1、單元八載波調變技術：QPSK, MSK 教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八1大綱z目的z原z實驗：QPSK MSK調變後的波形及頻譜（Si li k）：, （mu n）z實驗步驟z實習作業z實驗：訊號空間圖及位元錯誤（Simulink）z實驗步驟z實習作業實習作業z實驗：訊號星座圖中訊號相位的變化（Simulink）z實驗步驟z實驗結果討z考文獻教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八2目的z目的z原z實驗：QPSK MSK調變後的波形及頻譜（Si li k）：, （mu n）z實驗步驟z實習作業z實驗：訊號空間圖及位元錯誤（Simulink）z實驗步驟z實習
2、作業實習作業z實驗：訊號星座圖中訊號相位的變化（Simulink）z實驗步驟z實驗結果討z考文獻教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八3目的本單元將討的位載波調變，包括四相移鍵控(Quadrature Phase ShiftKeying, QPSK)調變、最小頻移鍵控(Minimun Shift Keying, MSK)調變。藉由這幾種位通訊架構觀察位調變器的時域訊號頻域訊號以及解在，、，AWGN雜訊通道時的錯誤機。教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八4原z目的z原z實驗：QPSK MSK調變後的波形及頻譜（Si li k）：, （mu n）z實驗步驟z實習作
3、業z實驗：訊號空間圖及位元錯誤（Simulink）z實驗步驟z實習作業實習作業z實驗：訊號星座圖中訊號相位的變化（Simulink）z實驗步驟z實驗結果討z考文獻教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八5正交相位位移鍵調變(QPSK)z正交相位位移鍵調變(Quadrature phase shift keying, QPSK, 或稱為”四進位PSK) 的信號() () iitfTEtScssi 4 3, 2, 1, ,4122cos2=+=() () () ()tfTtdEtfTtdEcsQbcsIb 2sin22cos2=其中，Ts為訊號Si(t)一個符元(symbol)的時間
4、，E為訊號S (t)一個符元(symbol)的能，s i的能，傳送的資：)1 ,1( ),1 ,1( ),1 ,1( ),1 ,1() ,( QIdd教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八6QPSK 的調變z QPSK的調變.) , , ,()(420dddtdI=symbol duration = 2Tb.) , , , ,()(3210ddddtdk=串聯/並聯轉換器2Eb+)(tSiBit duration = Tb轉換器)cos( tTcs_.) , , ,()(531dddtdQ=symbol duration = 2Tb)sin(2tTEcsb教育部資通訊科技人才培
5、育先導型計畫位通訊模擬實習單元八7QPSK 的訊號波型z原始的資d經過並轉換為(d d )k I, Q教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八8QPSK 的訊號空間z訊號空間圖(i l )(signa space2( ) ( )cos21twtc =)1 ,1() ,( =QIddS1S2)1 ,1() ,( =QIdd() ()sin22twTtTcs =1bE() () ()( ) ( ) ( )212211tEtEtStEtEtSbbbbs+=+=S3S4)1- ,1() ,( =QIdd)1- ,1() ,( =QIdd() () ()() () () 214213tEt
6、EtStEtEtSbbbb=z在dI及dQ的換瞬間可能有的相位變化，而的相位變化會造成非線性失真的問題。 180or ,90 ,0 180教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八9QPSK 的同調(coherent)解調z QPSK的同調(coherent)解調bTkt )1(2 +=+bbTkkTdt)1(22(.)Id0Threshold=)()()( tntStri+=)cos(2tTcsbTkt )1(2 +=+bbTkkTdt)1(22(.)Qd0Threshold=)sin(2tTcs教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八10同調QPSK的性能z訊號點
7、S (t)到邊界的距為Ed 2/i b=S1S221S3S4bEd =2/boundaryboundaryz在AWGN環境下，傳送S (t)，同調解調正確的機為bEd =2/在，i，2noise and 2noise=dnPdnPScorrectPyxi2220202121202202=dyedxeddyx22121 =NEQdQb教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八11002同調QPSK的性能(續)z假設傳送S (t)的機一樣大( ll lik l )同調解調QPSK的正確機為iequally e y，iiiiScorrectPSPScorrectPcorrectP =41
