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数字调制和解调实验
移动通信实验报告
15电信2班梁欣欣17号王灿尚28号郑钊鑫37号
实验四数字调制和解调实验
一、QPSK调制解调实验
一、实验目的
1.了解QPSK调制和解调的基本原理;
2.熟悉软件完成QPSK的过程。
二、实验内容
1.熟悉QPSK调制和解调过程;
2.通过示波器测试QPSK各点的波形;
三、实验原理
BPSK是用两种相位(0,
)来表示两种信息,而四相移相键控(QPSK)是利用载波的四个不同相位来表征数字信息,每一个载波相位代表两个比特的信息。
因此对于输入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,采用相应的相位来表示。
当初始相位取0时,四种不同的相位为:
0,
/2,
3
/2分别表示数字信息:
11.01.00、10;当初始相位为
时,四种不同的相位为:
、
、
、
分别表示11.01.00、10。
这两种QPSK信号可以通过图4-12-1的矢量图来表征。
图4-12-1QPSK信号的矢量图表示
QPSK信号可以表示为:
,其中I(t)称为同相分量,Q(t)称为正交分量。
根据上式可以得到QPSK正交调制器的方框图,如图4-12-2所示。
图4-12-2QPSK系统调制器原理框图
从图4-12-2可以看出,QPSK调制器可以看作为两个BPSK调制器构成,输入的二进制信息序列经过串并转换,分成两路速率减半的序列I(t)和Q(t),然后对
和
进行调制,相加后即可得到QPSK信号。
经过串并变换之后的两个支路,一路为单数码元,另一路是偶数码元,这两个支路为正交,一个称为同相支路,即I支路,另一个称为正交支路,即Q支路。
QPSK信号可以采用两个正交的载波信号实现相干解调。
通过载波恢复电路,产生相干载波,分别将同相载波和正交载波提供给同相支路和正交支路的相关器,经过积分、判决和并串转换,即可恢复原来的二进制信息。
QPSK解调框图如图4-12-3所示。
图4-12-3QPSK相干解调框图
现在QPSK实验中,我们采用了DSP来软件实现QPSK调制和解调。
本实验中,利用DSP用软件完成BPSK的调制和解调。
由DSP产生一个数据源,并进行串并转换,分为I路和Q路,同时产生同频的正弦信号和余弦信号,分别和I、Q路相乘,再将I、Q路合路,实QPSK调制,通过DSP的MCBSP2口串行发送,再通过D/A转换和上变频进行传输。
接收方通过下变频和A/D变化,将数据通过DSP的MCBSP2串行交给DSP,DSP做相干解调,恢复出原始数据信息。
四、实验步骤
1.打开移动实验箱电源,等待实验箱初始化。
初始化结束后显示“初始化完成,请使用”,此时可以进行下面操作;
2.先按下“菜单”键,再按下数字键“5”选择“五、数字调制解调”,再按数字键“2”选择“2.QPSK调制”;
3.在测试点TP201测试输入的基带数据波形,写出对应数据序列,依据QPSK系统调制器原理框图,写出对应的I路数据和Q路数据。
4.在测试点TP202测试发送的I路数据,写出对应数据序列,与步骤3写的I路数据比较;
5.在测试点TP203测试发送的Q路数据,写出对应数据序列,与步骤3写的Q路数据比较;
6.双踪观察TP201和TP308(QPSK调制波形),并找出对应的4种相位跳变点,写出对应的相位。
7.在测试点TP204测试接收的I路解调数据;
8.在测试点TP205测试接收的Q路解调数据;
9.双踪观察TP201(输入数据)和TP206(接收解调后数据)。
二、MSK调制解调实验
一、实验目的
1.了解MSK调制和解调的基本原理;
2.熟悉软件完成MSK的过程。
二、实验内容
1.熟悉MSK调制和解调过程;
2.通过示波器测试MSK各点的波形;
三、实验原理
MSK(最小频移键控)是移频键控FSK的一种改进形式。
在FSK方式中,每一码元的频率不变或者跳变一个固定值,而两个相邻的频率跳变码元信号,其相位通常是不连续的。
所谓MSK方式,就是FSK信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式。
可以看成是调制指数为0.5的一种连续相位的FSK信号。
其主要特点是包络恒定,带外辐射小,实现较简单。
其数学表达式为:
式中,Tb为码元的宽度,an为+1,-1。
是第n个码元的初始相位,并且
当输入+1时,发送的角频率为:
。
当输入-1时,发送的角频率为:
。
在一个码元内相位增加
/2或者减小
/2,所以相位的变换是连续的。
图4-14-1给出一种MSK调制信号产生的方法。
图4-14-1MSK的调制框图
实现MSK调制的过程为:
先将输入的基带信号将其分成I、Q两路,并互相交错一个码元宽度,再用加权函数
和
分别对I、Q两路数据加权,最后将两路数据分别用正交载波调制。
MSK使用相干载波最佳接收机解调,如图4-14-2所示。
图4-14-2MSK的相干解调框图
在MSK实验中,我们采用了DSP软件来实现MSK调制和解调。
本实验中由DSP产生一个数据源,并进行串并转换,分为I路和Q路,同时产生同频的正弦信号和余弦信号,分别和I、Q路相乘,再将I、Q路合路,进行MSK调制,通过DSP的MCBSP2口串行发送,再通过D/A转换和上变频进行传输。
接收方通过下变频和A/D变化,将数据通过DSP的MCBSP2串行交给DSP,DSP做相干解调,恢复出原始数据信息。
四、实验步骤
1.打开移动实验箱电源,等待实验箱初始化。
初始化结束后显示“初始化完成,请使用”,此时可以进行下面操作;
2.先按下“菜单”键,再按下数字键“5”选择“五、数字调制解调”,再按数字键“4”选择“4.MSK调制”;
3.在测试点TP201测试输入的基带数据波形,记录波形数据,依据MSK的调制框图原理写出对应的I路数据和Q路数据;
4.在测试点TP202测试发送的I路数据,记录数据并与步骤3所写的I路数据比较;
5.在测试点TP203测试发送的Q路数据,记录数据并与步骤3所写的Q路数据比较;
6.双踪观察TP201和TP308(MSK调制波形);
7.在测试点TP204测试接收的I路解调数据;记录数据并与步骤4的I路数据比较;
8.在测试点TP205测试接收的Q路解调数据;记录数据并与步骤5的Q路数据比较;
五、实验任务
1.画出各点波形,熟悉MSK调制的过程;
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