实验三qpsk通信系统

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1、实验三QPSK通信系统一、实验目的了解QPSK调制解调器的基本原理；掌握数据传输过程；掌握数字调制星座图的观测。二、实验内容在软件无线电平台上，利用软件模块设计QPSK调制与解调器，完成数据传输系统的观测。三、实验仪器1USRP实验平台一台2计算机一台四、实验原理1数字相位调制（PSK）原理在一个码元传输时隙T内，M元数字相位调制的波形表示为：式中，g（t）为基本脉冲波形，对于常见的矩形脉冲，g（t）=1；M元数据符号映像到M个可能的相位θm=2πm/M，（m=0，…，M−1）上。M-PSK的等效基带信号是复信号g（t）ej2πm/M。把信

2、号集{g（t）cos2πfct，g（t）sin2πfct}作为正交信号基，则M-PSK调制信号可表示为二维信号空间中的M个可能的点：Sm=（cos2πm/M，sin2πm/M）。显然，这些信号点Sm等间隔地位于单位圆周上。数据比特组到这些信号点的映像关系可以是任意的，最优的映像方法是格雷编码，这样，在解调时如果发生相邻信号点错误，将仅仅导致比特组中的一个比特错误。M=2时的PSK调制也称为二进制相移键控（BPSK），等同于2PAM信号。当M=4时，也称为QPSK。2QPSK调制器相位定义对于同一个MPSK传输系统，比较输入数据以普通二进制映

3、像和格雷码映像到信号点的两种情况，调制输出信号通过相同的加性噪声高斯信道，对误比特率进行计算与测试。数据映像方式设置为普通二进制方式，信道噪声方差为0.05时，相应的误比特率为0.008033；将数据映像方式修改为格雷码方式，其他参数不变，相应的误比特率为0.0047，显然格雷码映像优于普通二进制映像。图1π/4相位偏移QPSK普通二进制映像和格雷码映像星座图图2A方式时QPSK信号的矢量图，B方式时QPSK信号的矢量图3QPSK调制方法QPSK信号常用的产生方法有三种：正交调制法、相位选择法及脉冲插入法。1）正交调制法发送端采用正交调制法

4、的方框图如图3所示，图3QPSK调制系统方框图（正交法）2）相位选择法图4相位选择法的方框图3）脉冲插入法图5插入脉冲法产生QPSK信号原理方框图4QPSK信号的相干解调图6QPSK信号的相干解调方框图QPSK同2PSK一样，在接收机解调时，由于相干载波相位的不确定性，使得解调后的输出信号不确定。为了克服这种缺点，在实际通信中通常采用QDPSK系统。5基于USRP的QPSK调制解调数传系统数字通信链路中的模块包括：发送端的模块是信源编码、信道编码、调制以及上变频；接收端模块包括下变频，解调，信道解码和信源解码。现实世界中的通信链路包含将发生

5、传输的物理信道。物理信道的例子包括（但不限于）无线电（无线）、光缆和铜缆。信源编码块通常涉及数据压缩。例如，数字电视广播（DVB）的ATSC标准指定传输图像的MPEGII编码。信源编码中常用的其他压缩算法的例子包括：A-law,Mu-law,JPEG和A-87.6。信道编码模块通常包括添加到数据流的冗余位，以增加接收者对于信道中的噪声和干扰的敏感性。ATSC标准规定ReedSolomon和Trellis编码作为信道编码模块。802.15.4标准指定差分编码和芯片映射到添加冗余的位。信道编码模块的输出仍然是一系列的0和1。在链路中的下一个模块

6、是调制模块，此模块将位转换为一个个同相（I）和正交相位（Q）数据。此模块通常还涉及到脉冲整形的步骤，以减少符号间干扰，并降低带宽。链路中的下一个模块中涉及采用模拟上变频到信号被发送的RF频率。在接收端重复这些步骤的镜像。信信上源道调变编编制频码码通信信道信信下解道源变调解解频码码图7数字通信链路中的模块图8发射器框图接收器系统由USRP接收器所采集的信号开始。该USRP接收器使用了一个直接转换架构，在此架构中接收的信号混合到基带，直接采样后进行下变频。然后产生的IQ基带信号传输到上位机PC进行处理。图9接收机框图LabVIEW的USRP驱动

7、将基带信号传输至主机作为“采集帧”，每个帧由多个复值信号样本组成。本图显示了由接收器采集的原始信号样本的帧。采集的帧的长度是一个可以在接收端设置的参数。在本例子中，选择帧的持续时间为50ms，可以看到其包含了发射过来的多个分帧。图10接收机信号流程图该框图表明了在基于LabVIEW的接收器中恢复和显示消息的顶层步骤。这些步骤包括：数据包切分、同步&解调、重新排列数据包以及最后的消息显示。无线通信数据包结构：图11无线通信数据包结构对应的，接收端需要载波同步、符号（位）同步、帧同步，取出数据，还原信息。采集能量检测&数据包切分重采样和解调数据

8、包同步&解码重建数据转换位为ASCII图12基于USRP实现的接收器采用流水线型移位寄存器架构五、实验步骤1.QPSK调制发射系统观测打开实验三文件夹中\练习\Exercis