13. Лабораторная работа 3. Цифровая модуляция (BPSK/QPSK)¶

Цель работы¶

Перейти от аналоговых видов модуляции к цифровым и показать, как информация кодируется в комплексной плоскости.

В лабораторной работе рассматриваются:

BPSK;
QPSK.

1. Учебная идея¶

битовый поток → модуляция → IQ сигнал → RF → приём → синхронизация → демодуляция → BER

Это первый шаг к построению цифровых систем связи.

2. Диаграмма эксперимента¶

flowchart TB
    classDef dsp fill:#DCFCE7,color:#0F172A,stroke:#16A34A;
    classDef rf fill:#FFE4E6,color:#0F172A,stroke:#E11D48;
    classDef tool fill:#EDE9FE,color:#0F172A,stroke:#7C3AED;

    BITS["1. Bit stream"]:::dsp
    MAP["2. Symbol mapping<br/>BPSK/QPSK"]:::dsp
    SHAPE["3. Pulse shaping<br/>RRC"]:::dsp
    TX["4. RF TX"]:::rf
    CH["5. Channel"]:::rf
    RX["6. RF RX"]:::rf
    DDC["7. Baseband"]:::dsp
    SYNC["8. Synchronization"]:::dsp
    DEMOD["9. Demodulation"]:::dsp
    BER["10. BER estimation"]:::tool

    BITS --> MAP --> SHAPE --> TX --> CH --> RX --> DDC --> SYNC --> DEMOD --> BER

3. Основные понятия¶

BPSK¶

1 бит → 1 символ;
фаза 0 или π;
две точки разнесены настолько, насколько позволяет мощность, поэтому при том же Eb/N0 ни одна схема PSK не даёт меньшего BER (QPSK на бит не хуже).

QPSK¶

2 бита → 1 символ;
4 точки созвездия;
выше скорость передачи.

4. Что нужно сделать¶

Сгенерировать битовый поток.
Выполнить модуляцию (BPSK или QPSK).
Передать сигнал.
Принять сигнал RTL-SDR.
Выполнить демодуляцию.
Оценить BER.

5. Что должно быть видно¶

созвездие (constellation);
влияние шума;
ошибки синхронизации;
изменение BER.

6. Ожидаемый результат¶

Студент должен:

понять представление сигнала в IQ;
увидеть созвездие;
оценить ошибки;
связать DSP и RF.

7. Инженерный вывод¶

Цифровая модуляция это основа современных систем связи, и SDR позволяет наблюдать её на всех уровнях одновременно.