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。 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，其信号达式为：     i＝1，2，3，4  0≤t≤Ts Ts为四进制符号间隔，{ :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： 0≤t≤Ts 由于   所以： QPSK正交调制器方框图如图所示： 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： 2、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 ，在没有噪声和延时的理想状态时，解调器的输入 ，则I检测器的输出为： 则Q检测器的输出为： 用截止频率小于2 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。解调出来的I＝1，Q＝1，解调正确。 四、QPSK的仿真 1、QPSK的眼图和星座图的仿真 （1）建立QPSK仿真文件 （2）仿真结果 2、QPSK的波形和功率谱密度仿真 （1）建立仿真文件 clear all; Ts=1;    %基带信号周期为1s，即为1Hz,输入信号周期为Ts/2=0.5s，即2Hz fc=1;                          %载波频率为1Hz N_sample=64;                  %每载波采样64个点 N_num=1000;                  %基带信号为8个码元,每通道4码元 dt=1/fc/N_sample;                %采样间隔 t=0:dt:N_num*Ts-dt;              %仿真时间 T=dt*length(t);                  %仿真时间序列 d1=sign(randn(1,N_num));        %随机产生100个基带信号 d2=sign(randn(1,N_num));        %随机产生100个基带信号 gt=ones(1,fc*N_sample);          %每码元对应的载波信号 %QPSK调制 s1=sigexpand(d1,fc*N_sample);    %码元扩展 s2=sigexpand(d2,fc*N_sample);    %码元扩展 b1=conv(s1,gt);                  %码元扩展 b2=conv(s2,gt);                  %码元扩展 s1=b1(1:length(s1));              %码元扩展 s2=b2(1:length(s2));              %码元扩展 st_qpsk=s1.*cos(2*pi*fc*t)-s2.*sin(2*pi*fc*t);              %QPSK调制信号 st_qpsk=st_qpsk/sqrt(2); [f y1f]=T2F(t,st_qpsk); lenf=length(y1f); Show_num=8;                  %显示码元数 Show_time=Show_num*Ts;        %显示码元数 figure(1); subplot(431) plot(t,s1); xlabel('t'); axis([0 Show_time -1.6 1.6]); title('I通道基带波形'); subplot(434) plot(t,s2); xlabel('t'); axis([0 Show_time -1.6 1.6]); title('Q通道基带波形'); subplot(437) plot(t,st_qpsk); xlabel('t'); axis([0 Show_time -1.6 1.6]); title('QPSK波形'); subplot(4,3,10) plot(f,10*log10(abs(y1f).^2/lenf)); xlabel('f'); axis([-20 20 -60 10]); title('QPSK频谱'); （2）仿真结果 3、QPSK的误码率仿真 （1）建立simulink文件 （2）建立程序文件 %设置仿真间隔 xSampleTime=1/1000; %设置信噪比取值范围 x=0:10; for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('qpsksim1.mdl'); y(i)=ErrorVec(1); end; semilogy(x,y); grid on; xlabel('SNR(dB)'); ylabel('BER'); title('QPSK'); （3）仿真结果 五、QPSK的硬件设计 1、DAC0800电路 注：在本实验中NRZ码从J606和J605输出。 2、中频调制模块电路 4、AD采样电路 5、FPGA程序的设计 (1) 差分编码模块： 内部电路图： (2)串并转换模块： 内部电路图： (3)归零码转为非归零码模块： VHDL程序： Library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity NRZ is port(  I,Q:in  std_logic;      --I，Q路非归零码的输入 I_NRZ,Q_NRZ:out  std_logic_vector(7 downto 0)  );                      --NRZ码的输出到DAC0800 end entity NRZ; architecture one of nrz is begin process(i,q) begin if(I='1')then I_Nrz<="11111111" ; else I_Nrz<="00000000" ; end if; if(Q='1')then Q_Nrz<="11111111" ; else Q_Nrz<="00000000" ; end if; end process; end architecture one; 六、实验操作说明 1、操作键盘，是处于QPSK调制解调的模式下，按退出键以外的键，产生不同的码元。 2、操作键盘，是处于QPSK的眼图模式下，观看QPSK的星座图。 3、连接J605到J401，连接J606到J402，完成QPSK的调制。 4、连接J403到J501，分别J503和J504到J601和J602，从TP609和TP610观察QPSK的解调波形 七、实验 1、用matalab中的simulink对QPSK进行软件仿真，绘制QPSK的波形图，分析它的频谱； 2、在Quatus中分别对QPSK的进行仿真，实现差分编码和串并转换； 3、操作键盘，使系统处于QPSK调制解调模式下； 4、用示波器分别测量TP601和TP602，观察输出波形，并将示波器的显示模式调为XY，观察QPSK的星座图； 5、用示波器测量TP603，观察调制后的输出波形； 6、用示波器分别测量TP609和TP610，观察解调后的输出波形； 7、换几组数据(至少4组数据)重复上述步骤3-6。 八、实验仪表 1、电脑一台（装有matlab、Quatus、CCS软件）；    2、ByteblasterII下载设备； 3、DSP仿真器；                                4、移动通信原理实验系统； 5、60M双踪示波器；                            6、数字万用表。 九、思考题 1、对8QPSK进行仿真。                              2、设计8PSK的调制电路。 3、分析当解调器的输入信号 与恢复载波 和 存在相移θ，分析相移θ对解调判决的影响，当传输中出现正负45度以内相移时，解调器仍能正确解调。 4、试分析传输中的白高斯噪声对解调器的影响。 十、实验报告要求 1、整理数据，画出实验内容中要求的各种波形；          2、实验报告中完成思考题。