【正文】 線電 的 QPSK 調(diào)制 解調(diào) QPSK 調(diào)制的工作原理 QPSK 稱為四相相移鍵控，也可稱為正交相移鍵控。它表明了各個(gè)符號(hào) (即雙比特，如 1 00等等 )間的幅度和相位關(guān)系。由于在射頻放大器后設(shè)計(jì)一個(gè)窄帶濾波器比較困難，因此發(fā)展出了 OQPSK 來減少由于非線性放大器所造成的頻譜擴(kuò)展。絕對(duì)相移是利用載波振蕩不同相位的絕對(duì)值來傳遞數(shù)字信息的，其在解調(diào)時(shí)存在相位模糊的缺點(diǎn)，因而在實(shí)際中較少采用。 QPSK 的發(fā)展及其特點(diǎn) 根據(jù)被調(diào)參數(shù)的不同，數(shù)字調(diào)制方式主要有振幅調(diào)制 (ASK)、頻率調(diào)制 (FSK)和相位調(diào)制 (PSK)三種。 3π /4。這將引起嚴(yán)重的鄰道和同信道干擾。 ，兩路 BPSK 信號(hào)相加，即得到 QPSK 信號(hào)。 因此， MPSK 信號(hào)可表示為 ? ? 00 2c o s ( ) c o s ( )M P S K n nu t A t A t M ?? ? ?? ? ? ? 假定載波頻率 0? 是基帶數(shù)字信號(hào)速率的整數(shù)倍2ssT???，則上式可改寫為 000( ) ( ) c o s( )c o s ( c o s ) ( ) sin ( sin ) ( )M P S K s nnn s n snnu t A g t n T tA t g t n T A t g t n T??? ? ? ??? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ????上式表明， MPSK 信號(hào)可等效為兩個(gè)正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)幅所得已調(diào)波之和。 FSK 解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 信號(hào)表達(dá)式 為 : 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 27 ? ?0( ) ( ) c o s cmmS n A g n m a n????? ? ?? ? ? ?????? （ 2－ 21） 式中 ， ?? 為載波角頻率間隔； ma 為輸入的碼元， ma ＝＋ 1，－ 1。 盡管調(diào)制樣式多種多樣，但實(shí)質(zhì)上調(diào)制不外乎用調(diào)制信號(hào)去控制載波的一個(gè)（或幾個(gè)）參數(shù)，使這個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的過程。在解調(diào)需要用硬件電路實(shí)現(xiàn)的時(shí)代，當(dāng)然有其存在的理由，但其不足也是顯而易見的，如非相干解調(diào)過程中通常存在的“門限效應(yīng)”。 2DPSK 是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位去表示數(shù)字信息的一種表示方法。因此，只要把調(diào)制數(shù)據(jù)序列形成矩形脈沖，并把 2FSK 看成兩個(gè) ASK 信號(hào) 相加就可以了，并令 （ 29） （ 210） 然后再利用 式 (2－ 6)，式 (2－ 7)就可以實(shí)現(xiàn)正交調(diào)制。 S(n)=I(n)cos (nω c/ω s)+Q(n)sin(nω c/ω s) （ 22） ω s為采樣頻率的角頻率。軟件無線電的各種調(diào)制完全可以基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 數(shù)字信號(hào)的載波傳輸，就是指以正弦信號(hào)為載波傳輸或運(yùn)載數(shù)字信息的信息傳輸方式。 在線自適應(yīng) 在線自適應(yīng)功能的目的是根據(jù)無線電環(huán)境實(shí)現(xiàn)信噪比 (SNR)/誤比特率 (BER)優(yōu)化，頻帶與模式選擇優(yōu)化等，提供高的服務(wù)質(zhì)量 (QoS)。一個(gè)軟件無線電系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成 :包括天線在內(nèi)的射頻處理模塊、寬帶 A/D與 D/A轉(zhuǎn)換器件、高速數(shù)字信號(hào)處理模塊。甚至有人預(yù)言軟件無線電系統(tǒng)將成為遙測的“萬能工具”。第一次亞洲軟件無線電學(xué)術(shù)研討會(huì)則于 1998 年 4 月在日本召開，同年 6 月在希臘召開了第一次軟件無線電國際學(xué)術(shù)研討會(huì)。