数字射频收发模块原理与设计论文.doc

QPSK调制解调技术的原理及应用分析摘要：软件无线电(SoRadio)是一种开放式的体系结构，其中心思想是构造一个模块化、标准化、可重构的通用硬件平台，通过软件加载来实现各种无线通信功能。调制解调是移动通信中的一项关键技术，它的好坏直接关系着通信系统的性能。数字相移键控(PSK)因其频谱利用率高、误码性能好、技术灵活多样、适应于高速数据传输和快速衰落信道等突出优势，已成为各移动通信系统主要的调制方式。本文主要研究了基于软件无线电的二进制相移键控(BPSK)和四相相移键控(QPSK)解调器算法，并对算法进行了MATLAB仿真和硬件上的编程实现。一、 简介QPSK 是英文 QuadraturePhaseShiftKeying 的缩略语简称，意为正交 相移键控，是一种数字调制方式。四相相移键控信号简称“QPSK” 它分为绝对相移和相对相移两种。偏移四相相移键控信号简称“O-QPSK”。全称为 offset QPSK，也就是相对移相方式 OQPSK。它具有一系列独特的优点，已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。在数字信号的调制方式中 QPSK 四相移键控是最常用的一种卫星数字信号调制方式,它具有较高的频谱利用率、较强的抗干扰性、在电路上实现也较为简单。二、 正文1、QPSK调制原理QPSK又叫四相绝对相移调制，QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元。我们把组成双比特码元的前一信息比特用a代表，后一信息比特用b代表。双比特码元中两个信息比特ab通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表2.3-1所示，矢量关系如图2.3-1所示。图（a）表示A方式时QPSK信号矢量图，图（b）表示B方式时QPSK信号的矢量图。由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在A方式中：45、135、225、315，则数据、通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值；B方式中：0、90、180、270，则数据、通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值1、0。表2.3-1 双比特码元与载波相位关系双比特码元载波相位abA方式B方式0110001122531545135090180270图2.3-1 QPSK信号的矢量图2、QPSK解调原理QPSK 数字解调包括：模数转换、抽取或插值、匹配滤波、时钟和载波恢复等。在实际的调谐解调电路中，采用的是非相干载波解调，本振信号与发射端的载波信号存在频率偏差和相位抖动，因而解调出来的模拟工、Q 基带信号是带有载波误差的信号。这样的模拟基带信号即使采用定时准确的时钟进行取样判决，得到的数字信号也不是原来发射端的调制信号，误差的积累将导致抽样判决后的误码率增大，因此数字 QPSK解调电路要对载波误差进行补偿，减少非相干载波解调带来的影响。此外，ADC 的取样时钟也不是从信号中提取的，当取样时钟与输入的数据不同步时，取样将不在最佳取样时刻进行所得到的取样值的统计信噪比就不是最高，误码率就高，因此，在电路中还需要恢复出一个与输入符号率同步的时钟，来校正固定取样带来的样点误差，并且准确的位定时信息可为数字解调后的信道纠错解码提供正确的时钟。校正办法是由定时恢复和载波恢复模块通过某种算法产生定时和载波误差，插值或抽取器在定时和载波误差信号的控制下，对 A/D 转换后的取样值进行抽取或插值滤波，得到信号在最佳取样点的值，不同芯片采用的算法不尽相同，例如可以采用据辅助法(DA)载波相位和定时相位联合估计的最大似然算法。由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成。QPSK-特点四相相移调制是利用载波的四种不同相位差来表征输入的数字信息，是四进制移相键控。QPSK 是在 M=4 时的调相技术，它规定了四种载波相位，分别为 45，135，225，275，调制器输入的数据是二进制数字序列，为了能和四进制的载波相位配合起来，则需要把二进制数据变换为四进制数据，这就是说需要把二进制数字序列中每两个比特分成一组，共有四种组合，即 00，01，10，11，其中每一组称为双比特码元。每一个双比特码元是由两位二进制信息比特组成，它们分别代表四进制四个符号中的一个符号。QPSK 中每次调制可传输 2 个信息比特，这些信息比特是通过载波的四种相位来传递的。解调器根据星座图及接收到的载波信号的相位来判断发送端发送的信息比特。数字调制用“星座图”来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：（1）信号分布；（2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为“映射”，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。首先将输入的串行二进制信息序列经串并变换，变成 m=log2M 个并行数据流，每一路的数据率是 R/m，R 是串行输入码的数据率。I/Q信号发生器将每一个 m 比特的字节转换成一对（pn，qn）数字，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号 I(t)和 Q(t)，然后对 coswct 和 sinwct 进行调制，相加后即得到 QPSK 信号。QPSK 是一种频谱利用率高、抗干扰性强的数调制方式, 它被广泛应用于各种通信系统中. 适合卫星广播。例如，数字卫星电视 DVB2S 标准中，信道噪声门限低至 4. 5 dB，传输码率达到 45M bs，采用 QPSK调制方式，同时保证了信号传输的效率和误码性能。三、qpsk-应用QPSK 数字电视调制器采用了先进的数字信号处理技术 ，完全符合DVB-S 标准，接收端可直接用数字卫星接收机进行接收。它不但能取得较高的频谱利用率，具有很强的抗干扰性和较高的性能价格比，而且和模拟 FM 微波设备也能很好的兼容。QPSK 数字电视调制器在对数据流的处理上采用能量扩散的随机化处理、RS 编码、卷积交织、收缩卷积编码、调制前的基带成形处理等，保证了数据的传输性能。性能特点：1、进行原有的电视微波改造，可用 30M 带宽传送 5 至 8 套 DVD 效果2、用调频微波的价格达到 MMDS 的效果，实现全向发射；3、可进行数字加密，对图象绝无任何损伤。参考文献：1 姚彦 梅顺良 高葆新等编著. 数字微波中继通