qpsk实验报告.docx
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qpsk实验报告
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qpsk实验报告
篇一：
7.QpsK调制解调实验-移动通信实验报告
计算机与信息工程学院验证性实验报告
一、实验目的
1.了解QpsK技术在移动通信系统中的应用2.掌握QpsK调制解调数据传输过程；
3.了解QpsK的载波恢复和位定时恢复的基本方法4.掌握QpsK解调数据传输过程；1.掌握升余弦成形滤波原理二、预备知识
1.数字信号传输的工作方式与工作过程2.QpsK的基本工作原理3.升余弦成形滤波软件4.QpsK解调的基本工作原理5.载波同步和位同步的基本方法三、实验仪器
1、移动通信实验箱一台；2、台式计算机一台；3、示波器一台；四、实验原理
QpsK调制解调的实现原理框图如图。
J
图4.2.8QpsK调制解调原理框图
A点为发送数据；b串/并变换
发送数据长度为128bit，经过交织器输出的数据为一路串行数据，需要进行串/并变换，产生两路并行数据各为64bit。
c差分编码：
为了防止相位模糊现象，采用差分编码，并进行QpsK映射。
差分编码的公式：
InQnan?
1bn?
1?
?
anbnQpsK映射采用如下方式：
图4.2.9QpsK映射图
D滤波与调制模块
方波会在时间上扩展，造成码间干扰，导致接收机在检测一个码元时发生错误的概率增大。
所以在调制系统中需要对信号进行滤波，以减少失真和符号间干扰（IsI）。
每一支路在进行调制之前进行nyquist成形滤波使QpsK信号的功率谱限制在分配的带宽内。
在这里，选择具有均方升余弦滚降特性的滤波器。
具有升余滚降特性的h（ω）可表示为：
?
Ts
?
T?
h（w）?
?
s[1?
sin（?
?
Tsw）]
?
2?
?
0
，抽样作卷积。
将滤波器的冲击响应函数列表，33个样值。
取不同的窗函数，滤波器的频谱特性不同。
这里选择哈明窗作为窗函数，这样可以避免产生吉布斯现象。
取滚降系数α=0.5，抽样步长Ts=Tc/10，每个码元采样10个点，阶数n=33。
图4.2.10为滤波器特性的仿真示意。
图4.2.10成形滤波器特性
滤波后信号调制到25khz的载波上，两路相加从而完成信号调制。
e接收到的已调信号
为了实现正交解调，需要进行希尔伯特变换，获得两个分量I和Q。
I?
ancos?
ct?
bnsin?
ctQ?
ansin?
ct?
bncos?
ct
F能量判决与载波恢复
在接收端能量判决，当超过设定的门限值后，可判断接收到有效信号。
通过发送的训练序列来进行载波同步。
图4.2-11显示载波同步的过程，载波误差逐渐收敛。
图4.2.11载波同步误差角度收敛图
在这里，我们简单的讨论一下同相正交解调的原理，来说明载波同步的方法。
设两个正交的滤波器的输出为I（t）和Q（t），那么正交解调的过程用数学公式表示如下：
A（t）?
I（t）?
cos（?
ct?
?
）?
Q（t）?
sin（?
ct?
?
）?
a（t）cos?
?
b（t）sin?
b（t）?
I（t）?
sin（?
ct?
?
）?
Q（t）?
cos（?
ct?
?
）?
a（t）sin?
?
b（t）cos?
4.2.2
若没有经过载波同步，本地载波与调制信号的载波会存在相位误差，这里设为?
，计算可知：
b（t）?
b（t）cos?
?
A（t）sin?
4.2.3
a（t）?
A（t）cos?
?
b（t）sin?
若载波已同步，即?
为0，那么b（t）?
b（t），a（t）?
A（t），从而得到解调的结果；
若?
?
0，我们可以在训练阶段，使发送的an与bn相同，即上式中的
a（t）?
b（t），则可得到tg?
?
b（t）?
A（t）
这一重要的结果。
b（t）?
A（t）
通过这个结果我们可以求出?
