【文章內(nèi)容簡介】 無碼間串?dāng)_時(shí)的基帶傳輸特性因滿足公式（），此即為奈奎斯特第一準(zhǔn)則。 ()而理想的低通濾波器雖然滿足此公式，但這種特性在物理上是不可實(shí)現(xiàn)的，為了解決這個(gè)問題可以使理想低通濾波器的邊緣緩慢下降稱為“滾降”。較為常用的為余弦滾降特性。按照余弦滾降特性設(shè)計(jì)的脈沖成型設(shè)計(jì)的波形后可以明顯發(fā)現(xiàn)在載波相位跳變處幅度很小，也就是說頻帶也確實(shí)變窄了。但是這樣的設(shè)計(jì)對(duì)位同步要求很高，要想沒有碼間串?dāng)_，在接收端采樣判決時(shí)間點(diǎn)必須嚴(yán)格的落在每個(gè)符號(hào)的中間，否則仍會(huì)產(chǎn)生碼間串?dāng)_。為此，采用了一種特殊的脈沖成型，其基本規(guī)則如果是發(fā)送連1或連0碼時(shí)，相位未變，脈沖成型輸出為+1或—1，只有 當(dāng)前后碼元不一樣發(fā)生跳變時(shí)，才從前一碼元的中間點(diǎn)開始到后一碼元的中間點(diǎn)，用正弦或余弦函數(shù)來過度，其過度點(diǎn)幅值為0，而且在這過程中只能單調(diào)下降或上升一次。這種設(shè)計(jì)頻帶也會(huì)很窄，經(jīng)過帶限信道或?yàn)V波器也不會(huì)造成太大的損失。同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)也使一個(gè)符號(hào)的波形限制在了一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)，不會(huì)延展到其它符號(hào)周期內(nèi)，同樣也不會(huì)造成碼間串?dāng)_。最大好處還有，在收端采樣點(diǎn)處不需嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)符號(hào)中點(diǎn)，只要在符號(hào)周期內(nèi)找一個(gè)最大點(diǎn)，再進(jìn)行采樣判決就行了。，調(diào)制器的相關(guān)參數(shù)為：采樣速率8000采樣點(diǎn)/s,(根據(jù)常規(guī)打字速度確定的速度),載波頻率2002000Hz范圍（可自行設(shè)定），信號(hào)帶寬31Hz左右[11]。在實(shí)現(xiàn)時(shí)為了減小系統(tǒng)運(yùn)算量，脈沖成型和載波生成均采用查表法來實(shí)現(xiàn)。 DQPSK調(diào)制器的程序?qū)崿F(xiàn)框圖，由于信號(hào)采樣率為8K，因此每個(gè)符號(hào)共有8000/=256個(gè)采樣點(diǎn)，脈沖成型表共8個(gè)符號(hào)寬度即2048個(gè)采樣點(diǎn)。系統(tǒng)每輸入一個(gè)符號(hào)，脈沖成型表就輸出256個(gè)點(diǎn)與后面載波相乘進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，但輸出的這256點(diǎn)的數(shù)據(jù)段并不是一個(gè)符號(hào)，而是前面符號(hào)的半段和后面符號(hào)的一半段。這樣設(shè)計(jì)有兩方面的作用，一是在完成波形成型的同時(shí)可以進(jìn)行差分編碼，其二是因?yàn)楸旧磉@種脈沖成型的設(shè)計(jì)就是當(dāng)前符號(hào)波形與前后符號(hào)波形相關(guān)的。其對(duì)應(yīng)的程序數(shù)組為PSKShapeTble[2048]。 脈沖成型波形表具體在進(jìn)行脈沖成型查表時(shí)是根據(jù)脈沖地址生成函數(shù)進(jìn)行的，即是利用相位查詢表PSKphaseTable來查詢符號(hào)波形地址的，再用這個(gè)地址去PSKShapeTble中查詢波形輸出的。前面已經(jīng)講過DQPSK有四種可能的絕對(duì)相位，但是不是一直有信息輸入需要調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，如果沒有信息輸入那么應(yīng)該關(guān)掉載波的發(fā)送，所以除了以上四種相位狀態(tài)外，還應(yīng)加上一個(gè)0載波即載波關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)差分編碼，我們需要根據(jù)輸入信息計(jì)算出相位變化值，再根據(jù)前一相位狀態(tài)計(jì)算出現(xiàn)在相位狀態(tài)。