一、实验目的
1、掌握QPSK 调制与解调的基本原理及实现方法。
2、掌握QDPSK 调制与解调的基本原理及实现方法。
3、分析QPSK 、QDPSK 系统的有效性和可靠性。
二、实验原理
为提高通信的有效性，最常用的办法的是采用多进制的数字调制。MPSK 和MDPSK 就是多进制的数字相移键控即多相制信号，前者称为多进制绝对相移键控，后者称为多进制相对（差分）相移键控，它们都用M 个相位不同的载波来表示M 个不同的符号。一般来说，有n M 2=，因此，一个符号可以代表n bit 的二进制码元。 1、QPSK 信号分析
QPSK （Quadrature Phase Shift Keying ，正交相移键控）又叫四相绝对相移键控（4PSK ），它利用
载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表2bit 信息，故每个四进制符号又被称为双比元。把组成双比元的前一信息比特记为a 码，后一信息比特记为b 码，为使接收端误码率最小化，双比元（a ，b ）通常按格雷码（Gray code ）方式排列，即任意两个相邻的双比元之间只有一个比特发生变化。图9.1给出了双比元（a ，b ）与载波相位的对应关系，其中图（a ）表示A 方式，图（b ）表示B 方式。
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图9.1 QPSK 信号相位矢量图 （a ）A 方式（2/π系统） （b ）B 方式（4/π系统）
105数字商城表9.1 双比元与载波相位之间的对应关系
根据相位矢量图，得到双比元与载波相位之间的对应关系，如表9.1所示。 A 方式的QPSK 信号可表示为
)2
cos()cos()(πωθωn
t t t s c n c +=+=，3 ,2 ,1 ,0=n
秸秆发酵剂
B 方式的QPSK 信号可表示为
)4
1
2cos()cos()(πωθω++
=+=n t t t s c n c ，3 ,2 ,1 ,0=n 由于QPSK 信号普遍采用正交调制（又称IQ 调制）法产生，故QPSK 信号统一表示为
t Q t I t t s c c n c ωωθωsin cos )cos()(⋅-⋅=+=
这样，将a 码送入I 路，b 码送入Q 路，然后将I 路信号与载波t c ωcos 相乘，Q 路信号与正交载波t c ωsin 相乘，之后通过加法器相加，即可得到QPSK 信号。
2、QPSK 调制
以B 方式为例，QPSK 信号的产生方法有两种：一是正交调制法，二是相位选择法。 （1）正交调制(IQ 调制)法
二进制调相信号通常采用键控法，而多进制调相信号普遍采用IQ 调制法产生。正交调制法产生QPSK
信号的原理框图如图9.2所示，它可以看成由两个2PSK 调制器构成，上支路将a 码与余弦载波相乘，下支路将b 码与余弦载波相乘，这样产生载波相互正交的两路2PSK 信号，再将这两路信号相加，通过矢量合成便是QPSK 信号。
数据采集板图9.2 正交调制法产生QPSK 信号 （a ）原理框图 （b ）矢量合成原理
图中输入的数字基带信号)(t A 是二进制的单极性不归零码，通过“串/并变换”电路变成并行的两路码元a 和b 后，其每个码元的传输时间是输入码元的2倍，且单极性信号将变为双极性信号。其变换关系式将“1”变为“+1”、“0”变为“-1”。“串/并变换”过程如图9.3所示，图中0、1、2等表示为二进制基带码元的序号。
从电路实现的角度看，串并变换实现了双比元和I 、
Q 两路信号幅度之间的映射，如表9.2所示。IQ 信号幅度只有2种取值，设为2/1是为了保证输出QPSK 信号幅度为1。
ir测试图9.3 串/并变换电路工作原理
表9.2 双比元与IQ 信号幅度及载波相位之间的映射关系
（2）相位选择法
)
1(a )
0(a )1(b )0(b )
1 ,1()0 ,0()
0 ,1()1 ,0(
相位选择法原理框图如图9.4所示。图中载波产生器产生四种相位的载波，经逻辑选择电路，根据输入信息a 和b ，决定选择哪个相位的载波输出，然后经过带通滤波器滤除高频分量。这种方式适合用于载频较高的场合。
图9.4 相位选择法产生QPSK 信号的原理框图
3、QPSK 解调
)
图9.5 QPSK 信号解调原理框图
QPSK 信号的解调可以用两个正交的载波信号实现相干解调，如图9.5所示。由于QPSK 信号可以看作是两个正交2PSK 信号的叠加，所以用两路正交的相干载波去解调，可以很容易地分离这两路正交的2PSK 信号。相干解调后的两路并行码元a 和b ，经过并/串变换后，可恢复出原串行信息。这种解调仍然存在相位模糊现象。
4、QDPSK 调制
为了克服QPSK 的相位模糊现象，人们常采用QDPSK 调制，即用相邻码元载波相位的相对变化来表示数字基带信号，它可以理解为四进制的相对（差分）相移键控。
将表9.1中的n θ换成n θ∆，即得QDPSK 信号的编码规则，此时n θ∆是本码元载波相位相对于前一码元的相位变化。QDPSK 信号产生方法与QPSK 信号的产生方法类似，只需在图9.2（a ）中发送端串/并变换后增加差分编码器，即可获得QDPSK 信号。
-sinω0t
相干载
相乘
爆震弹相乘
π
相加
波产生
电路
电路
/2
相移
串/并
变换电路
cosω0t
A(t)s(t)
图7-37 第一种QPSK信号产生方法
a
b
差分
编码器
串/并
变换
a
b
c
d
)
(t
A
图9.6 正交调制法产生QDPSK信号的原理框图
关于差分编码：发送端差分编码的实现常用“模4加”电路，如图9.7所示。
图9.7 差分编码的实现（a）模4加电路（b）模与双比元的对应关系模4加的运算法则是：相加之值<4，其和为结果值；相加之值>4，其和减4为结果值；相加之值=4，结果值为0。例如：
5、QDPSK解调
QDPSK信号的解调方法和2DPSK解调类似，也有极性比较法和差分检测法两种。QDPSK信号极性比较法的解调原理框图如图9.7所示，与图9.5比较，只是多了一个码反变换（差分译码），将差分码变成绝对码。
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