通信原理 QPSK 调制系统 实验指导书

《通信原理》实验指导书 信息学院通信教研部 目  录 实验五、QPSK调制系统设计与仿真 一、 实验目的 1. 掌握（QPSK）调制系统的原理及在通信传输系统中的应用。 2. 掌握（QPSK）调制系统模型的构建技术。 3. 掌握（QPSK）调制系统的设计与实现方法。 4. 深入理解、分析、掌握二进制相移键控（QPSK）调制系统各模块间参数的设置及相互间的关联与影响。 5. 能够按不同用户的技术指标需求，进行（QPSK）调制系统的设计。 6. 掌握（QPSK）调制系统的测试方法 。 7. 掌握对（QPSK）调制系统的相关参数、信号时域波形进行分析的方法。 8. 对比原始发送数据信号经调制系统后产生的QPSK时域信号波形。 二、 实验仪器（软/硬件环境及所需元器件模块） 1. PC机一台 2. 安捷伦科技EESof软件ADS：Advanced Design System – 2005A 3. 计算机操作系统：Win 2000, Win XP, HP Unix11.0, Sun Unix 5.8 等 4. 元器件模块： （1） 正弦波发生器、余弦波发生器各一个。Sinusoid正弦波信号发生器（Sinusoid signal generator）Phase=90.0时正弦波发生器会变成余弦波发生器。； （2） Data数字序列信号发生器（Data generator）； （3） 信号类型转换器（Signal Converters）： TimedToFloat信号类型转换器、FloatToTimed信号类型转换器； （4） TimedSink信号接收器（Timed Data Collector）； （5） IQ时序信号分离器件“元件名”为SymbolSplitter， （6） SpectrumAnalyzer频谱分析仪（Spectrum analyzer）； （7） DF数据流控制器(Data Flow Controller)； （8） Mpy2乘法器（2-Input Multiplier）； （9） VAR变量和方程式模块(器件)（ Variables and Equations Component）。 （10） 时钟源Clock， （11） 加法器件Add2， （12） 限幅器Limiter， 三、 实验原理 QPSK四相绝对相移键控，用载波信号的4个初始相位对应4进制码元。因此，对于输入的二进制数字序列每2比特分为一组，称为双比特码元AB，然后用4种不同的载波相位分别 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征这4种数字码元。 按AB分组与载波相位的对应关系有π/2体系(也称A方式)与π/4体系(也称B方式)，具体定义如表6-2所示： 表6-2双比特码元与载波相位的关系 双比特码元AB 载波相位 A B π/2体系（A方式） π/4体系(B方式) 0 0 0（ ） 5π/4（225°） 1 0 π/2（ ） 7π/4（315°） 1 1 π（ ） π/4（45°） 0 1 3π/2（ ） 3π/4（135°）         QPSK信号双比特码元与相位矢量关系图，如图6-29所示 图1  QPSK信号双比特码元与相位矢量关系图 四相制也分为四相绝对移相调制（记为4PSK或QPSK）。 根据表6-2及图1的对应关系，可以画出相应的QPSK的A方式与B方式波形图。如图2所示。 在图中绝对四相调制QPSK波形，是由双比特码元对载波的相位进行绝对调相得到的；而QDPSK的波形是由双比特码元对载波的相位进行相对调相得到的。 在QDPSK中，仍可用图2所示的双比特码元与相位矢量关系图；与QPSK不同的是，本码元参考相位不是固定的载波相位而是前一双比特码元的初始相位。即本码元的初始相位值是在前一双比特码元的初始相位值的基础上，再加上图2所示的相位矢量关系图中双比特码元与所对应的相位量值得出的。 图6-30  QPSK和QDPSK的波形图 为了表示方便，图6-30中在一个双比特码元宽度 内只画了一个周期的载波。在实际中应注意载波频率和码元宽度(或速率)的对应关系。 （1）相法产生4PSK信号 调相法产生4PSK信号的原理如图3 (a)所示，（属于π/4体系）。它是由两路相互正交的2PSK相加构成的。图中串/并变换器将输入的二进制序列变成两路并行的双极性序列信号，分别进行2PSK调制后再相加，就得到4PSK信号。  注意：每一个支路信号的速率是原始基带信号速率的一半！ 图6-31  调相法产生4PSK信号原理图 图6-32 QDPSK信号的产生原理框图 （2）相位选择法产生QPSK信号 用相位选择法产生QPSK信号的组成框图如图6-33所示。然后经带通滤波器滤除高频分量。这种方法比较适合载频较高的场合。 图6-33 相位选择产生QPSK信号原理框图 4．QPSK、QDPSK信号的解调 四、 实验内容 1. 设计一个（QPSK）调制系统。采用相法产生QPSK信号。 2. 应用ADS软件：Advanced Design System – 2005A构建所设计的（QPSK）调制系统模型。 3. 应用ADS软件：Advanced Design System – 2005A对所设计的（QPSK）调制系统进行测试及分析。 (1).记录保存各点的测试数据。 (2).测试、观察、画出（QPSK）调制系统各关键点的时域波形，并对其进行比较、分析。 (3).测试、观察、画出（QPSK）调制系统的基带信号和已调信号的频域波形，并对其进行比较、分析。 五、 实验步骤 1. 应用ADS软件：Advanced Design System – 2005A构建所设计的（QPSK）调制系统。要求采用乘法器的方法产QPSK信号。 开始步骤与（QPSK）调制系统实验相同： （1）开始运行ADS： 执行“程序->Advanced Design System 2005A->RF Designer”，如图（图5.1）。 图5.1                            图5.2 （2）新建一个工程文件： 在ADS窗口，执行“File-〉New Project…”，如图（图5.2）。在“New Project”窗口中，创建工程名d：\学生姓名，如d：\zhanglibao如图（图5.3），点击OK。 图5.3                        图5.4 在出现的“Schematic Wizard”窗口，选中“No help needed”如图（图5.4），Finish即可完成创建。进入原理图窗口如图（图5.5）。 图5.5 （3）创建项目文件： 在原理图窗口中，执行“File-〉New Design…”并命名为：“学生姓名”，如图（图5.6）。在“Type of Network”中，选中“Digital Sigal Processing Network”，其它的不变点击OK。 图5.6 2. 构建（QPSK）调制系统模型及参数设置 (1).寻找元器件 有三种方法： (a).知道元器件在哪个库中时选择相应的“库函数”，从下方的“元件图”中拉出想要的元器件。如图（图5.7） (b).知道元器件名时在“元件名”的位置直接输入“元件名”即可调出元器件。注意：输入时系统区分大小写。如图（图5.7） (c).前两种都不知道，只知道大概的元器件名时，点击“查找元件图标”，如图（图5.7）。在出来的窗口中点击          输入sin进行查找，即可出现如图（图5.8）的结果，点中Sinusoid那行即可拉出相应的元器件。在Libraries中可以看到相应的库名。                  图5.7      图5.8 （2）配置系统模型中各模块及参数设置 (a).需要的元器件有：需要的元器件名称有正、余弦波发生器，DATA信号发生器，信号类型转换器，信号接收器，频谱仪器，DF数据流控制器，乘法器， VAR变量和方程式器件，加法器，IQ时系分离器。，带通滤波器，抽样保持器，时钟源，低通滤波器，限幅器。 在实验一的基础上添加器件。把实验一中的正弦波发生器，信号类型转换器，信号接收器，乘法器进行复制，再添加新的器件。 图5.1 (b). 按照寻找元器件的第二种方法搭建， 正弦波发生器“元件名”为 Sinusoid，用两个。双击如图（图5.1）中的正弦函数，出现如图（图5.2）并按图进行参数设置。TSemp= Tsemp，Vpeak=1.0V，Frequency=1MHz，Phase=0.0，DecayRatio=0，Delay=0.0sec，Duration Time=1usec，Repetitionlnterval=1usec。其中Tsemp是变量，会在 VAR变量和方程式器件中赋值。当有不明白的地方时可以点击如图（图5.2）右下角的help帮助进行了解。当“Display parameter on schematic”前面打对勾时证明需要显示。 余弦波发生器Phase=90.0时正弦波发生器会变成余弦波发生器。 图5.2 DATA信号发生器“元件名”为Data；并按如图（图5.3）进行参数设置。Rout=50.0m0hm，RTemp=-273.15，TSemp= Tsemp，BitTime= BitTime，UserPsttern=“0001”，SequencePattern=8，Repeat=Yes。其中Tsemp、BitTime是变量，会在 VAR变量和方程式器件中赋值。 图5.3 信号类型转换器（1.黑色箭头表示时系数，2.蓝色箭头表示浮点数）“元件名”为TimedToFloat用三个，FloatToTimed用一个，注意蓝的要和蓝的箭头接，黑的要和黑色箭头接，颜色一定要一致。信号类型转换器Timed To Float的作用是把模拟信号变为数字信号如图（图5.4），Float To Timed是反过来。信号类型转换器不需要修改参数。 图5.4                    信号接收器“元件名”为Timed Sink用三个，如图（图5.5）。 频谱分析仪“元件名” 为Spectrum Analyzer用一个。如图（图5.5）。 图5.5 DF数据流控制器“元件名”为DF，并按如图（图5.6）进行参数设置。Default Numeric Start=0，Default Numeric Stop=100，DefaultTimeStart=0usec，DefaultTimeStop=1000usec。并在“display”窗口中在这四项打上对勾，OK进行显示。 图5.6 乘法器“元件名”为Mpy2，这是一个数字乘法器。如图（图5.7）