号()t 1φ和()t 2φ。
四、实验步骤（说明：要详细）（1）QPSK 调制程序close all% x1是类似[1 1 -1 -1 -1 -1 1 1]的分布,作用是控制相位的180°反转。
%由于仿真中载波的频率是f=1Hz，所以1s的间隔内有一个完整周期的正弦波。
t=[-1:0.01:7-0.01]; % t共800个数据，-1~7st1=[0:0.01:8-0.01]; %t1也是800个数据点，0 ~8stt=length(t); % tt=800x1=ones(1,800);for i=1:ttif (t(i)>=-1 & t(i)<=1) | (t(i)>=5& t(i)<=7);x1(i)=1;else x1(i)=-1;endendt2 = 0:0.01:7-0.01; %t2是700个数据点，是QPSK_rc绘图的下标t3 = -1:0.01:7.1-0.01; %t3有810个数据点，是i_rc的时间变量t4 = 0:0.01:8.1-0.01; %t4有810个数据点，是q_rc的时间变量tt1=length(t1);x2=ones(1,800); %x2是类似于[1 1 -1 -1 1 1 1 1]的分布,作用是控制相位的180°反转for i=1:tt1if (t1(i)>=0 & t1(i)<=2) | (t1(i)>=4& t1(i)<=8);x2(i)=1;else x2(i)=-1;endendf=0:0.1:1;xrc=0.5+0.5*cos(pi*f); %xrc是一个低通特性的传输函数y1=conv(x1,xrc)/5.5; %y1和x1 实际上没什么区别，仅仅是上升沿、下降沿有点过渡带y2=conv(x2,xrc)/5.5; % y2和x2 实际上没什么区别，仅仅是上升沿、下降沿有点过渡带n0=randn(size(t2));f1=1;i=x1.*cos(2*pi*f1*t); % x1就是I dataq=x2.*sin(2*pi*f1*t1); %x2就是Q dataI=i(101:800);Q=q(1:700);QPSK=sqrt(1/2).*I+sqrt(1/2).*Q;QPSK_n=(sqrt(1/2).*I+sqrt(1/2).*Q)+n0;n1=randn(size(t2));i_rc=y1.*cos(2*pi*f1*t3); % y1就是I data，i_rc可能是贴近实际的波形,i则是理想波形q_rc=y2.*sin(2*pi*f1*t4); %y2就是Q data，q_rc可能是贴近实际的波形,q则是理想波形I_rc=i_rc(101:800);Q_rc=q_rc(1:700);QPSK_rc=(sqrt(1/2).*I_rc+sqrt(1/2).*Q_rc);QPSK_rc_n1=QPSK_rc+n1;subplot(3,1,1);plot(t3,i_rc);axis([-1 8 -1 1]);ylabel('a序列');subplot(3,1,2);plot(t4,q_rc);axis([-1 8 -1 1]);ylabel('b序列');subplot(3,1,3);plot(t2,QPSK_rc);axis([-1 8 -1 1]);ylabel('合成序列');（2）QPSK解调程序clear allclose allbit_in = randint(1e3, 1, [0 1]);bit_I = bit_in(1:2:1e3); %bit_I为”奇数序列”，奇数序列是同相分量，以cos为载波bit_Q = bit_in(2:2:1e3); %bit_Q是bit_in的所有偶数下标组成的”偶数序列”，以sin为载波data_I = -2*bit_I+1; % 将bit_I中的1变成-1，0变成1; 注意data_I是500点data_Q = -2*bit_Q+1; %将bit_Q中的1变成-1，0变成1data_I1=repmat(data_I',20,1); %将500行的列向量data_I的共轭转置data_I’复制为20*500的矩阵，20行数据是相同的。
实验二__交错四相移相键控(OQPSK)调制及解调实验
实验二 交错四相移相键控（OQPSK ）调制及解调实验一、实验目的1、了解OQPSK 调制解调原理及特性2、了解载波在QPSK 相干及非相干时的解调特性3、与QPSK 调制对比，掌握它们的差别二、实验内容1、观察I 、Q 两路基带信号的特征及与输入NRZ 码的关系。
2、观察IQ 调制解调过程中各信号变化。
3、观察QPSK 调制及OQPSK 调制各信号的区别。
4、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。
三、基本原理OQPSK 又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK 的一类改进型，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 两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2-1所示。
1-1-11111-1-111-1111-11-111-11-1-111-11-1基带波形I 信道QPSK,OQPSKQ 信道QPSK Q 信道OQPSK-1图2-1 QPSK,OQPSK 发送信号波形图2-1中，I 信道为奇数数据单元，Q 信道为偶数数据单元，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{}()33arctan ,,,()4444j i ji Q t I t ππϕππ⎡⎤⎛⎫⎧⎫=--⎢⎥⎨⎬ ⎪⎩⎭⎢⎥⎝⎭⎣⎦ (2-1)QPSK 数据码元对应的相位变化如图2-2所示，OQPSK 数据码元对应相位变化如图2-3所示1)图2-2 QPSK 相位变化图图2-3 OQPSK 相位变化图 对于QPSK 数据码元对的相位变换由图2-1和2-2求得为：(1,-1)(1,1)(1,-1)(1,-1)(-1,1)()4-()34()4()4-()34()4-2π-2π-πππ码元对相位及相位变化：可见，在QPSK中存在过零点的180°跃变。