，调整载波相位，从而实现载波同步。
g位定时
位定时也即码同步。
这里需要从每个码元的10个抽样点中选择合适的判决时刻。
位定时误差的提取时刻可依据基带信号过零点。
继载波同步训练序列之后，发送位定时训练序列（倒相序列）。
采用下面位定时误差提取法：
图4.2.12位定时误差提取示意图
eb（n）?
s（n）[s（n?
2）?
s（n?
2）]，
如果eb（n）>0，则定时抽样脉冲向前调整；反之应向后调整。
h信号同相正交解调当发送序列为
{1,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,1,0,1,（:
qpsk实验报告）0,1,0,1,0,1,1,1,1}，对应的解调后得到的波形图4.2-13。
篇二：
QpsK通信系统的montecarlo仿真实验报告
QpsK通信系统的montecarlo仿真实验报告
20XX级通信二班
贾师师20XX00121052一．【实验目的】
1.1提高独立学习的能力
1.2培养发现问题，解决问题，分析问题的能力1.3学习matlab的使用
1.4掌握4psK通信系统的montecarlo仿真方法1.5掌握4psK通信系统的组成原理
1.6比较编码信号与未编码信号在随机信道中的传输，加深对纠错编码原理
的理解。
二．【实验内容】
完成对QpsK通信系统的差错概率的montecarlo仿真。
三．【实验原理】1.调制解调原理
一组m载波相位调制信号波形的一般表示为：
是发送滤波器的脉冲形状，A为信号的幅度。
将式中的余弦函数的相角看成两个相角的和，可以将上表示为
将
归一化，则函数能量、A可归一化到1。
这样一个相位调制信号可以看做
两个正交载波，起始幅度取决于在每个信号区间内的相位，因此，数字相位调制信号在几何上可以用
和
的二维向量来表示，即
同样，将加性噪声分解成两路，加入噪声后的二维向量为
判决方法:
1）最大投影法：
最佳检测器将接收到的信号向量r投射到m个可能的传输
信号向量
之一上去，并选取对应于最大投影的向量。
我们在试验中用的是将
r向量与作为标准的s向量作向量积后选取最大者的方法。
2）最小距离法：
我们在实验中实现最小距离法判决的方法是求出r向量的终点与作为标准的s向量的终点后选取最小者的方法。
由于二相相位调制与二进制pAm是相同的，所以差错概率为
式中
是每比特能量。
4psK可以看作是两个在正交载波上的二相相位调制系
统，所以1个比特的差错概率与二相相位调制是一致的。
2.信道纠错编码
在随机信道中，错码的出现是随机的，且错码之间是统计独立的。
由高斯白噪声引起的错码就具有这种性质。
当信道中加性干扰主要是这种噪声时，就称这
种信道为随机信道。
由于信息码元序列是一种随机序列，接收端是无法预知的，也无法识别其中有无错码。
为了解决这个问题，可以由发送端的信道编码器在信息码元序列中增加一些监督码元。
这些监督码元和信源码元之间有一定的关系，使接收端可以利用这种关系由信道译码器来发现或纠正可能存在的错码。
在信息码元序列中加入监督码元就称为差错控制编码，有时也称为纠错编码。
汉明码是一种能够纠正一位错码且编码效率较高的线性分组码。
下面是汉明码的构造原理。
一般说来，若码长为n，信息位数为k，则监督位数r＝n?
k。
如果希望用r个监督位构造出r个监督关系式来指示一位错码的n种可能位置，则要求
设分组码（n，k）中k＝4，为了纠正一位错码，由上式可知要求监督位数r≥3。
若取r=3，则n=k+r=7。
用α6α5…α0表示这7个码元，用s1、s2、s3表示三个监督关系式中的校正子，则s1s2s3的值与错码位置的对应关系可以规定如下表所列。
由表中规定可见，仅当一错码位置在α2、α4、α5或α6时，校正子s1为1；否则s1为0。
这就意味着α2、α4、α5和α6四个码元构成偶数监督关系
同理，α1、α3、α5和α6构成偶数监督关系
以及α0、α3、α4和α6构成偶数监督关系
在发送端编码时，信息位α6、α5、α4和α3的值决定于输入信号，因此它们是随机的。
监督位α2、α1和α0应根据信息位的取值按监督关系来确定，即监督位应使上三式中s1、s2和s3的值为零（表示变成的码组中应无错码）
由上式经移项运算，解出监督位
给定信息位后，可直接按上式算出监督位，其结果如下表所列。
接收端接收到每个码组后，先计算出校正因子s1、s2、和s3，再按事先规定的对应关系判断误码情况并且纠正。
四．【系统框图】
（一）未加信道纠错编码的QpsK调制通信系统
（二）信道纠错编码（7，4）汉明码+QpsK调制的通信系统
五．【实验内容】
（一）未加信道纠错编码的QpsK调制通信系统1）最大投影点准则进行判决
a,计算噪声方差?
