【正文】 最后，我想借此機(jī)會感謝四年以來給我?guī)椭乃行ｎI(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué) 。這些因素為我完成論文的設(shè)計提供了 有力的支持 ，使我在完成 論文過程中遇到困難的時候能夠更從容的面對。在 遇到問題的時候，謝老師都會抽出時間給我進(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)。 首先 要特別感謝我的論文指導(dǎo)老師 — 謝印慶老師。 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。 基于軟件無線電 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，軟件無線電原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社， [2] 劉泓、陳景新。 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－ 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。 圖 4－ 13 接收端得到 I 路和 Q 路的 NRZ 碼 基于軟件無線電 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。高于 0的波形恢復(fù)成 1，低于 0 的波形恢復(fù)成－ 1。解調(diào)出來的信號如 圖 412所示。 位同步信號的提取 軟件無線電 中 的 QPSK解調(diào)原理框圖如圖 411。 圖 410 QPSK 解調(diào)原理 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 45 基于 軟件無線電的 QPSK 解調(diào)及其 Matlab 仿真 基于軟件無線電的 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 。 QPSK 解調(diào) :對信號進(jìn)行正交分解 : 同相分量 : (22) 正交分量 : (23) 由信號形式可知 ,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)。 圖 4－ 9 QPSK 信號和帶有噪聲的 QPSK 信號 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)制信號是抑制載波的信號 ,信號中不直接含有載波 ,所以在進(jìn)行相干解調(diào)的時候必須從接收到的已調(diào)信號的相關(guān)信息中進(jìn)行載波信號的提取 ,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)。 得到的 QPSK 信號然后送入信道進(jìn)行傳輸，在傳輸過程中由于信道的影響不可避免地會加入噪聲，在仿真中對 產(chǎn)生的 QPSK 信號加入高斯白噪聲。 圖 4－ 7 I 路 和 Q 路的載波信號 得到的 工路分量和 Q 路分量再分別與載波信號 ? ? cos (t)c? 和? ?sin (t)c? 相調(diào)制，則產(chǎn)生的兩路信號分別為 ? ? I(t)cos (t)c? 和? ?Q(t)sin (t)c? 波形如下圖 48所示。 圖 4－ 6 I 路分量和 Q路分量 NRZ 碼 基于軟件無線電 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， I路分量的載波信號為 ? ? cos (t)c? ， Q 路分量的載波信號為 ? ?sin (t)c? 。 基于軟件無線電 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。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”。隨機(jī)產(chǎn)生的 20 比特的二進(jìn)制碼序列如圖 44所示。 基于軟件無線電 的 QPSK 調(diào)制及其 Matlab 仿真 軟件無線電中的 QPSK 調(diào)制原理框圖如圖 43。 產(chǎn)生 QPSK 信號的另一種方法，相位選擇法，是利用一個可以產(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。 基于軟件無線電 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?？梢钥闯?， QPSK 是由兩路 BPSK 信號構(gòu)成，且兩路信號相互正交，即相位相差90 度。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。因此，當(dāng)每雙比特輸入調(diào) 制器，輸出就產(chǎn)生一次變化。因此，二進(jìn)制的輸入數(shù)據(jù)需以2bit 為一組，叫做雙比特。輸入到 QPSK 調(diào)制器的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制信號，需要產(chǎn)生 4種不同的輸入條件。 基于軟件無線電 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 調(diào)制在實(shí)現(xiàn)時是采用正交調(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，然后將兩個調(diào)幅信號相加就是所需的調(diào)相信號。事實(shí)上，在很多有關(guān) QPSK 芯片對相位偏移的陳述中，都是以符號00 作為基準(zhǔn)相位來加以描述的 基于軟件無線電 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應(yīng)于星座圖上的 I 和 Q 坐標(biāo)。在它們的相位偏移關(guān)系中，我們稱， 01 對 1 00 對 11 等，相位偏移 90 度 。它表明了各個符號 (即雙比特，如 1 00等等 )間的幅度和相位關(guān)系。正是因?yàn)橐陨系膬?yōu)點(diǎn)，該調(diào)制方式在許多系統(tǒng)中采用，如美國的個人接入通 信系統(tǒng) (PACS)、日本的個人數(shù)字蜂窩系統(tǒng) (PDC)等。 3π /4，沒有二相位的跳變，經(jīng)過濾波以及硬限幅后的功率譜旁瓣恢復(fù)較小，其在非線性信道中可以獲得 。π /4DQPSK最早是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的 ，是對 QPSK和 OQPSK 的折衷。