QPSK调制解调实验
实验一QPSK 调制实验一、实验目的1、掌握QPSK 的调制解调原理。
2、掌握QPSK 的软件仿真方法。
3、掌握QPSK 的硬件设计方法。
二、预习要求1、掌握QPSK 的编解码原理和方法。
2、熟悉matlab 的应用和仿真方法。
3、熟悉DSP 和FPGA 的开发方法。
三、实验原理1、QPSK 调制的工作原理多相相移键控（MPSK ），特别是四相相移键控（QPSK ）是目前移动通信、微波通信和卫星通信中最常用的载波传输方式。
四相相移键控（QPSK ）信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，其信号表达式为：)cos()(i c i t A t S θω+= i ＝1，2，3，4 0≤t ≤TsTs 为四进制符号间隔，{i θ:i=1,2,3,4}为正弦波载波的相位，有四种可能状态。
如以下矢量图所示：如图为QPSK 的相位图，QPSK 的相位为（－3π/4，－π/4，π/4，3π/4）。
对于QPSK ：)sin cos cos (sin )sin()(i c i c i c i t t A t A t S θωθωθω+=+= 0≤t ≤Ts由于21cos ±=i θ 21s i n ±=i θ所以：)cos )(sin )((2)(t t Q t t I A t S c c i ωω+=21cos )(±==i t I θ21s i n )(±==i t Q θQPSK 正交调制器方框图如图所示：I图QPSK 正交调制器方框图在kTs ≤t ≤(k+1) Ts(Ts=2Tb)的区间，QPSK 产生器的输出为：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧--=-+-=--+=+++=+=----11),43cos(11),4cos(11),43cos(11),4cos()(1111n n c n n c n n c n n c a a t A a a t A a a t A a a t A t s πωπωπωπω2、QPSK 的相干解调的基本工作原理 QPSK 的相干解调方框图如图所示：图QPSK 的相干解调方框图当调制信号为I ＝1，Q ＝1时，由调制原理，调制输出信号为t t t S c c i ωωcos sin )(+=，在没有噪声和延时的理想状态时，解调器的输入t t t S t r c c i ωωcos sin )()(+==，则I 检测器的输出为：t t t t t t r c c c c c ωωωωωsin cos sin sin sin )(+=t t t t c c c c ωωωω2sin 212cos 21212sin 21)2cos 1(21+-=+-=则Q 检测器的输出为：t t t t t t r c c c c c ωωωωωcos cos cos sin cos )(+=t t t t c c c c ωωωω2sin 212cos 21212sin 21)2cos 1(21++=++=用截止频率小于2c ω的低通滤波器对I 检测器的输出滤波后得到1/2,即为逻辑1；对Q 检测器的输出滤波后得到1/2,即为逻辑1。
相移键控数字调制器电路设计
相移键控数字调制器电路设计一种数字OQPSK调制器的设计和实现收藏 | 分类: | 查看: 49 | 评论(0)调制识别技术在军事、民用领域都有十分广泛的应用价值，近年来一直受到人们的关注。
随着更多调制方式的使用，调制识别技术也在不断向前发展，并应用于各个领域。
数字调制信号又称为键控信号，调制过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制。
这种调制的最基本方法有3种：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。
根据所处理的基带信号的进制不同，它们可分为二进制和多进制调制（M 进制）。
多进制数字调制与二进制相比，其频谱利用率更高。
其中QPSK（即4PSK）是MPSK （多进制相移键控）中应用较广泛的一种调制方式。
交错正交相移键控（OQPSK）是继QPSK 之后发展起来的一种恒包络数字调制技术，是QPSK的一种改进形式，也称为偏移四相相移键控（offset-QPSK）技术。
本文提出了一种基于DSP处理器的数字OQPSK调制器实现方案，让OQPSK调制器的大部分功能由DSP处理器执行相应的算法实现，此方案省去了大量的硬件电路，具有体积小、功耗低、稳定可靠等优点。
1 OQPSK调制原理简介OQPSK也称为偏移四相相移键控（offset-QPSK），是QPSK的改进型。
它与QPSK有同样的相位关系，也是把输入码流分成两路，然后进行正交调制。
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，OQPSK信号相位只能跳变0°、±90°，不会出现180°的相位跳变。
QPSK调制由于同相支路I和正交支路Q的两个比特ab可能同时发生变化，因而存在180°的相位突变，这在频带受限的系统中会引起信号包络的很大起伏，造成邻道干扰。
幅度键控、频移键控和相移键控调制解调实验.doc
幅度键控、频移键控和相移键控调制解调实验.实验四。
振幅移位键控、频率移位键控、相移键控调制和解调实验一、实验目的1。
掌握绝对码和相对码的概念及其转换关系和转换方法。
掌握键控产生2ASK和2FSK信号的方法，以及2ASK相干解调和2FSK过零检测解调的原理。
掌握相对码波形和2FSK信号波形4之间的关系。
掌握2ASK和2FSK信号的频谱特征2.实验内容(包括技术指标)1。
观察绝对代码和相对代码2的波形。
观察2ASK和2FSK信号3的波形。
观察2ASK和2FSK信号4的频谱。
观察2ASK和2FSK解调信号5的波形。
观察2FSK过零检测解调器在所有点的波形三、实验设备信号源模块、数字调制模块、频谱分析模块、数字解调模块、同步信号提取模块、数字示波器、若干连接线4.实验原理当调制信号是二进制序列时，数字波段调制称为二进制数字调制。
