【導(dǎo)讀】后的又一次革命，在軍用和民用方面都有著廣闊的應(yīng)用。系統(tǒng)之間的兼容。上構(gòu)建了數(shù)字通信系統(tǒng)的總體性能框架。其中，QPSK調(diào)制與解調(diào)是一種。性能較好，易于實(shí)現(xiàn)且已廣泛應(yīng)用于實(shí)踐的調(diào)制解調(diào)方式。著十分重要的作用。信正朝著數(shù)字化方向發(fā)展，并融入計(jì)算機(jī)技術(shù)。字化革命也充分說(shuō)明了這一點(diǎn)，而且它對(duì)人們的生活方式影響深遠(yuǎn)?，F(xiàn)有系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)眾多，新舊。營(yíng)商和移動(dòng)用戶對(duì)多模式的需求不斷增長(zhǎng)。目前第三代移動(dòng)通通信系統(tǒng)已在我國(guó)實(shí)施。很大的損失，三是用硬件實(shí)現(xiàn)缺少靈活性。針對(duì)這種情況，可以在移動(dòng)。通過(guò)近20年的發(fā)展，無(wú)線通信在現(xiàn)代通信中被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、軍事、民用等領(lǐng)域。信技術(shù)的發(fā)展，在軍事通信領(lǐng)域，各軍兵種之間采取了不同的通信體制，域，以第三代移動(dòng)通信為例，有W-CDMA、CDMA20xx、TD-SCDMA等標(biāo)準(zhǔn)，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。面對(duì)這一問(wèn)題，國(guó)際上進(jìn)行了大量的研究。大部分專家提出，把硬

　　

【正文】 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 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 36 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。 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 37 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?4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 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 38 (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?？梢钥闯觯?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 + 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。 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 39 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。 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 40 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。 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 41 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)?I 路分量，偶比特變?yōu)?Q 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 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 42 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 ? ? cos (t)c? ， Q 路分量的載波信號(hào)為 ? ?sin (t)c? 。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) ? ? cos (t)c? 和? ?sin (t)c? 相調(diào)制，則產(chǎn)生的兩路信號(hào)分別為 ? ? I(t)cos (t)c? 和? ?Q(t)sin (t)c? 波形如下圖 48所示。 圖 4－ 8 I 路 和 Q 路已調(diào)信號(hào) 基于軟件無(wú)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)。 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 : 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 44 (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)。 見圖 410。 圖 410 QPSK 解調(diào)原理 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 45 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 ? ? cos (t)c? 和 ? ?sin (t)c? 相乘的方式來(lái)基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 46 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 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 47 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。 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 48 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)。 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 49 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] 謝印慶，軟件無(wú)線電 GMSK與 QPSK 調(diào)制解調(diào)及其 TMS320C6711DSP 實(shí)現(xiàn)的研究，碩士學(xué)位論文 , [3] 楊小牛，皺少丞 等 ，軟件無(wú)線電技術(shù)與實(shí)現(xiàn)，電子工業(yè)出版社， [4] 張煥梅，陳西宏，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的軟件無(wú)線電，通信技術(shù)， 20xx， [5] 姜宇柏，游思晴 ，軟件無(wú)線電原理與工程應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社， [6] 劉敏 ， 基于軟件無(wú)線電的π /4QPSK 與 GMSK 調(diào)制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) [J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)， [7] 黃智偉，王彥等編著 ， FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐 ， 電子工業(yè)出版社 20xx [8] 劉漢，陳景新， QPSK 全數(shù)字解調(diào)算法，應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)， [9] 劉會(huì)杰 ,張乃通 ,QPSK 信號(hào)相干載波提取的仿真研究 [J],系統(tǒng)工程與電子技術(shù) , [10] 梁兵 .適用于數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的幾種數(shù)字調(diào)制技術(shù) [J].微波與衛(wèi)星通信， 1994. [11] 王際兵 ,趙明 ,姚彥 ,軟件無(wú)線電實(shí)現(xiàn)方案研究 [J]通信學(xué)報(bào) , [12]李燕春 ,QPSK 調(diào)制解調(diào)器及用于圖象和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，碩士學(xué)位論文， [13] Peter Cook.” SDRF Request for Information: SDRF Wireless Security Overview” . [14] S. Kourtis, P. McAndrew, P. Tottle, Software radio 2G amp。 3G inner receiver processing, UMTS Terminals and Software Radio (Ref. No. 1999/055), IEE Colloquium on , Page(s): 6/1 6/7, 26 April 1999 基于軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 50 致謝 首先在這里感謝各位老師在百忙之中抽時(shí)間批閱我的論文，我是 05年的電子信息工程專業(yè)本科畢業(yè)生。經(jīng)過(guò)了幾 個(gè)月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了《基于 軟件無(wú)線電 QPSK 調(diào)制 解調(diào) 實(shí)現(xiàn)的研究》的論文。 首先 要特別感謝我的論文指導(dǎo)老師 — 謝印慶老師。在我的論文撰寫過(guò)程中，謝 老師給了我很大的幫助。在 遇到問(wèn)題的時(shí)候，謝老師都會(huì)抽出時(shí)間給我進(jìn)行細(xì)致、耐心的講解 ， 給予我很大的幫助，使我得到不少的提高，這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。 然后 還要感謝學(xué)校和我所有的任課教師，是學(xué)校為我提供了這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)還可以在動(dòng)手能力上有很大的提高，使我們可在學(xué)校中就把所學(xué)到的知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)。這些因素為我完成論文的設(shè)計(jì)提供了 有力的支持 ，使我在完成 論文過(guò)程中遇到困難的時(shí)候能夠更從容的面對(duì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)， 也將為我充實(shí)的大學(xué)生涯畫上一個(gè)完滿的句號(hào) 。最后，我想借此機(jī)會(huì)感謝四年以來(lái)給我?guī)椭乃行ｎI(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué) 。 你們的友誼