基于軟件無線電qpsk調制解調實現的研究畢業論文-資料下載頁

【導讀】后的又一次革命，在軍用和民用方面都有著廣闊的應用。系統之間的兼容。上構建了數字通信系統的總體性能框架。其中，QPSK調制與解調是一種。性能較好，易于實現且已廣泛應用于實踐的調制解調方式。著十分重要的作用。信正朝著數字化方向發展，并融入計算機技術。字化革命也充分說明了這一點，而且它對人們的生活方式影響深遠?，F有系統標準眾多，新舊。營商和移動用戶對多模式的需求不斷增長。目前第三代移動通通信系統已在我國實施。很大的損失，三是用硬件實現缺少靈活性。針對這種情況，可以在移動。通過近20年的發展，無線通信在現代通信中被廣泛應用于商業、軍事、民用等領域。信技術的發展，在軍事通信領域，各軍兵種之間采取了不同的通信體制，域，以第三代移動通信為例，有W-CDMA、CDMA20xx、TD-SCDMA等標準，主的收發系統難以適應這種快速升級換代的局面。面對這一問題，國際上進行了大量的研究。大部分專家提出，把硬

　　

【正文】 QPSK 芯片對相位偏移的陳述中，都是以符號00 作為基準相位來加以描述的 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 36 表 31 QPSK 碼字相位對應關系 QPSK 是一種二維調制技術，其中水平軸稱為同相軸，垂直軸稱為正交軸分別對應于星座圖上的 I 和 Q 坐標。同相載波指載波本身，正交載波指相位旋轉 90度的載波。 QPSK 調制在實現時是采用正交調幅的方式，某星座點在 I 坐標上的投影去調制同相載波的幅度，在 Q 坐標上的投影去調制正交載波的幅度，然后將兩個調幅信號相加就是所需的調相信號。 QPSK 是一種恒包絡調制，它的信號的平均功率是恒定的，因此不受幅度衰減的影 響，也就是說幅度上的失真不會使 QPKS 產生誤碼。 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 37 第四章 基于軟件無線電 的 QPSK 調制 解調 QPSK 調制的工作原理 QPSK 稱為四相相移鍵控，也可稱為正交相移鍵控。 QPSK 因為有 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 調制器的數據是二進制信號，需要產生 4種不同的輸入條件。當每 2bit 輸入時，有 4 種可能的情況： 00， 01， 10 和 11。因此，二進制的輸入數據需以2bit 為一組，叫做雙比特。每一雙比特碼產生 4 種可能輸出相位中的 1種。因此，當每雙比特輸入調 制器，輸出就產生一次變化。 產生 QPSK 信號的方法很多，常用的有兩種。一種是雙路二相調制合成法，也叫正交調制法，如圖 41(a)所示；另外一種是相位選擇法，如圖 41(b)所示。 (a) 雙路二相調制合成法 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 38 (b) 相位選擇法 圖 41 QPSK 調制的原理圖 雙路二相調制合成法，是將輸入的二進制信號，以 2bit 為一組，經串 并變換，分成速率減半的兩路，每路經過極性轉換變成雙極性信號后，分別對兩個相互正交的載波進行二進制調相，然后相加就得到了 QPSK 信號，為了表示方便，圖中載波和 信號電平幅度作了歸一化處理?？梢钥闯?， QPSK 是由兩路 BPSK 信號構成，且兩路信號相互正交，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，當兩個正交信號線性相加時，就有四種可能的相位結果： + 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。 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 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，二進制信息必須完全按輸出信號相位編碼，這是鑒別 PSK 與 QAM 不同的最重要的特性。 產生 QPSK 信號的另一種方法，相位選擇法，是利用一個可以產生四種相位的載波發生器，邏輯選擇電路根據輸入信息每次選擇其中一種作為輸出，然后經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合。 基于軟件無線電 的 QPSK 調制及其 Matlab 仿真 軟件無線電中的 QPSK 調制原理框圖如圖 43。 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 40 圖 4－ 3 產生 QPSK 信號 根據 QPSK 調制的原理，在對 QPSK 調制進行 Matlab 仿真時，第一步要產生二進制隨機碼序列。隨機產生的 20 比特的二進制碼序列如圖 44所示。 圖 4－ 4 隨機產生的二進制序列 接著需要把隨機產生的 20 比特的二進制隨機序列轉化為雙極性 NRZ碼。