由于调制载波具有幅度、频率和相位三个独立的可控参数，当这三个参数分别被二进制信号调制时，形成三个基本的数字带调制信号，即二进制幅度键控(2ASK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)，而每个调制信号的受控参数只有两个离散的变换状态。
1.2 ASK调制原理。
在幅度键控中，载波幅度随着基带信号的变就是说，载波幅度的存在或不存在表示信号中的“1”或“0”，从而获得2ASK信号。
这种二进制幅度键控方法称为开关键控(OOK)。
2 2ASK 信号的典型时域波形如图15-一、实验目的1。
掌握绝对码和相对码的概念及其转换关系和转换方法。
掌握键控产生2ASK和2FSK信号的方法，以及2ASK相干解调和2FSK过零检测解调的原理。
掌握相对码波形和2FSK信号波形4之间的关系。
掌握2ASK和2FSK信号的频谱特征2.实验内容(包括技术指标)1。
观察绝对代码和相对代码2的波形。
观察2ASK和2FSK信号3的波形。
观察2ASK和2FSK信号4的频谱。
观察2ASK和2FSK解调信号5的波形。
4相差分相移键控系统实验的开发及应用
第 3 期
储婉琴, 等: 4 相差分相移键控系统实验的开发及应用
31
电路原理如图 2 所示, 其波形如图 3 所示。
实验步骤可根据具体情况增删, 一般有如下过程: ( 1) 将电源、 脉冲信号发生器与实验电路板相接, 可用示波器观测 f b、 f 0Π 4、 f 03Π 4、 f 05Π 4、 f 07Π 4 的波形。 ( 2) 在输入四种固定双比特码组 A B ( 00, 01, 10, 11) 情况下, 不经格雷码编码, 经格雷码编码后的 (A ′
数字通信是当前通信发展的主流, 在 “通信原理” 中也是比较重要和难学的部分, 因此开发出有代表性 的 4D PSK 实验 ( 即 4 相差分相移键控系统) , 可使学 生通过观察现象验证理论, 加深理性思维, 从而更好地 辅助理论教学。
sin Ξc t 的两个幅度调制, 采取此原理调相, 称为正交调
[1 -
1 erfc ( 2
( r 2) ) ] 2
其中 r= A
2
2 2Ρn 为定义信噪比, A 为 4D PSK 信号的幅
方波) , 也用 f 0 表示; 载波 co s ( 2Π f 0 t+ Π 4 ) 用 f 0Π 4 表 示, 余类推; ( 8 ) 时钟 sin2Π f b t ( 或对应方波) , 也用 f b 表示, 余类推。
[ 1 ] 樊昌信等. 通信原理 ( 第 4 版) [M ]. 北京: 国防工业出版社 . 1996. [ 2 ] 许姜南. 数字逻辑电路 [M ]. 南京: 东南大学出版社 . 1998.
3 实验内容
实验所用的仪表有脉冲信号发生器, 多路直流稳 压电源, 数字频率计, 双踪示波器, 误码测试仪, 白噪声 发生器, 交流有效值电压表。
实验四 移相键控(PSK)实验-PPT精品文档
（六）、同步带和捕捉带 同步带和捕捉带是锁相环性能优劣的标志。我们可用 发信码与收信码的比较来判断锁相环是否锁定。 用双踪同步示波器同时观察收信码（13）、发信码 （2），并以发信码作同步。 用高频信号发生器从电缆插座“EXT-IN”输入外载波， 频率为10MHz，幅度2V（峰峰值）。将K1插至“异步” （即插在1-2）K2插至“外载波”（即插在2-3）数字频率 计接在（4），高频信号发生器的输出幅度保持在1.5VP-P, 由低往高缓缓调节频率。当双踪同步示波器上出现收信码与 发信码同步，并且波形一致时，这时就是无误码情况，锁相 环捕捉到外载波并锁定，此点频率记作f2。继续向高调节频 率，直到双踪同步示波器上的收信码与发信码不同步时，此 时锁相环已不能同步跟踪外载波而失锁，该点频率记作f4。 将外载波频率由此点往低调节，调到再次捕捉到收信码与发 信码同步一致时，锁相环再次捕捉到外载波并锁定，此点频 率记作f3。继续向低调节频率直到收信码与发信码再次失步， 此点频率记作f1。为提高测量精度，上述过程可反复进行几 次。
基带 信号
Uc(t)
t
码元
1 0 1 10 0
未调 载波
S(t)
t
绝对 调相
t
图4-3绝对移相的波形示意图
在同步解调的PSK系统中，由于收端载波恢复 存在相位含糊的问题，即恢复的载波可能与未调载 波同相，也可能反相，以至使解调后的信码出现 “0”、“1”倒置，发送为“1”码，解调后得到“0” 码；发送为“0”码，解调后得到“1”码。这是我们 所不希望的，为了克服这种现象，人们提出了相对 移相方式。 相对移相的调制规律是：每一个码元的载波相 位不是以固定的未调载波相位作基准的，而是以相 邻的前一个码元的载波相位来确定其相位的取值。 例如，当某一码元取“1”时，它的载波相位与前一 码元的载波同相；码元取“0”时，它的载波相位与 前一码元的载波反相。相对移相的波形如下图所示。
交错四相移相键控调制解调实验结果分析
交错四相移相键控调制解调实验结果分析
交错四相移相键控调制（QPSK）是数字调制技术中的一种常见形式，它可以在同样的带宽和信噪比条件下传输比二进制相移键控调制（BPSK）更多的信息。
QPSK调制器将两个BPSK 调制器的输出信号进行交错，并通过四相移相器将I、Q分量同时进行相移，从而生成QPSK 信号。
QPSK解调器则是将接收到的QPSK信号分别进行相移，从而分离出两个BPSK信号，再进行解调。
在实验室中，可以通过对QPSK信号进行采样和解调来验证QPSK调制器和解调器的性能。
实验需要使用信号发生器来生成QPSK信号，并通过传输信道将其发送到接收端。
接收端需要使用混频器将接收到的信号与本地载波进行混频，再进行低通滤波和采样，最后通过解调器进行解调。
实验结果的分析可以从以下几个方面入手：
1. BER性能：通过不同信噪比下的误码率测试，可以分析QPSK调制器和解调器的BER性能，了解其在不同信噪比下的性能表现。
2. 符号误差率：通过对采样点进行比较，可以分析符号误差率，了解QPSK调制器和解调器在发送和接收过程中可能存在的误差。
3. 误码分析：通过对接收到的信号进行解调和解码，可以分析误码率及误码类型，了解误码率高发生错误的原因，有利于调整技术参数。
