第六次通信系统实验报告--QPSK、OQPSK、DQPSK与MSK的调制与解调

第六次通信系统实验报告——QPSK、OQPSK、DQPSK与MSK的调制与解调一、实验目的1.1了解多进制数字调制与解调的概念1.2掌握QPSK调制与解调的原理及实现方法1.3掌握OQPSK调制与解调的原理及实现方法1.4掌握DQPSK调制与解调的原理及实现方法1.5掌握MSK调制与解调的原理及实现方法二、实验内容2.1分别采用A方式及B方式QPSK调制，观测调制信号的波形及星座图。2.2对A方式及B方式的QPSK调制信号解调还原。2.3分别采用A方式及B方式OQPSK调制，观测调制信号的波形及星座图。2.4对A方式及B方式的OQPSK调制信号解调还原。2.5分别采用A方式及B方式DQPSK调制，观测调制信号的波形及星座图。2.6对A方式及B方式的DQPSK调制信号解调还原。2.7MSK调制，观测调制信号的波形及星座图。2.8对MSK调制信号解调还原。三、实验结果及分析3.1QPSK调制与解调实验3.1.1说明为了便于我们观察调制信号，采用256分频使BS频率为7.8125KHz，实验中载波频率为7.8125KHz，以下调制实验的码元速率均采用此速率。调制类型选择拨码开关拨为00010000、0001，信号源上的码型选择拨为11000000、11100000、11111000，码元速率选择拨为00000010、01010110。3.1.2B方式的QPSK调制实验（1）示波器双踪观测NRZ码经串并转换得到的“DI”和“DQ”，结果如图1所示，图1中“DI”在上。图1“DI”与“DQ”波形图分析：图中“DI”与“DQ”波形均正确，合并后与所设置NRZ码型一致。（2）示波器双踪观测“DI”和“I路成形”及“DQ”和“Q路成形”的信号波形，结果如图2、图3所示，其中图2中“DI”在上，图3中“DQ”在上。图2“DI”和“I路成形”信号波形图3“DQ”和“Q路成形”信号波形（3）示波器双踪观测“I路成形”和“I路同相调制”及“Q路成形”和“Q路正交调制”的信号波形，结果如图4、图5所示，其中“I路成形”和“Q路成形”在上。图4“I路成形”和“I路同相调制”信号波形图5“Q路成形”和“Q路正交调制”信号波形分析：上两图中可以清楚看出，“I路成形”调制后，1时为-sin，0时为sin；“Q路成形”调制后，0时为cos，1时为-cos。（4）双踪观测“I路调制”及“调制输出”信号波形，如图6所示，“I路调制”在上。图6“I路调制”及“调制输出”信号波形分析：“调制输出”为“I路调制”与“Q路调制”经过加法器所得，图中波形正确。（5）示波器观测“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形（即B方式的QPSK星座图），结果如图7所示。图7“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：所设NRZ码型为11000000、11100000、11111000，所以导致星座图中左上方没有01码型所对应的相位。（6）改变NRZ码型为11000000、11100000、11110100，示波器观测“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形（即B方式的QPSK星座图），结果如图8所示。图8改变码型后“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：改变码型后可见，添加01码型，则星座图显示出01所对应的相位。3.1.3A方式的QPSK调制实验调制类型选择拨码开关拨为00010001、0001，信号源上的码型选择拨为11000000、11100000、11111000，码元速率选择拨为00000010、01010110。（1）观测NRZ码经串并转换得到的“DI”和“DQ”，如图9所示，其中“DI”在上。图9“DI”与“DQ”波形图分析：图中“DI”与“DQ”波形均正确，合并后与所设置NRZ码型一致。（2）分别观测“DI”和“I路成形”及“DQ”和“Q路成形”信号，结果如图10、图11所示，其中“DI”、“DQ”在上。图10“DI”和“I路成形”信号波形图11“DQ”和“Q路成形”信号波形（3）示波器双踪观测“I路成形”和“I路同相调制”及“Q路成形”和“Q路正交调制”的信号波形，结果如图12、图13所示，其中“I路成形”、“Q路成形”在上。图12“I路成形”和“I路同相调制”信号波形图13“Q路成形”和“Q路正交调制”信号波形分析：上两图中可以清楚看出，“I路成形”调制后，1时为sin，0时为无，-1时为-sin；“Q路成形”调制后，0时为0，1时为cos。（4）双踪观测“I路调制”及“调制输出”信号波形，如图14所示，“I路调制”在上。图14“I路调制”及“调制输出”信号波形分析：“调制输出”为“I路调制”与“Q路调制”经过加法器所得，图中波形正确。