8、)(z同調QPSK的符元(symbol)錯誤為=22111EQcorrectPPbs=2022 EENbb=002222EQEQNQNQsb=00NN21 Ebz同調QPSK的位元(bit)錯誤為=02 NQPPsB教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八12最小位移鍵調變(MSK)z最小位移鍵調變(Mi i hift k i MSK)的信號n mum s ey ng, () () () () ()=cbQsbcbIsbtfTttdTEtfTttdTEtS 2sin2sin22cos2cos2()+=cssttfTE2cos2其中，+=kbcssxtTfTE412cos2( )t
9、，()( )()() 2tantan2cos2sintan11=TttdtdTttdTtdtbIQIbQ() () if 2=+=tdtdxTtIQkbb() ()if 2=+ tdtdxTtIQkb( )=1 if 0 tdI教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八13( )=1 if tdxIkMSK訊號z最小位移鍵調變(MSK)的信號可表示為() ()ttfTEtScss += 2cos2所以MSK可以視為PSK信號。z最小位移鍵調變(MSK)的信號也可表示為()+=kcsxtTfTEtS412cos2因此MSK也可以視為相位續變化的FSK信號，頻差為bs111是滿足FSK
10、同調正交(coherently orthogonal)的最小頻間隔(frequency i)bbcbcTTfTff244=+=spacing)。教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八14MSK的基頻波型z MSK與OQPSK的差別是把d乘以( t/2Tb)而且d乘以i(t/2Tb)使得相與Icos 而且Qsin(，位產生續的變化，以避免dI與dQ在換瞬間產生瞬時的相位變化，節所需的傳輸頻寬。教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八15MSK 的訊號空間z訊號空間圖(i l )(signa space( ) ( )cos21twtc =() ()sin22twTtT
11、cs =)1 ,1() ,( =QIdd)1 ,1() ,( =QIdd() () ()( ) ( ) ( )212211tEtEtStEtEtSbbbbs+=+=() () ()() () () 214213tEtEtStEtEtSbbbb=)1-,1(),( =QIdd)1- ,1(),( =QIddz在訊號點Si的移動過程中，相位是續的變化。教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八16MSK 的調變z MSK的調變.) , , ,()(420dddtdI=.) , , , ,()(3210ddddtdk=t2cos)(tSi)cos(2tEcb bT Ts.) , , ,(
12、)(531dddtdQ=2E)sin( tTcsb bTt2sin教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八17MSK 的同調(coherent)解調z MSK的同調(h t)解調(coherent)解調bTkt )12( +=+bbTkTkdt)12()12(.)Id0Threshold=低通濾波器)()()( tntStri+=)cos(2tTcsbTkt )1(2 +=bTt2cos低通濾波器+bbTkkTdt)1(22(.)Qd0Threshold=)sin(2tTcsbTt2sin教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八18同調MSK的性能z把MSK視為PS
13、K信號在AWGN環境下使用最佳的PSK解調器假設傳送，在，Si(t)的機一樣大(equally likely)，同調MSK與BPSK, QPSK及OQPSK具有相同的位元錯誤02NEQPbBz把MSK視為FSK信號解調，在AWGN環境下使用最佳的FSK解調器，假設傳送Si(t)的機一樣大(equally likely)，同調MSK的位元錯誤為E=0NQPbB教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八19QPSK, MSK的功頻譜密z QPSK的功頻譜密(tldit)為(power spectra ensity為( )22sin2bTfTfG2=bbTfpz MSK的功頻譜密(pow
14、er spectral density)為2()2221612cos16=bbbTfTfpTfG教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八20BPSK, QPSK, OQPSK, MSK的功頻譜密教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八21位通訊第五章：載波調變技術1985 Prentice-Hall, Inc., R. E. Ziemer and R. L. Peterson,Digital Communications and Spread Spectrum Systems.QPSK, OQPSK, MSK的頻寬外功百分比教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模
15、擬實習單元八22位通訊第五章：載波調變技術1985 Prentice-Hall, Inc., R. E. Ziemer and R. L. Peterson,Digital Communications and Spread Spectrum Systems.實驗：QPSK, MSK調變後的波形及頻譜（Simulink）z目的z原z實驗：QPSK MSK調變後的波形及頻譜（Si li k）：, （mu n）z實驗步驟z實習作業z實驗：訊號空間圖及位元錯誤（Simulink）z實驗步驟z實習作業實習作業z實驗：訊號星座圖中訊號相位的變化（Simulink）z實驗步驟z實驗結果討z考文獻教育部資通
