b(0)(-1,1)(1,1)a(1)a(0)(-1,-1)(1,-1)b(1)图1-2矢量图表 1-2QPSK信号相位编码逻辑关系-11-11a1b1-1-10°180°180°0°a路平衡调制器输出90°90°270°270°b路平衡调制器输出45°135°225°315°合成相位用调相法产生QPSK调制器框图如图1-3所示。(t电平产生IAcosot载波发生器QPSK信号二进制信息串并变换移相90°AsinotQ(t)电平产生图1-3OPSK调制器框图4
4 a(1) b(1) b(0) a(0) (-1,1) (-1,-1) (1,-1) (1,1) 图 1-2 矢量图 表 1-2 QPSK 信号相位编码逻辑关系 a 1 －1 －1 1 b 1 1 －1 －1 a 路平衡调制器输出 b 路平衡调制器输出 合成相位 0° 90° 45° 180° 90° 135° 180° 270° 225° 0° 270° 315° 用调相法产生 QPSK 调制器框图如图 1-3 所示。 串并变换 电平产生 电平产生 载波 发生器 移相90o 二进制信息 QPSK信号 I(t) Q(t) A t cosw A t sinw 图 1-3 QPSK 调制器框图
0101000.0I (t)+1000001Q(t)+100图1-4二进制码经串并变换后码型由图1-3可以看到，QPSK的调制器可以看作是由两个BPSK调制器构成，输入的串行二进制信息序列经过串行变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电平信号I（t）和O（t），然后对Acosのt和Asinのt进行调制，相加后即可得到OPSK信号。经过串并变换后形成的两个支路如图1-4所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路：另外一路称为正交支路，即O支路。2、QPSK解调原理由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其原理框图如图1-5所示。积分判决A载波延时Ts/2发生器位定时OQPSK信号恢复中进制信息移相90°并串变换4积分判决图1-5QPSK解调原理框图
5 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 I(t) Q(t) 图 1-4 二进制码经串并变换后码型 由图 1-3 可以看到，QPSK 的调制器可以看作是由两个 BPSK 调制器构成，输入的串行二 进制信息序列经过串行变换，变成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性的二电 平信号 I（t）和 Q（t），然后对 A t cosw 和 A t sinw 进行调制，相加后即可得到 QPSK 信号。 经过串并变换后形成的两个支路如图 1-4 所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这 两个支路互为正交，一个称为同相支路，即 I 支路；另外一路称为正交支路，即 Q 支路。 2、QPSK 解调原理 由于 QPSK 可以看作是两个正交 2PSK 信号的合成，故它可以采用与 2PSK 信号类似的解 调方法进行解调，即由两个 2PSK 信号相干解调器构成，其原理框图如图 1-5 所示。 并串变换 载波 发生器 移相90o 二进制信息 OQPSK信号 延时Ts/2 积分 判决 积分 判决 位定时 恢复 图 1-5 QPSK 解调原理框图
四、实验原理1、实验模块简介本实验需用到基带成形模块、IO调制解调模块、码元再生模块及PSK载波恢复模块。（1）基带成形模块：本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源：将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。（2）IQ调制解调模块：本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波：完成射频正交调制及小功率线性放大：完成射频信号正交解调。（3）码元再生模块：本模块主要功能：从解调出的IQ基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转换后输出。（4）PSK载波恢复模块：本模块主要功能：与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。本实验只使用其载波源。2、实验框图及电路说明a、QPSK调制实验I-OUNOD/A转换器O乘法器（DAC0832)（MC1496)分频★NRZ-ILocosPN31NRZIN+波形选择EEPROM输出数L10.7M晶输出21.4M(AT2864)地址生成器字信1加法器串/并体滤波器载波BONRZ-Q转换（运放）QPSK信号10.7M晶O波形选择EEPROM源反相体滤波器地址生成器(AT2864)+FSIN二分额D/A转换器乘法器(MC1496)(DAC0832)o00基带成型IQ调制QQ-INQ-OUT图1-6QPSK调制实验框图QPSK调制的实验框图如图1-6所示，基带成形模块产生的PN码（由PN31端输出）输6
