实验九 QPSK调制与解调实验报告

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

4、 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 ）

a(0)b(0)

b(1)

a(1)

（b ）

图12-1 QPSK 调制

/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110010*********和

111101*********。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。

1-1-11111-1-111-1111-11-111-11-1-111-11-1

基基基基I 基基Q P S K ,O Q P S K

Q 基基

Q P S K Q 基基O Q P S K

-1

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

{}()33arctan ,,,()44

44j i j i Q t I t ππϕππ⎡

⎤⎛⎫⎧⎫

=--⎨⎬⎢⎥

⎪⎩⎭⎝⎭⎣

⎦

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

1)

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：

(1,-1)(1,1)(1,-1)(1,-1)

(-1,1)()

4-

()34()

4()4

-(

)

34

()

4

-

2π-2π-ππ

π

码元对相位及相位变化：

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：

(1,-1)(1,1)(-1,1)

(1,1)(1,1)

(

)

4

-

2

π

-

2

π

-

码元对

相位及相位变化：(1,-1)(-1,1)(1,1)()

4

-

()

4

-

2

π

-

2

π

-

2

π

-

2

π

-

2

π

-

(

)

4

(

)

4

()

4

-

(

)

4

(4

-

(

)

4

(

)

4

(

)

4

0°

0°

可见，在

QPSK 中，仅存在小于2

π

±

＝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