一、 實驗目的
1. 了解qpsk調製解調原理及特性。
2. 了解載波在qpsk相干及非相干時的解調特性。
二、 實驗內容
1. 觀察i、q兩路基帶訊號的特徵及與輸入nrz碼的關係。
2. 觀察iq調製解調過程中各訊號變化。
3. 觀察解調載波相干時和非相干時各訊號的區別。
三、 基本原理
1. qpsk調製原理
qpsk利用載波的四種不同相位來表徵數字資訊。由於每一種載波相位代表兩個位元資訊，因此，對於輸入的二進位制數字序列應該先進行分組，將每兩個位元編為一組，然後用四種不同的載波相位來表徵。我們把組成雙比**元的前一資訊位元用a代表，後一資訊位元用b代表。
雙比**元中兩個資訊位元ab通常是按格雷碼排列的，它與載波相位的關係如表1-1所示，向量關係如圖1-1所示。
表1-1 雙比**元與載波相位關係
圖1-1 qpsk訊號的向量圖
下面以a方式的qpsk為例說明qpsk訊號相位的合成方法。
串/並變換器將輸入的二進位制序列依次分為兩個並行序列，然後通過基帶成形得到的雙極性序列（從d/a轉換器輸出，幅度為±）。設兩個雙極性序列中的二進位制數字分別為a和b，每一對ab稱為乙個雙比**元。雙極性的a和b脈衝通過兩個平衡調製器分別對同相載波及正交載波進行二相調製，得到圖1-2中虛線向量，將兩路輸出疊加，即得到qpsk調製訊號，其相位編碼關係如表1-2所示。
圖1-2 向量圖
表1-2 qpsk訊號相位編碼邏輯關係
用調相法產生qpsk調製器框圖如圖1-3所示。
圖1-3 qpsk調製器框圖
圖1-4 二進位製碼經串並變換後碼型
2. qpsk解調原理
由於qpsk可以看作是兩個正交2psk訊號的合成，故它可以採用與2psk訊號類似的解調方法進行解調，即由兩個2psk訊號相干解調器構成，其原理框圖如圖1-5所示。
圖1-5 qpsk解調原理框圖
四、 實驗原理
1. 實驗模組簡介
本實驗需用到基帶成形模組、iq調製解調模組、碼元再生模組及psk載波恢復模組。
（1）基帶成形模組：
本模組主要功能：產生pn31偽隨機序列作為信源；將基帶訊號進行串並轉換；按調製要求進行基帶成形，形成兩路正交基帶訊號。
（2）iq調製解調模組：
本模組主要功能：產生調製及解呼叫的正交載波；完成射頻正交調製及小功率線性放大；完成射頻訊號正交解調。
（3）碼元再生模組：
本模組主要功能：從解調出的iq基帶訊號中恢復位同步，並進行抽樣判決，然後並串轉換後輸出。
（4）psk載波恢復模組：
本模組主要功能：與iq調製解調模組上的解調電路連線起來組成乙個完整的科斯塔斯環恢復psk已調訊號的載波，同時可用作乙個獨立的載波源。本實驗只使用其載波源。
2. 實驗框圖及電路說明
a、qpsk調製實驗
圖1-6 qpsk調製實驗框圖
qpsk調製的實驗框圖如圖1-6所示，基帶成形模組產生的pn碼（由pn31端輸出，碼型為111100010011010）輸入到串並轉換電路中（由nrz in端輸入）進行串並轉換，成為iq兩路基帶訊號，輸出的iq兩路數字基帶訊號（觀測點為nrz-i，nrz-q），經波形預取電路判斷，取出相應的模擬基帶波形資料，經d/a轉換後輸出（觀測點為i-out，q-out，分別於nrz-i，nrz-q波形反相）。iq兩路模擬基帶訊號送入iq調製解調模組中的iq調製電路分別進行psk調製，然後相加形成qpsk調製訊號，經放大後輸出。qpsk已調訊號載波為10.