6 四、 实验原理 1、实验模块简介 本实验需用到基带成形模块、IQ 调制解调模块、码元再生模块及 PSK 载波恢复模块。 （1）基带成形模块： 本模块主要功能：产生 PN31 伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制 要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。 （2）IQ 调制解调模块： 本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大； 完成射频信号正交解调。 （3）码元再生模块： 本模块主要功能：从解调出的 IQ 基带信号中恢复位同步，并进行抽样判决，然后并串转 换后输出。 （4）PSK 载波恢复模块： 本模块主要功能：与 IQ 调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环 恢复 PSK 已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。本实验只使用其载波源。 2、实验框图及电路说明 a、QPSK 调制实验 PN31 NRZ IN 串/并 转换 波形选择 地址生成器 乘法器 （MC1496） 加法器 （运放） 波形选择 地址生成器 乘法器 （MC1496） 21.4M 载波 反相 二分频 D/A转换器 （DAC0832） EEPROM （AT2864） D/A转换器 （DAC0832） EEPROM （AT2864） 二分频 10.7M晶 体滤波器 10.7M晶 体滤波器 数 字 信 源 BS NRZ-I NRZ-Q Q-OUT I-OUT I-IN Q-IN 输出 I Q SIN COS 输出 QPSK信号 图 1-6 QPSK 调制实验框图 QPSK 调制的实验框图如图 1-6 所示，基带成形模块产生的 PN 码（由 PN31 端输出）输 基带成型 IQ 调制
入到串并转换电路中（由NRZIN端输入）进行串并转换，成为IQ两路基带信号，输出的IQ两路数字基带信号（观测点为NRZ-I，NRZ-Q），经波形预取电路判断，取出相应的模拟基带波形数据，经D/A转换后输出。IO两路模拟基带信号送入IO调制解调模块中的IO调制电路分别进行PSK调制，然后相加形成QPSK调制信号，经放大后输出。QPSK已调信号载波为10.7MHz，是由21.4MHz本振源经正交分频产生。b、QPSK解调实验I-OUTI-IN输入aOLY0抽样乘法器低通整形QPSK信号（MC1496）滤波判决二分额NRZTocos并/串晶体变换反相液滤波器位同步晶体恢复二分额滤波器FoSIN乘法器低通抽样整形滤波1o判决（MC1496)o0IQ解调码元再生Q-INOQ-OUT图1-7QPSK解调实验框图QPSK解调实验原理框图如图1-7所示，QPSK已调信号送入IQ调制解调模块中的IQ解调电路分别进行PSK相干解调，相干载波由调制端的本振源经正交分频产生。解调输出的IQ两路模拟基带信号送入码元再生模块进行抽样判决，转换为数字信元后再进行并串转换后输出。抽样判决前IQ信号需经整形变为二值信号，并且需恢复位同步信号。位同步信号恢复由码元再生模块中的数字锁相环完成。IQ解调电路的载波也可由PSK载波恢复模块上的本振源提供，此时解调变为非相干解调，从解调输出的模拟基带信号可以看出信号失真很大，无法进行码元再生。五、实验步骤1、在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）、码元再生模块（以下简称再生模块）和PSK载波恢复模块。2、QPSK调制实验
7 入到串并转换电路中（由 NRZ IN 端输入）进行串并转换，成为 IQ 两路基带信号，输出的 IQ 两路数字基带信号（观测点为 NRZ-I，NRZ-Q），经波形预取电路判断，取出相应的模拟基带 波形数据，经 D/A 转换后输出。IQ 两路模拟基带信号送入 IQ 调制解调模块中的 IQ 调制电路 分别进行 PSK 调制，然后相加形成 QPSK 调制信号，经放大后输出。QPSK 已调信号载波为 10.7MHz，是由 21.4MHz 本振源经正交分频产生。 