除了前面四種相位狀態(tài)變化，還應(yīng)增加兩種相位狀態(tài)變化，即載波的打開和關(guān)閉。這樣的話我們就用數(shù)組PSKphaseTable[6][5]來進(jìn)行查表實(shí)現(xiàn)脈沖波形成型地址生成。這個(gè)二維數(shù)組由6組數(shù)組組成，每組5個(gè)整數(shù)。6組代表六種相對(duì)于前一相位狀態(tài)的相位變化量依次為：增加0o、增加90o，增加180o、增加270o、載波關(guān)閉、載波打開。而每組的5個(gè)整數(shù)的位置排序代表5中相位狀態(tài)：45o、135 o、225 o、315 o、無信號(hào)。當(dāng)知道前一符號(hào)相位狀態(tài)和現(xiàn)在符號(hào)的相位變換量，就可以查表輸出一個(gè)整數(shù)結(jié)果。載波生成也是采用查表法，這樣可以簡化運(yùn)算和提高計(jì)算速度。[1025]數(shù)組中，由這1/4周期的正弦表利用Sin_lookup(int phase)函數(shù)就可以組成完整的正弦或余弦波形并輸出一個(gè)周期內(nèi)任一位置的數(shù)據(jù)，這樣可以節(jié)省存儲(chǔ)空間。因?yàn)檎{(diào)制器采用頻率很難和采用頻率8K形成整數(shù)倍關(guān)系，因此每個(gè)采樣點(diǎn)在一個(gè)載波周期內(nèi)也不會(huì)是完美位置，所以只能讓載波數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)盡量準(zhǔn)確，即一個(gè)載波周期有4096個(gè)點(diǎn)，精度為2/,當(dāng)然根據(jù)具體精度需求可以增加載波數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。 1/4載波生成數(shù)據(jù)表對(duì)于的數(shù)字正弦載波信號(hào)，采用頻率，只要知道載波此時(shí)相位就可以算出相應(yīng)phase值了，推導(dǎo)如下式（）。此刻采樣點(diǎn)的相位phase等于前一采樣點(diǎn)phase+，為兩個(gè)采樣點(diǎn)間的相位增量。這樣每一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)刻均有相應(yīng)的載波值輸出，與前面脈沖成型后輸出的值進(jìn)行相乘，實(shí)現(xiàn)I/Q支路調(diào)制。再將I支路和Q支路相乘調(diào)制后的值相加后傳給DA，轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出，就得到了真正模擬的被調(diào)制到音頻載波的DQPSK信號(hào)了。 () DQPSK數(shù)字解調(diào)實(shí)現(xiàn)當(dāng)接收端接收到DQPSK信號(hào)時(shí)，需要對(duì)其解調(diào)將頻帶信號(hào)還原成基帶信號(hào)。由于前面采用了差分相位調(diào)制，所以解調(diào)方法主要分為兩類：相干解調(diào)加逆碼變換，以及相位比較法。最為常用的是第一種，即相干解調(diào)加逆碼變換，與第二種方法比在相同信噪比情況下，誤碼率更低。DQPSK可以看成是兩路正交的BDPSK的疊加，所以也可以用兩路相互正交的相干載波去解調(diào)，將解調(diào)出兩路正交的BDPSK信號(hào)。將進(jìn)過采樣判決得到碼進(jìn)行差分解碼，得到原始信息碼a和b，再將a和b進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換就可以恢復(fù)出原始信息碼了。在程序中，輸入的AD采樣數(shù)據(jù)存入pInData[i]中，而數(shù)組cos(m_tRxPhase)和sin(m_tRxPhase)均是提取的載波生成表，輸入信號(hào)采樣數(shù)據(jù)分別與兩路載波數(shù)據(jù)相乘，、Q兩支路數(shù)據(jù)，進(jìn)過濾波后再進(jìn)行采樣判決、差分譯碼等。 相干解調(diào)器基本原理圖，其相干解調(diào)基本如上所述。其中有一個(gè)自動(dòng)增益控制環(huán)路（AGC），其主要功能就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度控制，使其信號(hào)經(jīng)過AGC處理后，幅值基本達(dá)到1左右。