（5）示波器观测“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形（即B方式的QPSK星座图），结果如图15所示。图15“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：所设NRZ码型为11000000、11100000、11111000，所以导致星座图中下方没有01码型所对应的相位。（6）改变NRZ码型为11000000、11100000、11110100，示波器观测“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形（即B方式的QPSK星座图），结果如图16所示。图16改变码型后“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：改变码型后可见，添加01码型，则星座图显示出01所对应的相位。3.1.4B方式的QPSK解调实验为了便于我们在解调实验中能完全滤除掉载波，并保留基带成形信号，采用2048分频使BS频率为976.5625Hz，实验中载波频率仍为7.8125KHz，则选定截止频率为3.75KHz的滤波器能将载波及其高次谐波滤除，并保留了基带成形信号，这样才能通过对基带成形信号的判决来正确的解调出NRZ码，以下解调实验均采用此速率。调制类型选择拨码开关及解调类型选择拨码开关都拨为00010000、0010，信号源上的码型选择拨为11000000、11100000、11111000，码元速率选择拨为00100000、01001000。（1）双踪观测“I路成形”和“I路解调”，结果如图17所示，其中“I路成形”在上。图17“I路成形”和“I路解调”波形图（2）示波器双踪观测“I路成形”和“I路滤波”，结果如图18所示，“I路成形”在上。图18“I路成形”和“I路滤波”信号波形分析：可以看到，I路滤波后所得波形与I路成形起伏一致，稍有毛刺，但这些毛刺不会影响对原信号的恢复。所以滤波结果可接受。（3）示波器双踪观测“Q路成形”和“Q路解调”，结果如图19所示，图19中“Q路成形”在上。图19“Q路成形”和“Q路解调”波形图（4）示波器双踪观测“Q路成形”和“Q路滤波”，结果如图20所示。图20“Q路成形”和“Q路滤波”信号波形分析：图20同图18相似，基于相同的原因，可认为该滤波结果是正确的。（5）示波器双踪观测“调制DI”和“解调DI”及“调制DQ”和“解调DQ”的信号波形，结果如图21、图22所示。图21“调制DI”和“解调DI”信号波形图22“调制DQ”和“解调DQ”信号波形分析：图21，22中，解调后波形与发送信号波形一致。调制与解调正确。（6）示波器观测“I路滤波”和“Q路滤波”信号的X-Y波形（即星座图），结果如图23所示。图23“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：所设NRZ码型为11000000、11100000、11111000，所以导致星座图中左上方没有01码型所对应的相位。（7）改变NRZ码型为11000000、11100000、11110100，示波器观测“I路滤波”和“Q路滤波”信号的X-Y波形（即星座图），结果如图24所示。图24改变码型后“I路滤波”和“Q路滤波”信号的X-Y波形分析：改变码型后可见，添加01码型，则星座图显示出01所对应的相位。3.1.5A方式的QPSK解调实验调制类型选择拨码开关及解调类型选择拨码开关都拨为00010001、0010，信号源上的码型选择拨为11000000、11100000、11111000，码元速率选择拨为00100000、01001000。（1）示波器双踪观测“I路成形”和“I路解调”，结果如图25所示，图25中“I路成形”在上。图25“I路成形”和“I路解调”波形图（2）示波器双踪观测“I路成形”和“I路滤波”，结果如图26所示。图26“I路成形”和“I路滤波”信号波形分析：可以看到，I路滤波后所得波形与I路成形起伏一致，稍有毛刺，但这些毛刺不会影响对原信号的恢复。滤波结果可接受。（3）双踪观测“Q路成形”和“Q路解调”，如图27所示，其中“Q路成形”在上。图27“Q路成形”和“Q路解调”波形图（4）示波器双踪观测“Q路成形”和“Q路滤波”，结果如图28所示。图28“Q路成形”和“Q路滤波”信号波形分析：可以看到，Q路滤波后所得波形与Q路成形起伏一致，稍有毛刺，但这些毛刺不会影响对原信号的恢复。滤波结果可接受。（5）示波器双踪观测“调制DI”和“解调DI”及“调制DQ”和“解调DQ”的信号波形，结果如图29、图30所示。图29“调制DI”和“解调DI”信号波形图30“调制DQ”和“解调DQ”信号波形分析：图21，22中，解调后波形与发送信号波形一致。调制与解调正确。（6）示波器观测“I路滤波”和“Q路滤波”信号的X-Y波形，结果如图31所示。