4. 相位误差分析：通过比较接收信号的相位与本地载波的相位，可以分析QPSK调制器和解调器的相位误差，从而确定误差源并加以改进。
5. 传输速率：通过计算QPSK信号的传输速率，了解该技术对传输速率的影响和局限。
QPSK 调制解调
关键词: 相移键控 四相移键控 QPSK调制 相干解调
I
×××大学本科毕业设计
QPSK Demodulation Experimental Design
Abstract：Indigitalcommunication，weoftenmodulatanddemodulat digital
signalbyFSKandPSKtotransmitdigitalinformation。 Nowadays，PSKoftenuse QPSK and NPSK. Any digital modulation scheme uses a finite number of distinct signals to represent digital data. PSK uses a finite number of phases, each assigned a unique pattern of binary digits. Usually, each phase encodes an equal number of bits. Each pattern of bits forms the symbol that is represented by the particular phase. The demodulator, which is designed specifically for the symbol-set used by the modulator, determines the phase of the received signal and maps it back to the symbol it represents, thus recovering the original data. This requires the receiver to be able to compare the phase of the received signal toareferencesignal— suchasystemistermedcoherent(andreferredtoas CPSK). This text is detailed on the concept,implement and principle of QPSK. It also detailed introduces the designedand realize of QPSK.
通信原理实验,码型变换,移相键控调制与解调,眼图,抽样定理,.
实验一码型变换实验一、基本原理在数字通信中, 不使用载波调制装置而直接传送基带信号的系统, 我们称它为基带传输系统,基本结构如图所示。
干扰基带传输系统的基本结构基带信号是代码的一种电表示形式。
在实际的基带传输系统中, 并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。
对传输用的基带信号的主要要求有两点:(1对各种代码的要求,期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型; (2 对所选码型的电波形要求, 期望电波形适宜于在信道中传输。
AMI :AMI 码的全称是传号交替反转码。
这是一种将信息代码 0(空号和 1(传号按如下方式进行编码的码:代码的 0仍变换为传输码的 0, 而把代码中的 1交替地变换为传输码的 +1, -1, +1, -1,……。
HDB3:HDB 3码是对 AMI 码的一种改进码,它的全称是三阶高密度双极性码。
其编码规则如下:先检察消息代码(二进制的连 0情况,当没有 4个或 4个以上连 0串时,按照 AMI 码的编码规则对信息代码进行编码; 当出现 4个或 4个以上连 0串时, 则将每 4个连 0小段的第 4个 0变换成与前一非 0符号 (+1或 -1 同极性的符号, 用V 表示 (即 +1记为 +V, -1记为 -V ,为使附加 V 符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性,还必须保证相邻 V 符号也应极性交替。
当两个相邻 V 符号之间有奇数个非 0符号时,用取代节“ 000V ” 取代 4连 0信息码; 当两个相邻 V 符号间有偶数个非 0符号时, 用取代节“ B00V ” 取代 4连 0信息码。
CMI :CMI 码是传号反转码的简称,其编码规则为:“ 1”码交替用“ 11”和“ 00”表示; “ 0”码用“ 01”表示。
BPH :BPH 码的全称是数字双相码,又称 Manchester 码,即曼彻斯特码。
它是对每个二进制码分别利用两个具有 2个不同相位的二进制新码去取代的码,编码规则之一是: 0→ 01(零相位的一个周期的方波1→ 10(π相位的一个周期的方波二、实验结果CMIBPHHDB3 AMI三、结果分析各码型波形如上所示, 我们发现许多波形产生了不同程度的畸变, 表现是幅值不是单一的水平线, 而成了曲线。
实验五 振幅键控、移频键控、移相键控调制实验
实验五振幅键控、移频键控、移相键控调制实验一、实验目的1、掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。
2、掌握用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号的方法。
3、掌握相对码波形与2PSK信号波形之间的关系、绝对波形与2DSPK信号波形之间的关系4、掌握2ASK、2FSK、2DPSK信号的频谱特性。
二、实验内容1、观察绝对码、相对码波形。
2、观察2ASK、2FSK、2DPSK信号波形3、观察2ASK、2FSK、2DPSK信号频谱三、实验器材信号源模块数字调制模块频谱分析模块20M双踪示波器频率计四、实验原理1、2ASK调制原理在振幅键控中载波幅度是随着基带信号而变化的。
