移动通信-硬件实验讲义

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1、LTE-YD-02B移动通信实验系统第一章数字调制与解调技术实验一四相移相键控（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

2、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Ik、Qk通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±2/2；B方式中：0°

3、、90°、180°、270°，则数据Ik、Qk通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。第1页共222页LTE-YD-02B移动通信实验系统表1-1双比特码元与载波相位关系双比特码元载波相位aBA方式B方式00225°0°10315°90°1145°180°01135°270°(0,1)(1,1)(1,0)45°参考相位(1,1)(0,0)参考相位0°(0,0)(1,0)(0,1)(a)(b)图1-1QPSK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

4、行序列，然后通过基带成形得到的双极性序列（从D/A转换器输出，幅度为±2/2）。设两个双极性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。第2页共222页LTE-YD-02B移动通信实验系统b(0)(-1,1)(1,1)a(1)a(0)(-1,-1)(1,-1)b(1)图1-2矢量图表1-2QPSK信号相位编码逻辑关系a1－1－11b11－1－1

5、a路平衡调制器输出0°180°180°0°b路平衡调制器输出90°90°270°270°合成相位45°135°225°315°用调相法产生QPSK调制器框图如图1-3所示。电平产生I(t)Acosωt载波二进制信息发生器QPSK信号串并变换移相90oAsinωtQ(t)电平产生图1-3QPSK调制器框图第3页共222页LTE-YD-02B移动通信实验系统01010011011100I(t)+11100000-1Q(t)+11111100-1图1-4二进制码经串并变换后码型由图1-3可以看到，QPSK的调制器可以看作是由两个BP

6、SK调制器构成，输入的串行二进制信息序列经过串并变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电平信号I（t）和Q（t），然后对Atcosω和Atsinω进行调制，相加后即可得到QPSK信号。经过串并变换后形成的两个支路如图1-4所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路；另外一路称为正交支路，即Q支路。2、QPSK解调原理由于QPSK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，其原理框图如

7、图1-5所示。整形判决载波发生器位定时并串二进制信息QPSK信号恢复变换移相90o整形判决图1-5QPSK解调原理框图四、实验原理第4页共222页LTE-YD-02B移动通信实验系统1、实验模块简介本实验需用到基带成形模块、IQ调制解调模块、码元再生模块及PSK载波恢复模块。（1）基带成形模块：本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。（2）IQ调制解调模块：本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交

8、解调。（3）码元再生模块：本模块主要功能：从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。（4）PSK载波恢复模块：本模块主要功能：与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。本实