图31“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：所设NRZ码型为11000000、11100000、11111000，所以导致星座图中下方没有01码型所对应的相位。（7）改变NRZ码型为11000000、11100000、11110100，示波器观测“I路滤波”和“Q路滤波”信号的X-Y波形（即星座图），结果如图32所示。图32改变码型后“I路滤波”和“Q路滤波”信号的X-Y波形分析：改变码型后可见，添加01码型，则星座图显示出01所对应的相位。3.2OQPSK调制与解调实验3.2.1说明为了便于我们观察调制信号，采用256分频使BS频率为7.8125KHz，实验中载波频率为7.8125KHz，以下调制实验的码元速率均采用此速率。调制类型选择拨码开关拨为00001000、0001，信号源上的码型选择拨为11111000、11100000、11000000，码元速率选择拨为00000010、01010110。3.2.2B方式的OQPSK调制实验（1）观测NRZ码经串并转换得到的“DI”和“DQ”，如图33所示，其中“DI”在上。图33“DI”与“DQ”波形图分析：图中“DI”与“DQ”波形均正确，合并后与所设置NRZ码型一致。（2）示波器双踪观测“DI”和“I路成形”及“DQ”和“Q路成形”的信号波形，结果如图34、图35所示，其中“DI”与“DQ”在上。图34“DI”和“I路成形”信号波形图35“DQ”和“Q路成形”信号波形（3）示波器双踪观测“I路成形”和“I路同相调制”及“Q路成形”和“Q路正交调制”的信号波形，结果如图36、图37所示，其中“I路成形”与“Q路成形”在上。图36“I路成形”和“I路同相调制”信号波形图37“Q路成形”和“Q路正交调制”信号波形分析：上两图中可以清楚看出，“I路成形”调制后，1时为cos，0时为-cos；“Q路成形”调制后，0时为sin，1时为-sin。（4）示波器双踪观测“I路调制”及“调制输出”信号波形，结果如图38所示。图38“I路调制”及“调制输出”信号波形分析：“调制输出”为“I路调制”与“Q路调制”经过加法器所得，图中波形正确。（5）示波器观测“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形（即B方式的QPSK星座图），结果如图39所示。图39“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：所设NRZ码型为11111000、11100000、11000000，由于OQPSK调制机制，使得相位跳变时只能跳跃90°，虽NRZ码型中没有01码型，但星座图中四个点仍会全部显示出来。3.2.3A方式的OQPSK调制实验调制类型选择拨码开关拨为00001001、0001，信号源上的码型选择拨为11111000、11100000、11000000，码元速率选择拨为00000010、01010110。（1）观测NRZ码经串并转换得到的“DI”和“DQ”，如图40所示，其中“DI”在上。图40“DI”与“DQ”波形图分析：图中“DI”与“DQ”波形均正确，合并后与所设置NRZ码型一致。（2）示波器双踪观测“DI”和“I路成形”及“DQ”和“Q路成形”的信号波形，结果如图41、图42所示。图41“DI”和“I路成形”信号波形图42“DQ”和“Q路成形”信号波形（3）示波器双踪观测“I路成形”和“I路同相调制”及“Q路成形”和“Q路正交调制”的信号波形，结果如图43、图44所示。图43“I路成形”和“I路同相调制”信号波形图44“Q路成形”和“Q路正交调制”信号波形分析：上两图中可以清楚看出，“I路成形”调制后，1时为cos，0时为0，-1时为-cos；“Q路成形”调制后，0时为0，1时为-sin，-1时为sin。（4）双踪观测“I路调制”及“调制输出”信号波形，如图45所示，“I路调制”在上。图45“I路调制”及“调制输出”信号波形分析：“调制输出”为“I路调制”与“Q路调制”经过加法器所得，图中波形正确。（5）示波器观测“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形（即B方式的QPSK星座图），结果如图46所示。图46“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：所设NRZ码型为11111000、11100000、11000000，由于OQPSK调制机制，使得相位跳变时只能跳跃90°，虽NRZ码型中没有01码型，但星座图中四个点仍会全部显示出来。3.2.4B方式的OQPSK解调实验为了便于我们在解调实验中能完全滤除掉载波，并保留基带成形信号，采用2048分频使BS频率为976.5625Hz，实验中载波频率仍为7.8125KHz，则选定截止频率为3.75KHz滤波器能将载波及其高次谐波滤除，并保留了基带成形信号，这样才能通过对基带成形信号的判决来正确的解调出NRZ码，以下解调实验均采用此速率。