2分别为0、0.1、0.5、1.0时的符号差错概率和比特差错概率；
b,画出在每种?
2时，在检测器输入端1000个接收到的信号加噪声的样本（星座图）；
（1）n=1000，方差=0时：
篇三：
psK（DpsK）及QpsK调制解调实验报告
实验4psK（DpsK）及QpsK调制解调实验
配置一：
psK（DpsK）模块
一、实验目的
1.掌握二相绝对码与相对码的码变换方法；
2.掌握二相相位键控调制解调的工作原理及性能测试；
3.学习二相相位调制、解调硬件实现，掌握电路调整测试方法。
二、实验仪器
1．时钟与基带数据发生模块，位号：
g
2．psK调制模块，位号A
3．psK解调模块，位号c
4．噪声模块，位号b
5．复接/解复接、同步技术模块，位号I
6．20m双踪示波器1台
7．小平口螺丝刀1只
8．频率计1台（选用）
9．信号连接线4根
三、实验原理
相位键控调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它具有优良的抗干扰噪声性能及较高的频带利用率。
在相同的信噪比条件下，可获得比其他调制方式（例如：
AsK、FsK）更低的误码率，因而广泛应用在实际通信系统中。
本实验箱采用相位选择法实现相位调制（二进制），绝对移相键控（psK或cpsK）是用输入的基带信号（绝对码）选择开关通断控制载波相位的变化来实现。
相对移相键控（DpsK）采用绝对码与相对码变换后，用相对码控制选择开关通断来实现。
（一）psK调制电路工作原理
二相相位键控的载波为1.024mhz，数字基带信号有32Kb/s伪随机码、及其相对码、32Khz方波、外加数字信号等。
相位键控调制解调电原理框图，如图6-1所示。
1．载波倒相器
模拟信号的倒相通常采用运放来实现。
来自1.024mhz载波信号输入到运放的反相输入端，在输出端即可得到一个反相的载波信号，即π相载波信号。
为了使0相载波与π相载波的幅度相等，在电路中加了电位器37w01和37w02调节。
2．模拟开关相乘器
对载波的相移键控是用模拟开关电路实现的。
0相载波与π相载波分别加到模拟开关A：
cD4066的输入端（1脚）、模拟开关b：
cD4066的输入端（11脚），在数字基带信号的信码中，它的正极性加到模拟开关A的输入控制端（13脚），它反极性加到模拟开关b的输入控制端（12脚）。
用来控制两个同频反相载波的通断。
当信码为“1”码时，模拟开关
A的输入控制端为高电平，模拟开关A导通，输出0相载波，而模拟开关b的输入控制端为低电平，模拟开关b截止。
反之，当信码为“0”码时，模拟开关A的输入控制端为低电平，模拟开关A截止。
而模拟开关b的输入控制端却为高电平，模拟开关b导通。
输出π相载波，两个模拟开关输出通过载波输出开关37K02合路叠加后输出为二相psK调制信号。
另外，DpsK调制是采用码型变换加绝对调相来实现，即把数据信息源（伪随机码序列）作为绝对码序列{an}，通过码型变换器变成相对码序列{bn}，然后再用相对码序列{bn}，进行绝
对移相键控，此时该调制的输出就是DpsK已调信号。
本模块对应的操作是这样的（详细见图6-1），37p01为psK调制模块的基带信号输入铆孔，可以送入4p01点的绝对码信（psK），也可以送入相对码基带信号（相对4p01点的数字信号来说，此调制即为DpsK调制）。
（二）相位键控解调电路工作原理
二相psK（DpsK）解调器的总电路方框图如图6-2所示。
该解调器由三部分组成：
载波提取电路、位定时恢复电路与信码再生整形电路。
载波恢复和位定时提取，是数字载波传输系统必不可少的重要组成部分。
载波恢复的具体实现方案是和发送端的调制方式有关的，以相移键控为例，有：
n次方环、科斯塔斯环（constas环）、逆调制环和判决反馈环等。
近几年来由于数字电路技术和集成电路的迅速发展，又出现了基带数字处理载波跟踪环，并且已在实际应用领域得到了广泛的使用。
但是，为了加强学生基础知识的学习及对基本理论的理解，我们从实际出发，选择科斯塔斯环解调电路作为基本实验。