主要程序如下所示，其中AGCave是信號(hào)的平均幅值，讓I、Q信號(hào)除以AGCave就可以實(shí)現(xiàn)幅度在1左右的目的了，當(dāng)然如果其幅度已經(jīng)小于1了可以不進(jìn)行處理，其具體實(shí)現(xiàn)為函數(shù)AGC(_plex* FreqSignal, _plex* BitSignal)，其中第一個(gè)參數(shù)為輸入的I、Q復(fù)信號(hào)指針，第二個(gè)參數(shù)為經(jīng)過AGC處理的輸出I、Q信號(hào)指針。 接收器原理圖實(shí)現(xiàn)差分譯碼首先得計(jì)算符號(hào)間的相位差angle，相位差的計(jì)算公式推導(dǎo)如下式（）。其中ZK和ZK1分別為第K和K1個(gè)符號(hào)的復(fù)信號(hào)，而和分別是兩個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位，則可以依此計(jì)算出相鄰兩個(gè)符號(hào)的相位差angle。 （） 由于計(jì)算出相位差之后可以直接傳送給維特比譯碼器進(jìn)行軟判決譯碼，軟判決譯碼更為準(zhǔn)確，所以差分譯碼就只需計(jì)算出相位值即可不需將其譯碼成相應(yīng)二進(jìn)制碼。而維特比譯碼是調(diào)用函數(shù)BOOL CPSKMode::ViterbiDcode(double angle)實(shí)現(xiàn)的軟判決譯碼，在第二章已經(jīng)詳細(xì)講解在此不再敘述。維特比譯碼后再進(jìn)行可變長度譯碼之后，就可以解碼得到相應(yīng)字符并輸出了。 系統(tǒng)同步 載波同步同步在系統(tǒng)中舉足輕重，嚴(yán)重影響系統(tǒng)通信性能。當(dāng)采用相干解調(diào)時(shí)，接收端必須提供一個(gè)本地相干載波，此相干載波必須與發(fā)端的調(diào)制載波保持同頻同相。我們常說的載波提取或者說載波同步，就是相干載波的提取過程。提取載波的方法一般可以分為兩大類：插入導(dǎo)頻法和直接法。插入導(dǎo)頻法是對(duì)于某些信號(hào)中不含載頻成分的，可以在發(fā)送信號(hào)時(shí)插入一個(gè)（或多個(gè)）被稱為導(dǎo)頻的正弦信號(hào)。在接收端就可以利用窄帶濾波器將導(dǎo)頻提取出來，進(jìn)行輔助產(chǎn)生相干載波，但是這種方法需要額外插入導(dǎo)頻，就相應(yīng)增大了發(fā)射功率。另一種方法稱為直接法，通過在接收端進(jìn)行非線性變換，直接提取出載波，這種方法比較常用發(fā)射功率也更低。直接法中較為常用的、經(jīng)典的是科斯塔斯環(huán)（Costas）?？扑顾弓h(huán)又稱同相正交環(huán)法或邊環(huán)法，它是利用了鎖相環(huán)來提取出載波。鎖相環(huán)路（PLL）是一個(gè)能自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)相位的，閉環(huán)相位自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用鎖相環(huán)路的相位跟蹤作用迫使輸出信號(hào)跟蹤上輸入信號(hào)的相位變化[12]。鎖相環(huán)路是一個(gè)相位負(fù)反饋控制系統(tǒng)，通常由三個(gè)基本部件組成：鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LP）、壓控震蕩器（VCO），各模塊都有其獨(dú)特作用。鑒相器是一個(gè)相位比較裝置，用來檢測輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位誤差，并輸出相位誤差信號(hào)用于后面控制壓控震蕩電路。環(huán)路濾波器具有低通作用，但更為重要的是它可以用來調(diào)節(jié)環(huán)路參數(shù)，它的低通特性決定誤差信號(hào)是否能夠通過，也就決定了環(huán)路是否能跟蹤上相應(yīng)相位變化。壓控震蕩器是一個(gè)電壓頻率變換裝置，它的頻率受輸入的誤差電壓信號(hào)線性控制變化，它有一個(gè)中心頻率和相位控制靈敏度K，當(dāng)相位誤差電壓信號(hào)為零時(shí)輸出為的正弦信號(hào)，K越大相位誤差信號(hào)控制靈敏度越大、反應(yīng)越快。鎖相環(huán)有很多應(yīng)用，常見的應(yīng)用情況有調(diào)制跟蹤和載波跟蹤。