7mhz，是由21.4mhz本振源經正交分頻產生。
b. qpsk解調實驗
圖1-7 qpsk解調實驗框圖
五、 實驗步驟
1. 在實驗箱上正確安裝基帶成形模組（以下簡稱基帶模組）、iq調製解調模組（以下簡稱iq模組）、碼元再生模組（以下簡稱再生模組）和psk載波恢復模組。
2. qpsk調製實驗。
a、關閉實驗箱總電源，用台階插座線完成如下連線：
* 檢查連線是否正確，檢查無誤後開啟電源。
b、按基帶成形模組上「選擇」鍵，選擇qpsk模式（qpsk指示燈亮）。
c、用示波器觀察基帶模組上「i-out」及「q-out」測試點，並分別與「nrz in」測試點的訊號進行對比，觀察串並轉換情況。
d、用頻譜分析儀觀測調製後qpsk訊號頻譜（可用數字示波器上fft功能替代觀測），觀測點為iq模組調製單元的「輸出」端（tp4）
3. qpsk相干解調實驗。
a、關閉實驗箱總電源，保持步驟2中的連線不變，用同軸**線完成如下連線：
* 檢查連線是否正確，檢查無誤後開啟電源。
b、示波器探頭分別接iq解調單元的「i-out」及「q-out」端，觀察解調波形。
c、對比觀測解調前後的i路訊號
示波器探頭分別接iq模組的「i-out」端及的「i-in」端，注意觀察兩者是否一致。
d、對比觀測解調前後的q路訊號
示波器探頭分別接iq模組的「q-out」端及「q-in」端，注意觀察兩者是否一致。
a、關閉實驗箱總電源，保持步驟2、3中的連線不變，用台階插座線完成如下連線：
b、按再生模組上「選擇」鍵，選擇qpsk模式（qpsk指示燈亮）。
c、對比觀測原始nrz訊號與再生後的nrz訊號
示波器探頭分別接再生模組上「nrz」端和基帶模組上「nrz in」端，觀察兩路碼元是否一致（注意解調出的nrz碼與輸入的nrz碼存在延遲）。若一致表示解調正確，若不一致可回到步驟2重新實驗。
5. 觀測載波非相干時訊號波形
斷開iq模組上載波「輸出」端與該模組上載波「輸入」**線，將iq模組上載波「輸入」端與psk載波恢復模組上「vco-out」端連線起來，此時載波不同步。從步驟2開始再次觀察各訊號。
六、 思考題
2. 實驗中，如果i、q支路接反，即i接到q，q接到i，會有正確結果嗎？為什麼？
答：不會。如果i、q支路接反，則在輸出端不會有任何輸出。
七、實驗測試曲線
2.「i-out」測試點與「nrz in」測試點的訊號進行對比:
「q-out」測試點與「nrz in」測試點的訊號進行對比:
調製後qpsk訊號頻譜:
3. 示波器探頭分別接iq解調單元的「i-out」及「q-out」端，觀察解調波形
上面的為i-out,下面的為q-out
c. iq模組的「i-out」端及的「i-in」端
下面為i-in
d. iq模組的「q-out」端及「q-in」端
4. 再生模組上「nrz」端和基帶模組上「nrz in」端：（上面的為基帶模組上的「nrz in」端的輸出）
5. 載波為非相干時訊號波形：
「i-out」測試點與「nrz in」測試點的訊號進行對比:
「q-out」測試點與「nrz in」測試點的訊號進行對比:
調製後qpsk訊號頻譜:
iq解調單元的「i-out」及「q-out」端輸出波形：
iq模組的「i-out」端及的「i-in」端輸出波形：
iq模組的「q-out」端及「q-in」端輸出波形：
再生模組上「nrz」端和基帶模組上「nrz in」端：（上面的為基帶模組上的「nrz in」端的輸出）
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