由于在射頻放大器后設(shè)計一個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。 QPSK 具有很好的誤碼率性能，非常適合頻譜利用率為 12bps/Hz 的場合。在恒參信道下，相移鍵控比 ASK 及 FSK 具有較高的抗干擾性能，而且能較高地利用頻帶，所 以相移鍵控是一種高傳輸效率的調(diào)制方式，在中、高速數(shù)字通信中被廣泛采用。相對相移的實(shí)現(xiàn)通常是先進(jìn)行碼變換，將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa，然后對相對碼進(jìn)行絕對相移。絕對相移是利用載波振蕩不同相位的絕對值來傳遞數(shù)字信息的，其在解調(diào)時存在相位模糊的缺點(diǎn)，因而在實(shí)際中較少采用。目前主要應(yīng)用于中、低速傳輸系統(tǒng)中。 頻移調(diào)制是數(shù)字通信中的一種重要的調(diào)制方式。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、頻帶利用率高，缺點(diǎn)是抗噪聲性能差，而且它的最佳判決門限與接收機(jī)輸入信號的振幅有關(guān)，因而不易使取樣判決器工作在最佳狀態(tài)。 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。 雖然都是π /4QPSK，但各個系統(tǒng)所規(guī)定的具體參數(shù)如信道間隔、傳輸速率等卻不盡相同，因此性能也都略有差異。采用差分編碼，使系統(tǒng)既可以使用 相干檢測也可以使用非相干檢測來進(jìn)行解調(diào)，一方面簡化了設(shè)備，另一方面也使系統(tǒng)具備了快速獲得同步、抗快衰落、抗多普勒頻移的能力。π的相位變化，因此大大減少了包基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 33 絡(luò)波動，也降低了系統(tǒng)性能對信道非線性的敏感度。 3π /4。最初提出這種方式的目的是為了在電話線上傳送數(shù)據(jù)，后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)它的性能可以滿足數(shù)字移動通信系統(tǒng)對調(diào)制技術(shù)的要求 . 這種經(jīng)過改進(jìn)的調(diào)制方式將 QPSK 中載波相位的變化限制到了177。這樣系統(tǒng)難以快速獲得同步，抗快衰落能力不強(qiáng)，同時系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，成本高。這樣一來，通過線性調(diào)制所獲得的頻譜效率在經(jīng)過非線性放大后就完全喪失了。這將引起嚴(yán)重的鄰道和同信道干擾。 ：普通 QPSK 信號中載波的相位變化可以是 0 度、 90 度、 180 度和 270 度中的任意一個。不過這種調(diào)制方式卻不適合用在移動通信系統(tǒng)中，其原因是： ：窄帶移動通信系統(tǒng)對射頻信號的帶外輻射都有嚴(yán)格的要求，專業(yè)模擬移動通信系統(tǒng)一般要求的鄰道功率為不大于－ 70dBc，如 CPS 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)；數(shù)字系統(tǒng)一般為－ 60dBc，如 TETRA 系統(tǒng)。其功率譜、信號相位轉(zhuǎn)移圖及誤碼率性能分別如圖 3圖 33和圖 34所示。 ，兩路 BPSK 信號相加，即得到 QPSK 信號。輸入的串行二進(jìn)制序列經(jīng)過串－并變換分 I 路和 Q 路，分成兩路速率減半的序列，然后經(jīng)過成形濾波后分別與 cosω t 和 sinω t載波相乘，最后把 I 路和Q路兩路信號相加后即得到 QPSK信號。四相相移鍵控（ QPSK）是一種性能優(yōu)良，應(yīng)用十分廣泛的數(shù)字調(diào)制方式，它的頻率利用率高，是二進(jìn)相移鍵控（ BPSK）的 2倍，采用相干檢測時其誤碼性能與 BPSK 相同。 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 30 四相相移鍵控（ QPSK） 簡介 QPSK 即為 Quadrature Phase Shift Keying,正交相移鍵控，或Quaternary Phase Shift Keying,四相相移鍵控，有時也稱為 4PSK。 因此， MPSK 信號可表示為 ? ? 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 信號可等效為兩個正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)幅所得已調(diào)波之和。多進(jìn)制相移鍵控也分為多進(jìn)制絕對相移鍵控和多進(jìn)制相對（差分）相移鍵控。它利用具有多個相位狀態(tài)的正弦波來代表多組二進(jìn)制信息碼元，即用載波的一個相位對應(yīng)于一組二進(jìn)制信息碼元。 軟件無線電中的 PSK 解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 信號表達(dá)式： ? ?0( ) ( ) c o s cmmS n A g n m n????? ? ?? ? ?? （ 2－ 25） 式中， , 0,1mii???? PSK 解調(diào)：對信號進(jìn)行正交分解后，得同相和正交分量： 基于軟件無線電 QPSK 調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 28 同相分量 為： ? ?0( ) ( ) c o sImmX n A g n m ???? ????? （ 2－ 26） 正交分量 為： ? ?0( ) ( ) s i nQmmX n A g n m ???? ????? （ 2－ 27） 瞬時相位 n? 可以表示為： ? ?()nmm g n m?????????? （ 2－ 28） 在計算出瞬時相位 n? 后，對 n? 抽樣判決，即可恢復(fù) 數(shù)據(jù)。 FSK 解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 信號表達(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。 ASK 解調(diào)實(shí)現(xiàn)的研究 ASK 信號表達(dá)式： 0( ) ( ) c o s ( )