16、訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八23實驗步驟觀察的波形及頻譜的差z QPSK, MSK：z步驟-1：z M-PSK Modulator Baseabnd：是一種位的相位調變，可產生有M種的相位變 ：是一種位的相位調變可產生有種的相位變化。當M=4時，可依據基頻的QPSK調變處原始訊號。z MSK Modulator Baseband：是一種位的相位調變，為一種CPFSK (Continuous Phase FSK)訊號。其相位變化為線性增加或減少90，故相位僅有四種可能0 訊號。其相位變化為線性增加或減少，故相位僅有四種可能、90、180及270。z複與實間的轉換：使用Comple
17、x to Real-Imag元件可將原本的複轉成實與虛部份；由於Scope只能單看維訊號，所以需藉此元件轉成實與虛部份；由於只能單看維訊號，所以需藉此元件轉成實維與虛一維，在輸入到Scope。z複與實間的轉換：使用Complex to Real-Imag元件將可原本的複轉成實與虛部份；由於Scope只能單看一維訊號所以需藉此元件轉成實一與虛部份；由於只能單看一維訊號，所以需藉此元件轉成實一維與虛一維，再輸入到Scope z觀看訊號的頻域響應：使用Spectrum Scope觀看調變後訊號的頻響應，用FFT（快速傅轉換）將時域訊號轉到頻譜上其中FFT長為128用（快速傅轉換）將時域訊號轉到頻譜上
18、，其中長為 。z建示波器觀看訊號：使用Scope觀看時域訊號，此實驗將觀到BPSK、QPSK、MSK調變後訊號。教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八24實驗步驟步驟z -2：z開啟MATLABSimulink Browser 。z開新檔案。開新檔案z在simulink元件庫找尋需要元件拖移自工作視窗：1. Simulink Blockset Math Operations Complex to Real-Imag 2Si likBl k tSi k S2. Simulink Bloc se n s cope 3. Signal Processing Blockset Sign
19、al Processing SinksSpectrum Scope 4. Communications Blockset Modulation Digital Baseband Modulation PMM-PSK Modulator Baseband 5. Communications Blockset Modulation Digital Baseband Modulation CPM MSK Modulator Baseband 6. Communications Blockset Comm Sources Random Data Sources Random Integer Gener
20、ator 7 Communications Blockset Comm Sources Random Data Sources Bernoulli. Communications Binary Generator 8. Simulink Blockset Discrete Zero-Order Hold 教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八25實驗步驟z步驟3：所有元件在工作視窗排整齊-：。教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八26實驗步驟z步驟4：設定各元件值-：。1. Random Integer GeneratorM-ary number：輸入整值產生的
21、範圍，設定為4Initial seed：設定產生的依據，設定為37Sample time：取樣時間，設定為Frame-based output：以frame格式輸出，設定為勾選 ：以格式輸出，設定為勾選Samples per frame：每個frame的取樣目Output data type：值輸出的資型態，設定為double2. Bernoulli Binary Generator Probability of a zero：0出現的機，設定為0.5。Initial seed：設定產生的依據，設定為61Sample time：取樣時間，設定為1Frame-base output：以frame
22、格式輸出，設定為勾選。Sl f：每個f的取樣Sample per rame：每個rame的取樣。Output data type：輸出的資型態，設定為double。教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八27實驗步驟教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八28實驗步驟3MPSK M d l t B b d3. M- o u a or ase an M-ary number：設定調變階，設定為4Input type：輸入資型態，設定為Integer Constellation ordering：資在IQ座標上的對應位置，設定為BinaryPhase offset(red)：調變相位偏移，設定為pi/4 Output data type：輸出資的型態，設定為double ：輸出資的型態，設定為 4. Zero-order Hold Zero-order Hold1、Zero-order Hold2使用相同設定Sample time：取樣時間，設定為le-3 教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八29實驗步驟教育部資通訊科技人才培育先導型計畫位通訊模擬實習單元八30