调制类型选择拨码开关及解调类型选择拨码开关都拨为00001000、0010，信号源上的码型选择拨为11111000、11100000、11000000，码元速率选择拨为00100000、01001000。（1）示双踪观测“I路成形”和“I路解调”，如图47所示，其中“I路成形”在上。图47“I路成形”和“I路解调”波形图（2）示波器双踪观测“I路成形”和“I路滤波”，结果如图48所示。图48“I路成形”和“I路滤波”信号波形（3）双踪观测“Q路成形”和“Q路解调”，如图49所示，其中“Q路成形”在上。图49“Q路成形”和“Q路解调”波形图（4）示波器双踪观测“Q路成形”和“Q路滤波”，结果如图50所示。图50“Q路成形”和“Q路滤波”信号波形分析：从图48和图50可以看到，滤波的输出准确地反映了原波形，在判决后将理想地恢复出原“I/Q路成形”的波形，该结果正确。（5）示波器双踪观测“调制DI”和“解调DI”及“调制DQ”和“解调DQ”的信号波形，结果如图51、图52所示，其中“调制DI”和“调制DQ”在上。图51“调制DI”和“解调DI”信号波形图52“调制DQ”和“解调DQ”信号波形分析：图51，52中，解调后波形与发送信号波形一致。调制与解调正确。（6）观测“I路滤波”和“Q路滤波”信号的X-Y波形，结果如图53所示。图53“I路成形”和“Q路成形”信号的X-Y波形分析：因未改变码型，所以X-Y波形同OPSKB方式调制实验。3.2.5A方式的OQPSK解调实验调制类型选择拨码开关及解调类型选择拨码开关都拨为00001001、0010，信号源上的码型选择拨为11111000、11100000、11000000，码元速率选择拨为00100000、01001000。（1）示波器双踪观测“I路成形”和“I路解调”，结果如图54所示，图54中“I路成形”在上。图54“I路成形”和“I路解调”波形图（2）示波器双踪观测“I路成形”和“I路滤波”，结果如图55所示。图55“I路成形”和“I路滤波”信号波形分析：从图55可以看到，滤波的输出准确地反映了原波形，在判决后将理想地恢复出原“I路成形”的波形，该结果正确。（3）示波器观测“I路滤波”和“Q路滤波”信号的X-Y波形，结果如图56所示。图56“I路成形”信号的X-Y波形分析：因未改变码型，所以X-Y波形同OPSKA方式调制实验。3.3DQPSK调制与解调实验3.3.1说明为了便于我们观察调制信号，采用256分频使BS频率为7.8125KHz，实验中载波频率为7.8125KHz，以下调制实验的码元速率均采用此速率。调制类型选择拨码开关拨为00000100、0001，信号源上的码型选择拨为11111000、11100000、11000000，码元速率选择拨为00000010、01010110。3.3.2B方式的DQPSK调制实验（1）示波器双踪观测“DI”和“I路成形”及“DQ”和“Q路成形”的信号波形，结果如图57、图58所示，其中“DI”和“DQ”在上。图57“DI”和“I路成形”信号波形图58“DQ”和“Q路成形”信号波形3.3.3A方式的DQPSK调制实验调制类型选择拨码开关拨为00000101、0001，信号源上的码型选择拨为11111000、11100000、11000000，码元速率选择拨为00000010、01010110。A方式与QPSKA方式设置只有调制类型设置不同，所得结果类似，不同的地方由DQPSK调制机制来决定。此处跳略。3.3.4B方式的DQPSK解调实验调制类型选择拨码开关及解调类型选择拨码开关都拨为00000100、0010，信号源上的码型选择拨为11111000、11100000、11000000，码元速率选择拨为00100000、01001000。（1）双踪观测“调制DI”和“解调DI”信号，如图59所示，其中“调制DI”在上。图59“调制DI”和“解调DI”信号波形分析：图59中，I路解调后波形与发送信号波形一致。调制与解调正确。3.3.5A方式的DQPSK解调实验调制类型选择拨码开关及解调类型选择拨码开关都拨为00000101、0010，信号源上的码型选择拨为11111000、11100000、11000000，码元速率选择拨为00100000、01001000。A方式解调与QPSKA方式解调设置只有调制与解调类型设置不一样，所得结果类似，不同的地方由DQPSK调制机制来决定。此处跳略。3.4MSK调制与解调实验3.4.1说明为了便于我们观察调制信号，采用256分频使BS频率为7.8125KHz，实验中载波频率为7.8125KHz，以下调制实验的码元速率均采用此速率。调制类型选择拨码开关拨为10000000、0001，信号源上的码型选择拨为11000000、11100000、11111000，码元速率选择拨为00000010、01010110。3.4.2B方式的MSK调制实验（1）示波器双踪观测“DI”和“I路成形”及“DQ”和“Q路成形”的信号波形，结果如图60、图61所示，其中“DI”与“DQ