将载波在二进制基带信号1或0的控制下通或段，即用载波幅度的有无来代表信号中的“1”或“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通——段键控（OOK）。
2ASK 信号典型的时域波形如图所示，其时域数学表达式为S2ASK(t)=an*Acosωct则S(t)的功率谱密度表达式为PS(f)=fsP(1-P)G(f)2+fs2(1-p)2)0(G2()fς2ASK 信号的双边功率谱密度表达式为()()()[]()()[]22222222ASK )0()1(41)1(41P c c s c c s f f f f G p p f f f G f f G p p f f -++-+-++-=ςς 上式表明2ASK 信号的功率谱密度由两个部分组成：（1）由g （t ）经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。
2ASK 信号的普零点带宽为B2PSK=(fc+Rs)-(fc-Rs)=2Rs=2/Ts2ASK 的原理框图2、2FSK 调制原理2FSK 信号时用载波频率的变化来表征被传信息上网状态的，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载波为f0时代表传0，载波为f1是代表1。
通信原理课程设计报告-实现4psk的调制解调
1.课程设计目的本课程设计是实现4psk的调制解调。
在此次课程设计中，我将通过多方搜集资料与分析，来理解4psk调制解调的具体过程和它在MATLAB中的实现方法。
预期通过这个阶段的研习，更清晰地认识4psk的调制解调原理，同时加深对MATLAB这款通信仿真软件操作的熟练度，并在使用中去感受MATLAB的应用方式与特色。
利用自主的设计过程来锻炼自己独立思考，分析和解决问题的能力，为我今后的自主学习研究提供具有实用性的经验。
2.课程设计要求1)4PSK信号波形的载频和相位参数应随机置或者可有几组参数组合供选择2)系统中要求加入高斯白噪声3)4PSK解调方框图采用相干接收形式4)分析误码率5）在老师的指导下，独立完成课程设计的全部内容，并按要求编写课程设计论文，文中能正确阐述和分析设计和实验结果。
3.相关知识4PSK信号的产生与解调在进制数字相位调制中，四进制绝对移相键控（4PSK，又称QPSK）和四进制差分相位键控（4DPSK，又称QDPSK）用的最为广泛。
下面着重介绍多进制数字相位调制的这两种形式。
4PSK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两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元，习惯上把双比特的前一位用代表，后一位用代表。
4.课程设计分析4.1 2PSK 数字调制原理：2PSK 信号用载波相位的变化来表征被传输信息的状态，通常规定0相位载波和π相位载波分别表示传“1”和传“0”。
2PSK 码元序列的波形与载频和码元持续时间之间的关系有关。
当一个码元中包含有整数个载波周期时，在相邻码元的边界处波形是不连续的，或者说相位是不连续的。
当一个码元中包含的载波周期数比整数个周期多半个周期时，则相位连续。
当载波的初始相位差90度时，即余弦波改为正弦波时，结果类似。
以上说明，相邻码元的相位是否连续与相邻码元的初始相位是否相同不可混为一谈。
只有当一个码元中包含有整数个载波周期时，相邻码元边界处的相位跳变才是由调制引起的相位变化。
基于现场可编程门阵列的差分四相相移键控调制解调算法设计
基于现场可编程门阵列的差分四相相移键控调制解调算法设计王晨;潘建国;郑振东;王芳【摘要】以软件无线电技术为基础,针对差分四相相移键控(DQPSK)调制解调系统设计了全新的算法,实现了现场可编程门阵列(FPGA)平台下的DQPSK全数字调制解调,并可通过软件编程进行电路升级.与传统DQPSK调制解调电路相比,不但缩减了印制电路板(PCB)的尺寸,而且可以在不改变电路的情况下升级调制解调算法,从而降低了硬件升级、算法调整的成本.以Intel的Quartus Ⅱ软件作为验证平台,用Verilog HDL语言实现了各个模块功能的设计,采用ModelSim软件进行功能仿真,验证算法的正确性.系统运行频率达到132 MHz,达到了预期要求.【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(048)004【总页数】5页(P362-366)【关键词】差分四相相移键控(DQPSK);调制解调;现场可编程门阵列(FPGA)【作者】王晨;潘建国;郑振东;王芳【作者单位】上海师范大学信息与机电工程学院,上海200234;上海师范大学信息与机电工程学院,上海200234;上海师范大学信息与机电工程学院,上海200234;上海师范大学信息与机电工程学院,上海200234【正文语种】中文【中图分类】TP332.10 引言数字调制解调技术在高速数据通信中起着至关重要的作用,而差分四相相移键控(DQPSK)调制解调系统因其频带利用率高和抗干扰能力强的特点,被广泛应用于现代通信系统中.国内外学者都在深入研究全数字DQPSK调制解调系统,不断地研发出新的专用芯片[1].可是,专用芯片的设计目的基本都是针对某一特殊应用场景实现某一特定用途的,推广应用范围有限.现场可编程门阵列(FPGA)作为一种半定制电路,克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点,弥补了定制电路的不足.随着集成电路密度的不断提高,FPGA可以胜任几乎所有数字器件的功能设计.通过软件仿真,可以在制板之前就先验证设计的正确性.而在完成印制电路板(PCB)的设计之后,依然可以对系统进行在线修改,不必改动硬件电路.FPGA较传统电路优势明显,其现场编程能力可以用来对系统进行升级、除错,并延长产品寿命.因此,在现代通信技术中得到快速发展,并在数字通信领域得到广泛应用[2].本文作者采用FPGA平台设计了一个DQPSK调制解调系统,利用FPGA的在线编程和动态可重构性,根据自身需求和应用场景的要求来设置硬件参数,从而使整个通信系统都具有可定制性,在设计完成后,依然能够对所有参数按需求进行在线动态修改.1 DQPSK调制解调1.1 DQPSK调制原理四相移相键控(QPSK)的原理是利用4种不同的载波相位来表征4种数字信息[3-4].