实验九 QPSK调制与解调

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1、实验九、QPSK、QDPSK调制与解调一、实验目的1、掌握QPSK调制与解调的基本原理及实现方法。2、掌握QDPSK调制与解调的基本原理及实现方法。3、分析QPSK、QDPSK系统的有效性和可靠性。二、实验原理为提高通信的有效性，最常用的办法的是采用多进制的数字调制。MPSK和MDPSK就是多进制的数字相移键控即多相制信号，前者称为多进制绝对相移键控，后者称为多进制相对（差分）相移键控，它们都用M个相位不同的载波来表示M个不同的符号。一般来说，有，因此，一个符号可以代表nbit的二进制码元。1、QPSK信号分析QPSK（QuadraturePhaseShiftKeying，正交相移键控）又叫

2、四相绝对相移键控（4PSK），它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2bit信息，故每个四进制符号又被称为双比特码元。把组成双比特码元的前一信息比特记为a码，后一信息比特记为b码，为使接收端误码率最小化，双比特码元（a，b）通常按格雷码（Graycode）方式排列，即任意两个相邻的双比特码元之间只有一个比特发生变化。图9.1给出了双比特码元（a，b）与载波相位的对应关系，其中图（a）表示A方式，图（b）表示B方式。图9.1QPSK信号相位矢量图（a）A方式（系统）（b）B方式（系统）表9.1双比特码元与载波相位之间的对应关系双比特码元载波相位A方式B方式0090°23

3、5°010°135°11270°45°10180°315°根据相位矢量图，得到双比特码元与载波相位之间的对应关系，如表9.1所示。A方式的QPSK信号可表示为，B方式的QPSK信号可表示为，由于QPSK信号普遍采用正交调制（又称IQ调制）法产生，故QPSK信号统一表示为这样，将a码送入I路，b码送入Q路，然后将I路信号与载波相乘，Q路信号与正交载波相乘，之后通过加法器相加，即可得到QPSK信号。2、QPSK调制以B方式为例，QPSK信号的产生方法有两种：一是正交调制法，二是相位选择法。（1）正交调制(IQ调制)法二进制调相信号通常采用键控法，而多进制调相信号普遍采用IQ调制法产生。正交调制法

4、产生QPSK信号的原理框图如图9.2所示，它可以看成由两个2PSK调制器构成，上支路将a码与余弦载波相乘，下支路将b码与余弦载波相乘，这样产生载波相互正交的两路2PSK信号，再将这两路信号相加，通过矢量合成便是QPSK信号。图9.2正交调制法产生QPSK信号（a）原理框图（b）矢量合成原理图中输入的数字基带信号是二进制的单极性不归零码，通过“串/并变换”电路变成并行的两路码元和后，其每个码元的传输时间是输入码元的2倍，且单极性信号将变为双极性信号。其变换关系式将“1”变为“+1”、“0”变为“-1”。“串/并变换”过程如图9.3所示，图中0、1、2等表示为二进制基带码元的序号。从电路实现的角

5、度看，串并变换实现了双比特码元和I、Q两路信号幅度之间的映射，如表9.2所示。IQ信号幅度只有2种取值，设为是为了保证输出QPSK信号幅度为1。图9.3串/并变换电路工作原理表9.2双比特码元与IQ信号幅度及载波相位之间的映射关系双比特码元abI、Q路信号（幅度）I、Q路调制后相位合成相位00，，01，，11，0，10，0，（2）相位选择法相位选择法原理框图如图9.4所示。图中载波产生器产生四种相位的载波，经逻辑选择电路，根据输入信息a和b，决定选择哪个相位的载波输出，然后经过带通滤波器滤除高频分量。这种方式适合用于载频较高的场合。图9.4相位选择法产生QPSK信号的原理框图2、QPSK解调

6、图9.5QPSK信号解调原理框图QPSK信号的解调可以用两个正交的载波信号实现相干解调，如图9.5所示。由于QPSK信号可以看作是两个正交2PSK信号的叠加，所以用两路正交的相干载波去解调，可以很容易地分离这两路正交的2PSK信号。相干解调后的两路并行码元和，经过并/串变换后，可恢复出原串行信息。这种解调仍然存在相位模糊现象。3、QDPSK调制为了克服QPSK的相位模糊现象，人们常采用QDPSK调制，即用相邻码元载波相位的相对变化来表示数字基带信号，它可以理解为四进制的相对（差分）相移键控。将表9.1中的换成，即得QDPSK信号的编码规则，此时是本码元载波相位相对于前一码元的相位变化。QDP

7、SK信号产生方法与QPSK信号的产生方法类似，只需在图9.2（a）中发送端串/并变换后增加差分编码器，即可获得QDPSK信号。图9.6正交调制法产生QDPSK信号的原理框图关于差分编码：发送端差分编码的实现常用“模4加”电路，如图9.7所示。图9.7差分编码的实现（a）模4加电路（b）模与双比特码元的对应关系模4加的运算法则是：相加之值<4，其和为结果值；相加之值>4，其和减4为结果值；相加之值=4，结果值为