由于在結(jié)構(gòu)上與基于通用計(jì)算機(jī)的“虛擬儀器”相似，又被稱為“虛擬無線電” (Virtual Radio)。它的前身可以追溯到英國 B 班 STOL 大學(xué) 1989年開始的 800/900MHz 多模無線電。實(shí)驗(yàn)單元僅重 80 磅，基于商用現(xiàn)貨 (COTS)技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場保障 。以此為目的的軍用軟件無線電 SPEAKeasy 項(xiàng)目包括兩個(gè)階段 (SPEAKeasyⅠ與 SPEAKeasyⅡ )，要求在一個(gè)產(chǎn)品中包含 200 多種不同軍用電臺(tái)系列，把多個(gè)不同的單頻段電臺(tái)合并成一個(gè) 2MHz 至 2GHz 的、具有靈活的射頻接入能力的、軟件可編程的電臺(tái)。將面向數(shù)字信號(hào)處理的 DSP 芯片和通用 CPU 芯片結(jié)合，利用能夠充分滿足處理時(shí)間限制的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，有效利用計(jì)算資源，是在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)特別是在移動(dòng)終端中實(shí)現(xiàn)軟件無線電的最好方式。一方面用戶和運(yùn)營商不能靈活地利用各具優(yōu)點(diǎn)的多種通信標(biāo)準(zhǔn)制式，而另一方面，通信技術(shù)迅速的升級(jí)換代也給運(yùn)營商和用戶的投資帶來很大的損失。這種軟件無線電不僅能與已有各類電臺(tái)互通，而且還能溝通由不同電臺(tái)組成的無線電網(wǎng)絡(luò)，完成頻段調(diào)制、語音編碼和保密算法的變換，起到類似于 “ 網(wǎng)關(guān) ”或 “ 網(wǎng)橋 ” 的作用。主要任務(wù)是完成基帶處理、調(diào)制解調(diào)、比特流處理和編譯碼等工作。由于軟件無線電的接收信號(hào)帶寬較寬，而采樣速率一般要求大于信號(hào)帶寬的 倍，因此采樣速率較高；采樣精度在 80dB 的動(dòng)態(tài)范圍要求下不能低于 12 位。在軟件無線電的研制開發(fā)過程中，必須逐步形成標(biāo)準(zhǔn)化的硬件平臺(tái)，而標(biāo)準(zhǔn)化的總線則是構(gòu)筑上述平臺(tái)的奠基石。 圖 11 軟件無線電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 軟件無線電的基本結(jié)構(gòu)有三種：射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)和寬帶中頻采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。 第三，軟件無線電不僅僅是一種實(shí)現(xiàn)方法，更代表了一種新型的體制和開放的、可擴(kuò)展的、模塊化的軟硬件平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多頻段、多模式、多業(yè)務(wù)、多個(gè)性 。 其 基本思想是以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)各種功能。在日本，從 1998 年底開始，電氣、信息和通信工程師協(xié)會(huì)（ IEICE）成立了軟件無線電技術(shù)研究小組，推動(dòng)軟件無線電技術(shù)的研發(fā)工作。隨著無線通信的迅速發(fā)展，新的通信系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品的生存周期縮短，開發(fā)費(fèi)用上升，使得原來以硬件為主的收 發(fā)系統(tǒng)難以適應(yīng)這種快速升級(jí)換代的局面。一 是就硬件方面來實(shí)現(xiàn)多模式調(diào)制解調(diào)難度很大，二是 通信技術(shù)迅速的升級(jí)換代也給運(yùn)營商和用戶的 投資帶來很大的損失 ，三是用硬件實(shí)現(xiàn)缺少靈活性 。當(dāng)前廣播電視領(lǐng)域的數(shù)字化革命也充分說明了這一點(diǎn)，而且它對(duì)人們的生活方式影響深遠(yuǎn)。 調(diào)制與解調(diào)是整個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)基帶處理的基本組成部分，也基本上構(gòu)建了數(shù)字通信系統(tǒng)的總體性能框架。 關(guān)鍵詞 : 軟件無線電， QPSK，調(diào)制 解調(diào) ， matlab 仿真 ?，F(xiàn)有系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)眾多，新舊體制并 存，而通信技術(shù)發(fā)展日新月異，新的制式、標(biāo)準(zhǔn)又不斷涌現(xiàn)，運(yùn)營商和移動(dòng)用戶對(duì)多模式的需求不斷增長。 