为了消除接收机对信号进行相干解调时产生的相位模糊[5-6],需要对四进制数据进行差分编码,构成DQPSK[7].DQPSK调制技术利用前后码元的相对相位变化关系来表示信息[8],所得码元与载波的相位变化关系与QPSK调制类似,两种调制方式的功率谱密度相同,区别仅仅在于QPSK调制的相位是绝对相位,DQPSK调制的相位是相对相位.1.2 DQPSK解调原理采用相干检测法对QPSK信号进行解调,利用2个相互正交的本地参考载波对2个二相信号分别进行相干解调[9].解调之后得到的两路并行码元,经过一个并/串变换电路后,作为串行数据输出.解调完成后,将相对码再转换为绝对码,恢复出原始的基带信号,这个过程称为逆码变换.与发送端的编码器功能相反,接收端需要设计一个差分解码器.因此,DQPSK的解调可视为在QPSK解调过程之后,再加入一个逆码变换. 在误比特率相同的情况下,相比QPSK解调,DQPSK解调需要增加约2 dB信号功率,解调性能略差,但是DQPSK解调不需要本地参考载波,不存在相位模糊的情况,较易实现,因此广泛应用于信噪比较高的场合.2 基于FPGA的DQPSK调制解调算法设计2.1 设计思路首先设计各个子功能模块,如串/并(并/串)转换模块、差分编解码模块、低通滤波器模块、数字振荡器(NCO)模块、乘法器模块、鉴相器模块等,根据模块的具体功能选择采用硬件描述语言Verilog HDL进行编写或者直接进行知识产权(IP)核调用.再根据电路需求将各个子模块进行功能整合,分别完成码型变换、QPSK调制、极性Costas环、位同步环等功能设计.最终通过顶层控制模块将其整合为DQPSK调制和解调两大功能,完成整个算法设计.2.2 DQPSK调制的FPGA设计DQPSK调制器的内核是2个乘法器.差分编码器输出的两路数据与NCO产生的载波相乘.两路载波的相位是正交的,分别称为同相I支路和正交Q支路.调制后的两路信号再进行叠加,就可以得到DQPSK调制信号.DQPSK调制器的模块和功能如表1所示.表1 DQPSK调制器模块功能表模块名功能描述串/并转换模块将输入数据变成宽度加倍的并行码I路和Q路差分编码模块比较当前码元和前一码元的相位差,对两路数据进行差分编码,解决相位模糊问题数字振荡器模块生成正弦载波和余弦载波乘法器模块差分编码器输出的数据与载波相乘,完成调制加法器模块将调制好的I路和Q路信号相加,送入信道由于要对基带信号进行成型滤波,采用直接调相法产生DQPSK信号.DQPSK调制算法的设计参数为:基带成型滤波器滚降系数α=0.8;符号速率R=1 Mbit·s-1(此处指四进制数据,每个符号代表两位二进制数据);输入数据速率(采样速率和FPGA系统时钟频率)fs=8R=8 Mbit·s-1;载波信号频率fc=2 MHz;输出数据位宽B=16. DQPSK调制的FPGA设计流程框图如图1所示.图1中的输入信号为待调制的基带信号,采用小端模式的串行二进制数据,包括调制电路所需的时钟信号及全局reset信号作为输入数据;输出即为并行的DQPSK调制信号dout,可直接用于后级的信号发送单元.图1 DQPSK调制的FPGA设计流程框图采用Verilog HDL设计码型变换模块,完成输入单比特数据的串/并转换、差分编码、双极性码变换这几项功能模块的编写设计,可调用系统已有的IP核实现其他模块,如数字振荡器、成型滤波器、乘法器等,这样不仅能够减少工作量,提高效率,还可以保证设计的性能.2.3 DQPSK解调的FPGA设计从接收端来看,由于接收到的信号一般为高频信号,需要先对信号进行下变频处理.为了能够恢复出原始信号的特征,还需要进行位定时同步和载波同步.经过同步的信号再通过抽样判决、差分解码和并/串转换等步骤还原出原始信号.DQPSK解调器主要模块构成和功能如表2所示.表2 DQPSK解调器模块功能表模块名功能描述乘法器模块经过采样量化后的信号与本地载波相乘,完成信号频谱搬移低通滤波器模块滤除输出信号的中高频分量数字振荡器模块受相位差信号控制,每输入一个相位差信号,就相应输出一组正弦和余弦信号载波同步模块得到一个同频同相的正弦波位同步模块得到码元的最佳采样点抽样判决模块对数据进行抽样并判断正负号.若数据大于0,则判为“0”;若数据小于0,则判为“1”差分解码模块差分编码的逆过程,将判决后的数据根据逆变换规则进行差分解码并/串转换模块将两路数据并为一路输出要组成一个完整的DQPSK解调系统,需要极性Costas环完成相干载波的提取,并产生正交、同相支路的基带波形[10-11],需要进行位同步,需要进行差分解码.在对各个子模块进行设计的基础上,解调系统只需给出一个顶层文件,将各个模块通过组件以实例化的形式连接起来,并增加一些逻辑电路处理.解调系统的FPGA设计流程如图2所示.图2 DQPSK解调系统FPGA设计流程图3 仿真与结果分析本设计采用ModelSim仿真软件,该软件提供了友好的仿真环境,集成了性能分析、波形比较、代码覆盖、数据流、信号检测(signal spy)、虚拟对象(virtual object)、Memory窗口、Assertion窗口、源码窗口显示信号值、信号条件断点等众多调试功能.对调制系统进行仿真测试,FPGA平台下的DQPSK调制信号dout输出如图3所示.由图3可见相邻码元的相位变化.图3 DQPSK调制信号ModelSim仿真波形DQPSK解调在FPGA平台下的ModelSim仿真波形图如图4所示.从图4可以看出,在载波同步环和位同步环都趋于稳定后,DQPSK解调后的输出与输入相比,较为一致,仅存在一些信号处理过程中产生的延时差异.图4 DQPSK解调系统ModelSim仿真波形完成综合实现后,工作过程区中自动显示整个设计所占用的器件资源情况.本设计选用的目标器件是Altera公司的Cyclone IV系列器件EP4CE6E22C8.器件资源使用情况如表3所示.