載波跟蹤主要用于輸入信號(hào)的初相變化信號(hào)的變化速度較慢的時(shí)候。即誤相位差信號(hào)的時(shí)，相位誤差信號(hào)就能通過環(huán)路濾波器，那么壓控震蕩器的輸出就能完全跟蹤上輸入信號(hào)的相位變化，使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)保持同頻同相[13]。工作在載波跟蹤狀態(tài)的情況下的環(huán)路稱為調(diào)制跟蹤環(huán)，這種常應(yīng)用于調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)器。載波跟蹤是指輸入信號(hào)的初相變化過快導(dǎo)致誤差信號(hào)不能通過環(huán)路濾波器器，即誤差信號(hào)時(shí)，相位誤差信號(hào)也就不能控制壓控震蕩的頻率變化，輸出就是未調(diào)制載波。這種常應(yīng)用于相干解調(diào)的載波提取中，由多普勒效應(yīng)等導(dǎo)致的載波頻率漂移相位變化緩慢的，環(huán)路能跟蹤上相位變化；而由信號(hào)調(diào)制引起的相位變化較快，環(huán)路不能跟蹤上相位變化，最后就提取出了載波，并且環(huán)路的濾波器作用相當(dāng)一個(gè)性能很好的載帶濾波器，能有效過濾噪聲信號(hào)，將環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)成窄帶濾波器也是常見應(yīng)用之一。鎖相環(huán)應(yīng)用于載波提取還有一個(gè)重要作用，輸出的載波穩(wěn)定，當(dāng)輸入信號(hào)衰落時(shí)鎖相環(huán)能保持一定時(shí)間載波輸出。 載波提取科斯塔斯環(huán)科斯塔斯環(huán)的關(guān)鍵是計(jì)算出本地載波（即壓控振蕩器的中心頻率）與接收信號(hào)載波的相位差，但是接收信號(hào)是相位調(diào)制信號(hào)即每個(gè)符號(hào)的相位都與調(diào)制信息息息相關(guān)，為了提取準(zhǔn)確的載波必須消除調(diào)制信息的干擾，使鎖相環(huán)不能跟蹤調(diào)制相位但卻能跟蹤上多普勒效應(yīng)引起的頻移和相移。因?yàn)槲覀儾捎玫牟罘窒辔徽{(diào)制，對(duì)相位的同步要求并不高，只要保證輸出載波與接收載波同頻即可，所以我們僅需對(duì)頻率進(jìn)行鎖定即可，而允許一個(gè)固定的相位差存在，那么載波同步過程中就不需要設(shè)法消除相位調(diào)制信息的影響了。 載波恢復(fù)流程圖所以現(xiàn)在就需要估計(jì)頻差，用來控制壓控振蕩器的輸出信號(hào)的頻率,，頻差計(jì)算推導(dǎo)公式如式（）。但如果用式（）來計(jì)算頻差的話有一個(gè)問題，在信號(hào)較小時(shí)會(huì)出現(xiàn)比較大的誤差。而解調(diào)器的AGC處理讓信號(hào)的平均幅度接近1即I2+Q21，但當(dāng)幅度小于1時(shí)又未作處理，這時(shí)誤差就會(huì)比較大了，而且信號(hào)幅度小的時(shí)候正是絕對(duì)相位不同的相鄰符號(hào)切換的時(shí)候，此時(shí)頻差也很大。所以直接領(lǐng)I2+Q21，這樣就算出來就會(huì)變得比較小，而對(duì)輸出頻率恢復(fù)的影響也會(huì)很小，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以式（）簡化成了（），并轉(zhuǎn)換成了相應(yīng)數(shù)字信號(hào)計(jì)算方法。數(shù)字系統(tǒng)中是時(shí)間常數(shù)，而我們需要的頻差控制信號(hào)也只是個(gè)相對(duì)值，其結(jié)果對(duì)比例系數(shù)并不重要，只需在最后根據(jù)需要選擇調(diào)整恰當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)K。 （）最終我們就可以根據(jù)計(jì)算的頻差來控制壓控振蕩器輸出相應(yīng)頻率信號(hào)。壓控振蕩器也是查表法實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)式（）來計(jì)算的相鄰兩采樣點(diǎn)間的相位增量，是接收端本地載波中心頻率，而是相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)相位增量