【正文】 10分別對(duì)應(yīng)于己調(diào)信號(hào)相位π/3π/5π/7π/4,初始載波相位通常設(shè)為0。在它們的相位偏移關(guān)系中，我們稱，01對(duì)100對(duì)11等，相位偏移90度?；蛘?0對(duì)11偏180度。事實(shí)上，在很多有關(guān)QPSK芯片對(duì)相位偏移的陳述中，都是以符號(hào)00作為基準(zhǔn)相位來(lái)加以描述的表31 QPSK碼字相位對(duì)應(yīng)關(guān)系QPSK是一種二維調(diào)制技術(shù)，其中水平軸稱為同相軸，垂直軸稱為正交軸分別對(duì)應(yīng)于星座圖上的I和Q坐標(biāo)。同相載波指載波本身，正交載波指相位旋轉(zhuǎn)90度的載波。QPSK調(diào)制在實(shí)現(xiàn)時(shí)是采用正交調(diào)幅的方式，某星座點(diǎn)在I坐標(biāo)上的投影去調(diào)制同相載波的幅度，在Q坐標(biāo)上的投影去調(diào)制正交載波的幅度，然后將兩個(gè)調(diào)幅信號(hào)相加就是所需的調(diào)相信號(hào)。QPSK是一種恒包絡(luò)調(diào)制，它的信號(hào)的平均功率是恒定的，因此不受幅度衰減的影響，也就是說(shuō)幅度上的失真不會(huì)使QPKS產(chǎn)生誤碼。第四章 基于軟件無(wú)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。QPSK因?yàn)橛?種不同的輸出相位，所以必須有4種不同的輸入條件。輸入到QPSK調(diào)制器的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制信號(hào)，需要產(chǎn)生4種不同的輸入條件。當(dāng)每2bit輸入時(shí)，有4種可能的情況：00，01，10和11。因此，二進(jìn)制的輸入數(shù)據(jù)需以2bit為一組，叫做雙比特。每一雙比特碼產(chǎn)生4種可能輸出相位中的1種。因此，當(dāng)每雙比特輸入調(diào)制器，輸出就產(chǎn)生一次變化。產(chǎn)生QPSK信號(hào)的方法很多，常用的有兩種。一種是雙路二相調(diào)制合成法，也叫正交調(diào)制法，如圖41(a)所示；另外一種是相位選擇法，如圖41(b)所示。(a) 雙路二相調(diào)制合成法 (b) 相位選擇法圖41 QPSK調(diào)制的原理圖雙路二相調(diào)制合成法，是將輸入的二進(jìn)制信號(hào)，以2bit為一組，經(jīng)串并變換，分成速率減半的兩路，每路經(jīng)過(guò)極性轉(zhuǎn)換變成雙極性信號(hào)后，分別對(duì)兩個(gè)相互正交的載波進(jìn)行二進(jìn)制調(diào)相，然后相加就得到了QPSK信號(hào)，為了表示方便，圖中載波和信號(hào)電平幅度作了歸一化處理?？梢钥闯?，QPSK是由兩路BPSK信號(hào)構(gòu)成，且兩路信號(hào)相互正交，即相位相差90度。I通道的可能輸出相位有+ cosωc t和cosωc t，Q通道的可能輸出相位有+sinωc t和sinωc 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：+ cosωc t + sinωc t+ cosωc t sinωccosωc t + sinωc tcosωc t sinωc t畫(huà)成矢量圖，也稱為星座圖形式，如圖42所示。圖42 QPSK星座圖從圖42可以看出QPSK的四種輸出相位，具有精確相同的幅度。因此，二進(jìn)制信息必須完全按輸出信號(hào)相位編碼，這是鑒別PSK與QAM不同的最重要的特性。產(chǎn)生QPSK信號(hào)的另一種方法，相位選擇法，是利用一個(gè)可以產(chǎn)生四種相位的載波發(fā)生器，邏輯選擇電路根據(jù)輸入信息每次選擇其中一種作為輸出，然后經(jīng)帶通濾波器濾除高頻分量。這種方法比較適合于載頻較高的場(chǎng)合。 基于軟件無(wú)線電的QPSK調(diào)制及其Matlab仿真軟件無(wú)線電中的QPSK調(diào)制原理框圖如圖43。圖4－3　產(chǎn)生QPSK信號(hào)根據(jù)QPSK調(diào)制的原理，在對(duì)QPSK調(diào)制進(jìn)行Matlab仿真時(shí)，第一步要產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)碼序列。隨機(jī)產(chǎn)生的20比特的二進(jìn)制碼序列如圖44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。具體變化的規(guī)則是用正電平和負(fù)電平分別表示二進(jìn)制數(shù)字“1”和“0”。20比特的二進(jìn)制隨機(jī)序列轉(zhuǎn)化為雙極性NRZ碼如圖45所示。 圖4－5　NRZ 波形然后利用串并轉(zhuǎn)換器把雙極性非歸零碼分成I路和Q路分量，具體的變法是奇比特變?yōu)镮路分量，偶比特變?yōu)镼路分量。I路分量和Q路分量在時(shí)間上延拓為原來(lái)的二倍，以使得到的脈寬與原來(lái)的NRZ碼有相同的脈寬。