表3 器件资源使用情况表名称使用个数占比/%LogicElements(逻辑单元)244616Rigister(寄存器)222514MemoryBits(存储器)25441EmbeddedMultiplier9-bitelements(9bit嵌入式硬件乘法器)22系统最高工作频率为132 MHz,高于设计要求的8 Mbit·s-1的采样速率.4 结束语本文设计了一个基于FPGA的数字调制解调算法,首先对数字调制解调系统中的DQPSK调制解调原理进行了理论分析,在算法设计中,分别完成了差分编解码器、DQPSK调制、极性Costas环和位同步环的构建,并通过顶层文件将各子模块功能整合为基于FPGA的DQPSK的调制解调算法.本设计仅通过软件升级就达到了整体电路升级的效果,具有一定的参考价值.参考文献:【相关文献】[1] 郭天赐.数字调制与解调技术的研究 [J].河南科技,2016(5):41-42.GUO T C.Research on digital modulation and demodulation technology [J].Journal of Henan Science and Technology,2016(5):41-42.[2] 段程鹏.测控通信中QPSK调制解调技术的设计与实现 [D].西安:西安电子科技大学,2014. DUAN C P.Design andimplementation of QPSK demodulation in measurement andcon trol communication [D].Xi’an:Xidian University,2014.[3] 楼才义,徐建良,杨小牛.软件无线电原理与应用 [M].2版.北京:电子工业出版社,2014.[4] WILSON S G.Digital Modulation and Coding [M].New York:Publishing House of Electronics Industry,1998.[5] 沈连丰,叶芝慧.信息论与编码 [M].北京:科学出版社,2004.[6] 梅平.QPSK调制解调器的研究与设计 [D].成都:电子科技大学,2008.[7] 樊昌信,曹金娜.通信原理 [M].7版.北京:国防工业出版社,2015.[8] 陈铖.高速数字调制解调器的设计与实现 [D].南京:南京理工大学,2010.[9] 王兴亮.数字通信原理与技术 [M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.[10] SHAMLA B,DEVI G K G.Design and implementation of Costas loop for BPSK demodulator [C]//2012 Annual IEEE India Conference.Kochi:IEEE,2012:785-789. [11] 钟钧波,章坚武,包建荣.QPSK调制解调系统设计及FPGA实现 [J].杭州电子科技大学学报,2014(2):60-64.ZHONG J B,ZHANG J W,BAO J R.Design and FPGA implementation of QPSK modem system [J].Journal of Hangzhou Dianzi University,2014(2):60-64.。
相移键控调制与解调实验报告
实验六相移键控调制与解调实验08电科(1)班第5组舜080702130 一、实验目的1．掌握二相PSK（DPSK）调制解调的工作原理及电路组成。
2．了解载频信号的产生方法。
3．掌握二相绝对码与相对码的码变换方法。
4．掌握伪随机序列的产生过程。
二、实验内容1．PSK调制用内时钟信号源产生的31位的伪随机码做输入信号来观察TP701∽TP707各测量点的波形。
2．PSK解调依次测量TP708∽TP714各测量点的波形，画出波形图并做记录，注意时间、相位、幅度之间的关系。
3．观察眼图，并作记录分析。
三、实验原理（具体见指导书）四、实验分析图TP701图TP701输出频率为1.000MHZ的，占空比为50%的方波图TP702-TP701图TP702输出31位伪随机码为：1111100011011101010000100101100图TP703-TP702图TP703输出经差分变换后的编码序列,信号一为TP703波形信号二为TP704波形,信号一位绝对码{ai}信号二为相对码{bi}，理论上二相编码的逻辑关系为：bi=ai+bi-1,图TP703-702的信号二有相位延迟，所以此图片满足：bi+1=ai+bi.图TP705-TP706图TP705-TP706两信号双踪，信号一为0相载波，频率为5.025MHZ的近似方波信号；信号二为∏相载波，频率为5.00MHZ的近似方波信号。
图TP707-TP703图TP707-TP703,信号一TP703做同步信号,信号二TP707的PSK调制，信号一为“0”时对应于信号二0相载波，信号一为“1”时对应于信号二∏相载波图TP714-TP702图TP714-TP702两信号双踪，信号一为TP702，信号二为 TP714，信号二不能正确解调出信号一，可能是实验箱的问题其编号为：H0701042。
eLabsim之移动通信实验指导书
目录第一章数字调制与解调技术 ....................................................... 错误!未定义书签。
实验一四相移相键控（QPSK）调制及解调实验 ................................错误!未定义书签。
实验二交织四相移相键控（OQPSK）调制及解调实验......................错误!未定义书签。
实验三基带信号预成形技术实验 ..........................................................错误!未定义书签。
实验四MSK调制及相干解调实验.........................................................错误!未定义书签。
实验五GMSK调制及相干解调实验......................................................错误!未定义书签。
实验六MSK、GMSK非相干数字解调实验 .........................................错误!未定义书签。
