【《QPSK扩频信号调制方法原理及仿真探析概述》2200字】

QPSK扩频信号调制方法原理及仿真分析概述本章主要介绍了QPSK的扩频调制系统原理，并利用仿真软件搭建调制的原型系统，完成功能仿真。系统发射链路整体结构如图所示，原始数据生成后，送入差分编码模块，并得到I、Q两路数据，之后对其分别进行直接序列扩频调制操作，将原始信号与PN码序列进行异或。经过QPSK调制后，再将信号传输至VSG中进行数模转换和模拟上变频，然后通过天线发送。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11系统发射链路结构扩频调制的原理及仿真扩频调制的原理由于扩频通信技术具有包括抗干扰能力强、可靠性良好、机密性高在内的优点，所以本课题选用在工程上实现简单的直接序列扩频的方式进行扩频。扩展原始信号离不开扩频码的使用，然而，使用纯随机的扩频码虽然效果最佳，但是由于纯随机的扩频码在实际解扩的时候难以完准确地复制，在工程应用中大多不使用纯随机的扩频码，转而使用伪随机码。伪随机码又被称为伪噪声码也就是PN码，扩频调制的过程是将原始信号与PN码序列进行模2加即异或，扩频后的序列长度与原序列长度之比为一个PN码序列的长度。对于直扩调制来说，关键的问题是产生符合要求的PN码，其需要满足伪随机序列的平衡性、游程特性和相关性三种性质，满足条件的序列有多种，如m序列、Gold序列、GMW序列、JPL序列等，本课题使用的是具有优良的自相关性，易于产生和复制的m序列。m序列具有优越的自相关性，它的发生和复制也较为简单，故本课题采用的是m序列作为PN码。m序列是具有线性反馈的移位寄存器，可以依据特征多项式来产生，反馈移位寄存器的特征多项式一定要是本原多项式，这是m序列产生的充分必要条件。确定了本原多项式之后REF_Ref73520277\r\h[12]，根据本原多项式构造线性移位寄存器即可。如已知本原多项式fx=x5图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s12m序列发生器扩频调制仿真结果及分析图2-2为扩频码长为31的扩频调制前后I路信号时域仿真图，由图可看出，由前文可知，扩频的结果就是原始码元信息与伪随机码序列进行异或。所以可以得出，当原始的码元数据为1时，扩频之后的数据与伪随机码相反。反之，扩频之后的数据与伪随机码相同。从图中也可以看出，扩频码序列与PN码序列速度一致，原始数据的带宽被延长。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13扩频调制前后信号时域仿真图QPSK调制原理及仿真QPSK调制原理本课题采用正交相移键控的方式进行数字调制。完整的QPSK调制过程如图2-5所示。对原始4进制数据进行串/并转换，得到I、Q两路原始数据，进行差分编码和星座图映射后，再对I、Q两路分别进行成型滤波和混频，两路相加后输出。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s14QPSK调制过程数据的信息采用载波的相位改变来表示。表达方式有两种，一种方式被称作是“绝对相移”，载波相位直接表示数据，另一种则是在实际应用中实现简单的“相对相移”方式。实际上的相位除以2π的余数，就是鉴相器测量出的结果。即测量出的相位与真实的相位相差2kπ，k为任意正整数，引起相位模糊。以2PSK信号为例，载波的相位提取出来的结果，可能会出现0或者π这种相位关系不确定的情况。这就会导致解调端得到的信号与调制端的基带信号相反。在判决环节产生错误。所以本课题“相对相移”方式表征数据信息，即差分编码来防止相位翻转带来的误码。因为即使数据翻转，数据之间的差值也不会随之改变。码元变化信息如下表2-1所示，双比特码元的变化取代了原始数距信息来进行数据表达。表2SEQ表\*ARABIC\s11差分编码码元变化表编码前码元载波相位变化上一时刻码元编码后码元000000010101111010100900010011111010100112700011100111000110101800001100011100111差分编码之后，还需要进行星座图映射，映射的规则如表2-2所示，原始的一路串行比特信息经过串并变换转换成两路并行比特，映射到星座图上，两路比特的四种组合方式分别对应直角坐标系中的四个点，也是对应四种不同的相位。表2-2星座图映射表IValueQValue0011011-110-1111-1-1QPSK信号是矩形脉冲信号，该信号在频域是离散且非周期的，然而有限频带的数字通信系统传输频带无限长的QPSK矩形脉冲信号，会使该信号的波形在传输的过程中发生失真，接收端也就无法接收到准确的信号，在抽样判决的环节中得到错误的码元信息。然而，使用成型滤波限制QPSK信号的带宽时，信号的时域波形便不再是标准的矩形，波形会有无限长的拖尾，这就导致不同码元的拖尾产生叠加，造成幅度混叠，这种现象称为是码间干扰。这种畸变加重超出一定范围时，会影响后续接收端的判断，造成误码。这就要求既要减小QPSK信号的带宽，防止传输失真，又要控制滤波器的系数，减小信号时域的幅度叠加，防止码间干扰。当前使用较多的一种成型滤波器——升余弦滤波器，就能很好地满足以上两点的要求，这是由于它具有平滑的过渡带，不易产生码间干扰而影响抽样判决，在实际运用中也更容易实现。本课题中使用两个根升余弦滤波器，一个在发射端用于成型滤波，另外一个则放在接收端对信号进行匹配滤波，两个根升余弦滤波器合成为一个升余弦滤波器，对于抑制噪声干扰可以起到立竿见影的作用。QPSK调制仿真结果及分析图2-5是以I路为例差分编码前后的数据对比。若当前输入信号为数据0，则差分编码后输出与前一时刻输出相同；若当前输入信号为数据1，则差分编码后输出与前一时刻输出相反。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s15I路差