本文所要做的具體的工作就是要實(shí)現(xiàn)軟件無線電中的 QPSK 的調(diào)制。 美國是軟件無線電技術(shù)的發(fā)源地。這標(biāo)志著我國對(duì)軟件無線電的研究應(yīng)用到了一個(gè)新階段。 其核心思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的 “ 數(shù)字 /模擬 ”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化，從而使得無線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來定義和實(shí)現(xiàn)。 軟件無線電與軟件 定義的 無線電的根本區(qū)別，是軟件無線電的最終目的就是要使通信系統(tǒng)擺脫硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的束縛，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)通用和穩(wěn)定的情況下，通過軟件實(shí)現(xiàn)各種功能。目前最易實(shí)現(xiàn)的是寬帶中頻采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)，且具有良好的波形適應(yīng)性、信號(hào)帶寬靈活性和擴(kuò)展性。軟件無線電對(duì)這部分的要求包括：天線能覆蓋所有工作頻段；能用程序控制的方法對(duì)功能及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。對(duì)一個(gè)軟件無線電系統(tǒng)來說，若要進(jìn)行好的濾波等處理，一般認(rèn)為需要對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行 100 次操作。 軟件無線電的應(yīng)用前景 軟件無線電具有極大的靈活性和適應(yīng)性，特別適合多頻段、多用戶、多模式兼容及互聯(lián)系統(tǒng)，它為解決各種不斷涌現(xiàn)出來的新的通信協(xié)議之間的兼容提供了一條有效途徑， 并且一直 廣泛應(yīng)用于無線電通信領(lǐng)域， 雖然其 首先誕生于軍事上的應(yīng)用， 但 由于 上述 優(yōu)良 特點(diǎn)，軟件無線 電技術(shù)很快滲透到民用的無線移動(dòng)通信領(lǐng)域，特別是在 已 走向商用的第三代移動(dòng)通信領(lǐng)域的應(yīng)用 。電臺(tái)組網(wǎng)性能的增強(qiáng)，提高了無線電鏈路 的溝通概率和頻譜資源的利用率， 可使野戰(zhàn)通信的抗毀能力 明顯改善。目前技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)為采用軟件無線電技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)于第三代移動(dòng)通信，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)程度上的軟件無線電 ?？梢栽谄脚_(tái)上實(shí)現(xiàn) 3G 的智能天線結(jié)構(gòu)、獲得 DOA(信號(hào)到達(dá)方向估計(jì) )等空間特征矢量；完成天線陣列的 波形賦形；實(shí)現(xiàn)各種基帶數(shù)字信號(hào)處理：包括各類無線信令規(guī)則與處理、信號(hào)流變換、調(diào)制解調(diào)算法、信道糾錯(cuò)編碼、信源編碼、多用戶檢測等。同時(shí)和其中兩種跳頻電臺(tái)進(jìn)行通話 。它作為能使用的產(chǎn)品投入研制，能夠與很多從短波到 乙的射頻波段軍用電臺(tái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。工作頻率范圍 1710MHz2200MHz，調(diào)制模式可以兼容 DCS1800、 UMTS(16QAM and CDMA)、 DECT、 AMPS、 DAMOS、 TACS、CT2。 近十年來軟件無線電技術(shù)的研究引起了全球范圍的興趣。 國內(nèi)的發(fā)展動(dòng)態(tài) 我國對(duì)軟件無線電研究起步較晚，但卻 引起了政府部門與各高校、研究機(jī)構(gòu) 相當(dāng) 的重視。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 18 第二章 軟件無線電中的調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 本章主要討論軟件無線電中的數(shù)字調(diào)制 和解調(diào) 的原理。