实验七矢量调制星座图实验 ..................................................................错误!未定义书签。
第二章同步技术 ........................................................................... 错误!未定义书签。
实验八PSK信号载波恢复......................................................................错误!未定义书签。
实验九NRZ码位同步提取实验 .............................................................错误!未定义书签。
实验四 振幅键控、移频键控、移相键控调制实验
实验四 振幅键控、移频键控、移相键控调制实验一、实验目的1． 掌握绝对码、相对码的概念以及它们之间的变换关系和变换方法。
2． 掌握用键控法产生2ASK 、2FSK 、2DPSK 信号的方法。
3． 掌握相对码波形与2PSK 信号波形之间的关系、绝对码波形与2DPSK 信号波形之间的关系。
4． 掌握2ASK 、2FSK 、2DPSK 信号的频谱特性。
二、实验内容1． 观察绝对码、相对码波形。
2． 观察2ASK 、2FSK 、2DPSK 信号波形。
3． 观察2ASK 、2FSK 、2DPSK 信号频谱。
三、实验器材1． 信号源模块2． 数字调制模块3． 频谱分析模块4． 20M 双踪示波器 一台5． 频率计（选用） 一台四、实验原理调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数值调制。
由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控（2FSK ）、二进制移相键控(2PSK)三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。
1． 2ASK 调制原理。
在振幅键控中载波幅度是随着基带信号而变化的。
将载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有无来代表信号中的“1”或者是“0”，这样就可以得到2ASK 信号，这种二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK ）。
2ASK 信号典型的时域波形如图4-1所示，其时域数学表达式为：2()cos ASK n c S t a A t ω=⋅ （4－1） 式中，A 为未调载波幅度，c ω为载波角频率，n a 为符合下列关系的二进制序列的第n 个码元： ⎩⎨⎧=P P a n －出现概率为出现概率为110 （4－2）综合式4－1和式4－2，令A ＝1，则2ASK 信号的一般时域表达式为：t nT t g a t S c n s n ASK ωcos )()(2⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∑t t S c ωcos )(= （4－3）式中，T s 为码元间隔，()g t 为持续时间 [－T s /2，T s /2] 内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而()S t 就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。
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交错四相移相键控调制解调实验
一、实验目的
1、了解OQPSK调制解调原理及特性
2、了解载波在QPSK相干及非相干时的解调特性
3、与QPSK调制对比，掌握它们的差别
二、实验内容
1、观察I、Q两路基带信号的特性及输入NRZ码的关系。
2、观察IQ调制解调过程中各信号变化。
3、观察QPSK调制及OQPSK调制各信号的区别。
4、观察解调载波相干时和非相干时各信号的区别。
三、实验步骤及结果
1、在实验箱上正确安装基带成形模块、IQ调制解调模块、码元再生模块和PSK载波恢复模块。
2、OPQSK调制实验。
a
*
b、按基带成形模块上“选择”键，选择OQPSK模式（OQPSK指示灯亮）。
c、用示波器观察基带模块上“I-OUT”及“Q-OUT”测试点，并分别与“NRZ IN”测试点的信号进行对比，观察串并转换情况。
（如图1、2）
图1 图2
d、用频谱分析仪观测调制后OQPSK信号频谱（可用数字示波器上FFT功能替代观测），观测点为IQ模块调制单元的“输出”端（TP4）。
（如图3）
（图3）
3、QPSK相干解调实验。
a
*
b、示波器探头分别接IQ解调单元的“I-OUT”及“Q-OUT”端，观察解调波形。
（如图4）
图4 图5
c、对比观测解调前后的I路信号
示波器探头分别接IQ模块的“I-OUT”端及“I-IN”端，注意观察两者是否一致。
（若一致表示解调正确，若不一致可能是载波相位不对，可按下IQ模块复位键S1复位或重新开关该模块电源复位。
）（如图5）
d、对比观测解调前后的Q路信号
示波器探头分别接IQ模块的“Q-OUT”端及“Q-IN”端，注意观察两者是否一致。
（若一致表示解调正确，若不一致可能是载波相位不对，可按下IQ模块复位键S1复位或重新开关该模块电源复位。
）（图6）
图6
4、OQPSK再生信号观察
a
*
b、按再生模块上“选择”键，选择OQPSK模式（OQPSK指示灯亮）。
c、对比观测原始NRZ信号与再生后的NRZ信号
示波器探头分别接再生模块上“NRZ”端和基带模块上“NRZ IN”端，观察两路码元是否一致（注意解调出的NRZ码与输入的NRZ码存在延迟）。
（图7）
图7 图8
5、观测载波非相干时信号波形
断开IQ模块上载波“输出”端与该模块上载波“输入”视频线，将IQ模块上载波“输入”端与PSK载波恢复模块上“VCO-OUT”端连接起来，此时载波不同步。
从步骤2开始再次观察各信号。
（图8）。