圖4－6　I路分量和Q路分量NRZ碼 利用載波發(fā)生器產(chǎn)生I路分量和Q路分量的載波信號(hào)，I路分量的載波信號(hào)為，Q路分量的載波信號(hào)為。產(chǎn)生的兩路載波信號(hào)具有相同的幅值和頻率。圖4－7 I路和Q路的載波信號(hào) 得到的工路分量和Q路分量再分別與載波信號(hào)和相調(diào)制，則產(chǎn)生的兩路信號(hào)分別為和波形如下圖48所示。圖4－8 I路和Q路已調(diào)信號(hào) 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)。得到的QPSK信號(hào)然后送入信道進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中由于信道的影響不可避免地會(huì)加入噪聲，在仿真中對(duì)產(chǎn)生的QPSK信號(hào)加入高斯白噪聲。為了便于比較，把QPSK信號(hào)的波形與帶有噪聲的QPSK信號(hào)的波形放在了一起，便于直觀的比較。圖4－9 QPSK信號(hào)和帶有噪聲的QPSK信號(hào) 傳統(tǒng)的QPSK解調(diào)的工作原理QPSK是正交四相相移鍵控,已調(diào)制信號(hào)是抑制載波的信號(hào),信號(hào)中不直接含有載波,所以在進(jìn)行相干解調(diào)的時(shí)候必須從接收到的已調(diào)信號(hào)的相關(guān)信息中進(jìn)行載波信號(hào)的提取,得到與接收載波同頻同相的本地正弦波,從而完成正交解調(diào)。QPSK信號(hào)表達(dá)式: (21)式中, am, bm為雙極性數(shù)據(jù),g(nm)是幅度為1寬度為碼速率倒數(shù)的矩形脈沖門函數(shù)。QPSK解調(diào):對(duì)信號(hào)進(jìn)行正交分解:同相分量: (22)正交分量: (23)由信號(hào)形式可知,I、Q分量即為恢復(fù)出的并行數(shù)據(jù),經(jīng)抽樣判決,恢復(fù)出碼元數(shù)據(jù)后,再并串變換,就可恢復(fù)出串行碼元數(shù)據(jù)。見(jiàn)圖410。圖410 QPSK解調(diào)原理 基于軟件無(wú)線電的QPSK 解調(diào)及其Matlab仿真基于軟件無(wú)線電的QPSK解調(diào)方案主要分為以下幾步：同步載波提取QPSK解調(diào)的核心主要是同步載波的提取和位同步信息的提取。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。位同步信號(hào)的提取軟件無(wú)線電中的QPSK解調(diào)原理框圖如圖411。圖4－11 QPSK 解調(diào)接收到的信號(hào)通過(guò)串并轉(zhuǎn)換器變成I路分量和Q路分量，然后再分別利用與調(diào)制所使用的同頻同相的和相乘的方式來(lái)進(jìn)行相干解調(diào)。解調(diào)出來(lái)的信號(hào)如圖412所示。圖4－12　I路和Q路解調(diào)后的信號(hào)對(duì)解調(diào)后的I路分量和Q路信號(hào)的波形再進(jìn)行處理就非常容易了。高于0的波形恢復(fù)成1，低于0的波形恢復(fù)成－1。在系統(tǒng)框圖上完成這個(gè)任務(wù)是通過(guò)積分器和檢測(cè)器完成的。圖4－13 接收端得到I路和Q路的NRZ碼并串轉(zhuǎn)換器使得I路和Q路分量合成一路雙極性NRZ碼波形，具體實(shí)現(xiàn)的方法與NRZ碼變成I路和Q路分量相反?；謴?fù)的NRZ碼波形如圖414所示。圖4－14接收端得到的NRZ碼最終還需要把恢復(fù)的NRZ碼再變?yōu)槎M(jìn)制碼序列。具體的方法是用二進(jìn)制1碼來(lái)替換NRZ碼的＋1電平，用0來(lái)替換NRZ碼的1電平。圖415為最終發(fā)送的二進(jìn)制碼和最終得到的二進(jìn)制碼，從圖中我們可以看出最初發(fā)送的二進(jìn)制碼和最終得到的二進(jìn)制碼完全重合。圖4－15　最初的比特流和接收到的比特流比較 總結(jié)從圖415中可以看出： 將最終得到的與最初發(fā)送的二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼進(jìn)行比較，兩組比特流的二進(jìn)制序列圖相互重合，這就說(shuō)明了在接收端用QPSK解調(diào)，成功的還原了從發(fā)射端被用QPSK調(diào)制的，經(jīng)過(guò)信道傳輸過(guò)來(lái)的原始信號(hào)，也就是說(shuō)基于軟件無(wú)線電QPSK調(diào)制解調(diào)得到了實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1] 楊小牛，樓才義，徐建良，軟件無(wú)線電原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，[2] 劉泓、陳景新。QPSK全數(shù)字解調(diào)算法, 應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào),199411 [2] 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