軟件無線電要求系統(tǒng)的全部可編程性，包括可編程的射頻 (RF)頻帶、信道接入模式以及信道調(diào)制等等，這是它與多模式無線電等的區(qū)別所在。它允許定義增強(qiáng)的業(yè)務(wù)如改進(jìn)的波束成形、均衡器、網(wǎng)絡(luò)解碼器等等。如果按照常規(guī)的方法，產(chǎn)生每一種信號(hào)就需要一個(gè)硬件電路，甚至一個(gè)模塊，那么要使一部通信機(jī)中產(chǎn)生幾種、十幾種通信信號(hào)，其電路就會(huì)極其復(fù)雜，體積重量都會(huì)很大。 具體的方法 是把信號(hào)分成同相分量 (I 路 )和正交分量 Q(路 )，然后再分別調(diào)制。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 22 下面就幾種典型的數(shù)字調(diào)制方式作一介紹。這種調(diào)制方式的正交實(shí)現(xiàn)與 2ASK 信號(hào)十分類似。假設(shè)在 2PSK 調(diào)制時(shí)，數(shù)字信息 0 用相位 0，數(shù)字信息 1 用相位π表示，在 2DPSK 調(diào)制時(shí)數(shù)字信息 0 用相位變化 0,數(shù)字信息 1 用相位變化π表示，則 2PSK 和 2DPSK 調(diào)制舉例如下。數(shù)字相干解調(diào)從原理上講與模擬相干解調(diào)法一樣。由于頻率與相位有著一定的關(guān)系，為便于分析，可將式（ 2－ 12）改寫為 ? ?( ) ( ) c o s ( )cS n A n n n???? （ 213） 式中， c? 表示載波角頻率。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 29 第三章 四相相移鍵控（ QPSK）技術(shù) 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（ MPSK） 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制也稱多元調(diào)相或多相制。它是多相相移鍵控 (MPSK)中常用的一種，是目前數(shù)字微波或衛(wèi)星數(shù)字通信中最常用的一種載波傳輸方式。與 BPSK 相比， QPSK有著相近（幾乎相同）的誤碼率性能，從圖中可以看到它們的誤碼率曲線基本重合，而 QPSK 的頻譜效率卻高了一倍，因此 QPSK 在光纖、衛(wèi)星、微波等通信系統(tǒng)中被廣泛采用。 ：普通的 QPSK 是依靠載波的絕對(duì)相位來傳遞信息的，只能用相干檢測來進(jìn)行解調(diào)，而不能使用非相干檢測（差分或鑒頻器）。加入平方根升余弦（ RRC）基帶濾波器可以大大加快調(diào)制信號(hào)的帶外滾降速度，能夠滿足移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)帶外輻射的要求。但是，隨著電路、濾波和均衡技術(shù)的發(fā)展，多電平調(diào)制技術(shù)越來越受到人們的重視。解調(diào)時(shí)先進(jìn)行絕對(duì)相移解調(diào)，然后再進(jìn)行碼的變換，恢復(fù)信號(hào)。在π /4DQPSK 中，最大相位跳變值為177?；蛘?00對(duì) 11 偏 180度。當(dāng)每 2bit 輸入時(shí)，有 4 種可能的情況： 00， 01， 10 和 11。 I 通道的可能輸出相位有 + cosω c t 和 cosω c t， Q 通道的可能輸出相位有 +sinω c t 和 sinω c t，當(dāng)兩個(gè)正交信號(hào)線性相加時(shí)，就有四種可能的相位結(jié)果： + cosω c t + sinω c t + cosω c t sinω c cosω c t + sinω c t cosω c t sinω c t 畫成矢量圖，也稱為星座圖形式，如圖 42 所示。 圖 4－ 4 隨機(jī)產(chǎn)生的二進(jìn)制序列 接著需要把隨機(jī)產(chǎn)生的 20 比特的二進(jìn)制隨機(jī)序列轉(zhuǎn)化為雙極性 NRZ碼。 圖 4－ 8 I 路 和 Q 路已調(diào)信號(hào) 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 43 I 路分量與 Q 路分量分別與載波相乘后加到一起便得到了 QPSK 信號(hào)。 取樣判決 判決方法為二者相乘后經(jīng)低通濾波器濾 或采用 三角函數(shù)法去高頻信號(hào)得到相位信息?；謴?fù)的 NRZ 碼波形如 圖414 所示。經(jīng)過了幾 個(gè)月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《基于 軟件無線電 QPSK 調(diào)制 解調(diào) 實(shí)現(xiàn)的研究》的論文。 你們的友誼是