b、QPSK 解调实验 乘法器 （MC1496） 乘法器 （MC1496） 反相 二分频 二分频 晶体 滤波器 晶体 滤波器 输入 输入 SIN COS 低通 滤波 低通 滤波 QPSK信号 整形 整形 抽样 判决 位同步 恢复 并/串 变换 抽样 判决 Q-OUT Q-IN I-OUT I-IN BS NRZ 载波 I Q 图 1-7 QPSK 解调实验框图 QPSK 解调实验原理框图如图 1-7 所示，QPSK 已调信号送入 IQ 调制解调模块中的 IQ 解 调电路分别进行 PSK 相干解调，相干载波由调制端的本振源经正交分频产生。解调输出的 IQ 两路模拟基带信号送入码元再生模块进行抽样判决，转换为数字信元后再进行并串转换后输 出。抽样判决前 IQ 信号需经整形变为二值信号，并且需恢复位同步信号。位同步信号恢复由 码元再生模块中的数字锁相环完成。 IQ 解调电路的载波也可由 PSK 载波恢复模块上的本振源提供，此时解调变为非相干解 调，从解调输出的模拟基带信号可以看出信号失真很大，无法进行码元再生。 五、 实验步骤 1、 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ 调制解调模块（以下简称 IQ 模块）、码元再生模块（以下简称再生模块）和 PSK 载波恢复模块。 2、 QPSK 调制实验。 IQ 解调 码元再生
a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成如下连接：源端口目的端口连线说明基带模块：PN31基带模块：NRZIN提供PN31伪随机序列基带模块：I-OUTIQ模块：I-IN将串并变换后的I路信号进行调制基带模块：Q-OUTIQ模块：Q-IN将串并变换后的Q路信号进行调制*检查连线是否正确，检查无误后打开电源。b、按基带成形模块上“选择”键，选择QPSK模式（QPSK指示灯亮）。c、观测I路、Q路基带信号用示波器观察基带模块上“I-OUT”及“Q-OUT”测试点，并分别与“NRZIN”测试点的信号进行对比，观察串并转换情况。（注意由于串并转换的延迟作用，“I-OUT”“Q-OUT”测试点的数据相对“NRZIN”测试点延迟2个码元周期。）d、观测QPSK调制信号示波器探头接IQ调制“输出”端（观测点TP4），观察QPSK已调信号峰峰值，调电位器“W1”使峰峰值为1.2V左右。3、QPSK相干解调实验。a、关闭实验箱总电源，保持步骤2中的连线不变，用同轴视频线完成如下连接：目的端口源端口IQ模块（IQ调制单元）：输出（J2）IQ模块（IQ解调单元）：输入（J3）IQ模块(载波单元)：输入（J4)IQ模块(载波单元)：输出（J5)*检查连线是否正确，检查无误后打开电源。b、观测解调后I路和Q路信号波形示波器探头分别接IQ解调“I-OUT”及“Q-OUT”端，观察解调波形。调电位器“W1”使I、Q两路信号尽量接近两电平。（调“W1”可微调信号相位，使解调时正交载波的相位与已调信号尽量接近，以减少解调失真）。c、对比观测原始I路信号与解调后I路信号示波器探头分别接IQ解调“I-OUT”端及基带“I-OUT”端，注意观察两者是否一致。8
8 a、关闭实验箱总电源，用台阶插座线完成如下连接： 源端口 目的端口 连线说明 基带模块：PN31 基带模块：NRZ IN 提供 PN31 伪随机序列 基带模块：I-OUT IQ 模块：I-IN 将串并变换后的 I 路信号进行调制 基带模块：Q-OUT IQ 模块：Q-IN 将串并变换后的 Q 路信号进行调制 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。 b、按基带成形模块上“选择”键，选择 QPSK 模式（QPSK 指示灯亮）。 c、观测 I 路、Q 路基带信号 用示波器观察基带模块上“I-OUT”及“Q-OUT”测试点，并分别与“NRZ IN”测试 点的信号进行对比，观察串并转换情况。（注意由于串并转换的延迟作用，“I-OUT”、 “Q-OUT”测试点的数据相对“NRZ IN”测试点延迟 2 个码元周期。） d、观测 QPSK 调制信号 示波器探头接 IQ 调制“输出”端（观测点 TP4），观察 QPSK 已调信号峰峰值，调电 位器“W1”使峰峰值为 1.2V 左右。 3、 QPSK 相干解调实验。 a、关闭实验箱总电源，保持步骤 2 中的连线不变，用同轴视频线完成如下连接： 源端口 目的端口 IQ 模块（IQ 调制单元）：输出（J2） IQ 模块（IQ 解调单元）：输入（J3） IQ 模块(载波单元)：输出（J5） IQ 模块(载波单元)：输入（J4） * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源。 b、观测解调后 I 路和 Q 路信号波形 示波器探头分别接 IQ 解调“I-OUT”及“Q-OUT”端，观察解调波形。调电位器“W1” 使 I、Q 两路信号尽量接近两电平。（调“W1”可微调信号相位，使解调时正交载波 的相位与已调信号尽量接近，以减少解调失真）。 c、对比观测原始 I 路信号与解调后 I 路信号 示波器探头分别接 IQ 解调“I-OUT”端及基带“I-OUT”端，注意观察两者是否一致