1．二相（psK，DpsK）信号输入电路
由整形电路，对发送端送来的二相（psK、DpsK）信号进行前后级隔离、放大后送至鉴相器1与鉴相器2分别进行鉴相。
图6-2解调器原理方框图
2．科斯塔斯环提取载波原理
经整形电路放大后的信号分两路输出至两鉴相器的输入端，鉴相器1与鉴相器2的控制信号输入端的控制信号分别为0相载波信号与π/2相载波信号。
这样经过两鉴相器输出的鉴相信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，再由两比较判决器完成判决解调出数字基带信码，由相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。
得到反映恢复载波与输入载波相位
之差的误差电压ud,ud经过环路低通滤波器滤波后，输出了一个平滑的误差控制电压，去控制Vco压控振荡器74s124。
它的中心振荡输出频率范围从1hz到60mhz，工作环境温度在0～70℃，当电源电压工作在+5V、频率控制电压与范围控制电压都为+2V时，74s124的输出频率表达式为：
f0=5×10-4/cext，在实验电路中，调节精密电位器38w01（10KΩ）的阻值，使频率控制输入电压（74Ls124的2脚）与范围控制输入电压（74Ls124的3脚）基本相等，此时，当电源电压为+5V时，才符合：
f0=5×10-4/cext,再改变4、5脚间电容,使74s124的7脚输出为2.048nhZ方波信号。
74s124的6脚为使能端，低电平有效，它开启压控振荡器工作；当74s124的第7脚输出的中心振荡频率偏离2.048mhz时，此时可调节38w01，用频率计监视测量点38Tp02上的频率值，使其准确而稳定地输出2.048mhz的同步时钟信号。
该2.048mhz的载波信号经过分频（÷2）电路：
一次分频变成1.024mhz载波信号，并完成π/2相移相。
这样就完成了载波恢复的功能。
从图中可看出该解调环路的优点是：
①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。
②该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。
但该解调环路的缺点是：
存在相位模糊，即解调的数字基带信号容易出现反向问题。
DpsK调制解调就可以解决这个问题，相绝码转换在“复接/解复接、同步技术模块”上完成。
四、各测量点及可调元件的作用
1．psK调制模块
37K02：
两调制信号叠加。
1-2脚连，输出“1”的调制信号；2-3脚连，输出“0”的调制信号。
37w01：
调节0相载波幅度大小，使37Tp02峰峰值2～4V。
37w02：
调节π相载波幅度大小，使37Tp03峰峰值2～4V。
37p01：
外加数字基带信号输入铆孔。
37Tp01：
频率为1.024mhz方波信号，由4u01芯片（epm240）编程产生。
37Tp02：
0相1.024mhZ载波正弦波信号，调节电位器37w01改变幅度（2～4V左右）。
37Tp03：
π相1.024mhZ载波正弦波信号，调节电位器37w02改变幅度（2～4V左右）。
37p02：
psK调制信号输出铆孔。
由开关37K02决定。
1-2相连3-4断开时，37p02为0相载波输出；
1-2断开3-4相连时，37p02为π相载波输出；
1-2和3-4相连时，37p02为psK调制信号叠加输出。
注意两相位载波幅度需调整相同，否则调制信号在相位跳变处易失真。
2．psK解调模块
38w01：
载波提取电路中压控振荡器调节电位器。
38p01：
psK解调信号输入铆孔。
38Tp01：
压控振荡器输出2.048mhz的载波信号，建议用频率计监视测量该点上的频率值有偏差时，此时可调节38w01，使其准确而稳定地输出2.048mhz的载波信号，即可解调输出数字基带信号。
38Tp02：
频率为1.024mhz的0相载波输出信号。
38Tp03：
频率为1.024mhz的π/2相载波输出信号，对比38Tp02。
38p02：
psK解调输出铆孔。
psK方式的科斯塔斯环解调时存在相位模糊问题，解调出的基带信号可能会出现倒相情况；DpsK方式解调后基带信号为相对码，相绝转换由下面的“复接/解复接、同步技术模块”完成。
3．复接/解复接、同步技术模块
39sw01：
功能设置开关。
设置“0010”，为32K相对码、绝对码转换。
39p01：
外加基带信号输入铆孔。
39p07：
相绝码转换输出铆孔。
五、实验内容及步骤
1．插入有关实验模块：
在关闭系统电源的条件下，将“时钟与基带数据发生模块”、“psK调制模块”、“噪声模块”、“psK解调模块”、“同步提取模块”，插到底板“g、A、b、c、I”号的位置插座上（具体位置可见底板右下角的“实验模块位置分布表”）。
注意模块插头与底板插座的防呆口一致，模块位号与底板位号的一致。
2．psK、DpsK信号线连接：
绝对码调制时的连接（psK）：
用专用导线将4p01、37p01；37p02、3p01；3p02、38p01连接。
相对码调制时的连接（DpsK）：
用专用导线将4p03、37p01；37p02、3p01；3p02、38p01；38p02、39p01连接。
注意连接铆孔的箭头指向，将输出铆孔连接输入铆孔。
3．加电：
打开系统电源开关，底板的电源指示灯正常显示。
若电源指示灯显示不正常，请立即关闭电源，查找异常原因。
4．基带输入信号码型设置：
拨码器4sw02设置为“00001“，4p01产生32K的15位m序列输出；4p03输出为4p01波形的相对码。
5.跳线开关设置：
跳线开关37K021-2、3-4相连。
6．载波幅度调节：
37w01：
调节0相载波幅度大小，使37Tp02峰峰值2～4V。
（用示波器观测37Tp02的幅度，载波幅度不宜过大，否则会引起波形失真）
37w02：
调节π相载波幅度大小，使37Tp03峰峰值2～4V。
（用示波器观测37Tp03的幅度）。
7.相位调制信号观察：
（1）psK调制信号观察：
双踪示波器，触发测量探头测试4p01点，另一测量探头测试37p02，调节示波器使两波形同步，观察bpsK调制输出波形，记录实验数据。
（2）DpsK调制信号观察：
双踪示波器，触发测量探头测试4p03点，另一测量探头测试37p02，调节示波器使两波形同步，观察DpsK调制输出波形，记录实验数据。
8．噪声模块调节：
调节3w01，将3Tp01噪声电平调为0；调节3w02，使3p02信号峰峰值2～4V。
9．psK解调参数调节：
调节38w01电位器，使压控振荡器工作在2048KhZ，同时可用频率计鉴测38Tp01点。
注意观察38Tp02和38Tp03两测量点波形的相位关系。
10．相位解调信号观测：
（1）psK调制方式
观察38p02点psK解调输出波形，并作记录，并同时观察psK调制端37p01的基带信号，比较两者波形相近为准（可能反向，如果波形不一致，可微调38w01）。
（2）DpsK调制方式
“同步提取模块”的拨码器39sw01设置为“0010”。
观察38p02和37p01的两测试点，比较两相对码波形，观察是否存在反向问题；观察39p07和4p01的两测试点，比较两绝对码波形，观察是否还存在反向问题。
作记录。
11．加入噪声相位解调信号观测：
调节3w01逐步增加调制信号的噪声电平大小，看是否还能正确解调出基带信号。
12.关机拆线：
实验结束，关闭电源，拆除信号连线，并按要求放置好实验模块。
六、实验数据
1．基带输入信号码型设置：
拨码器4sw02设置为“00001“，4p01产生32K的15位m序列输出；4p03输出为4p01波形的相对码。
2.基带信号与调制信号（绝对码）
3.基带信号与调制信号（相对码）
4.基准电平
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