具體變化的規則是用正電平和負電平分別表示二進制數字“ 1”和“ 0”。20 比特的二進制隨機序列轉化為雙極性 NRZ 碼如圖 45所示。 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 41 圖 4－ 5 NRZ 波形 然后利用串并轉換器把雙 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為 I 路分量，偶比特變為 Q 路分量。 I 路分量和 Q 路分量在時間上延拓為原來的二倍，以使得到的脈寬與原來的 NRZ 碼有相同的脈寬。 圖 4－ 6 I 路分量和 Q路分量 NRZ 碼 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 42 利用載波發生器產生 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? 。產生的兩路載波信號具有相同的幅值和頻率。 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? 相調制，則產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－ 8 I 路 和 Q 路已調信號 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 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。 得到的 QPSK 信號然后送入信道進行傳輸，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 產生的 QPSK 信號加入高斯白噪聲。 為了便于比較，把 QPSK 信號的波形與帶有噪聲的 QPSK 信號的波形放在了一起，便于直觀的比較。 圖 4－ 9 QPSK 信號和帶有噪聲的 QPSK 信號 傳統的 QPSK 解調的工作原理 QPSK是正交四相相移鍵控 ,已調制信號是抑制載波的信號 ,信號中不直接含有載波 ,所以在進行相干解調的時候必須從接收到的已調信號的相關信息中進行載波信號的提取 ,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。 QPSK 信號表達式 : 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 44 (21) 式中 , am, bm為雙極性數據 ,g(nm)是幅度為 1寬度為碼速率倒數的矩形脈沖門函數。 QPSK 解調 :對信號進行正交分解 : 同相分量 : (22) 正交分量 : (23) 由信號形式可知 ,I、 Q 分量即為恢復出的并行數據 ,經抽樣判決 ,恢復出碼元數據后 ,再并串變換 ,就可恢復出串行碼元數據。 見圖 410。 圖 410 QPSK 解調原理 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 45 基于 軟件無線電的 QPSK 解調及其 Matlab 仿真 基于軟件無線電的 QPSK 解調方案 主要分為以下 幾 步： 同步載波提取 QPSK 解調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低通濾波器濾 或采用 三角函數法去高頻信號得到相位信息。 位同步信號的提取 軟件無線電 中 的 QPSK解調原理框圖如圖 411。 圖 4－ 11 QPSK 解調 接收到的信號通過串并轉換器變成 I 路分量和 Q 路分量，然后再分別利用與調制所使用的同頻同相的 ? ? cos (t)c? 和 ? ?sin (t)c? 相乘的方式來基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 46 進行相干解調。解調出來的信號如 圖 412所示。 圖 4－ 12 I路和 Q路解調后的信號 對解調后的 I 路分量和 Q 路信號的波形再進行處理就非常容易了。高于 0的波形恢復成 1，低于 0 的波形恢復成－ 1。在系統框圖上完成這個任務是通過積分器和檢測器完成的。 圖 4－ 13 接收端得到 I 路和 Q 路的 NRZ 碼 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 47 并串轉換器使得 I路和 Q路分量合成一路雙極性 NRZ 碼波形，具體實現的方法與 NRZ 碼變成 I 路和 Q 路分量相反?；謴偷?NRZ 碼波形如 圖414 所示。 圖 4－ 14接收端得到 的 NRZ 碼 最終還需要把恢復的 NRZ 碼再變為二進制碼序列。具體的方法是用二進制 1 碼來替換 NRZ 碼的＋ 1 電平，用 0來替換 NRZ 碼的 1電平。 圖415 為最終發送的二進制碼 和最終得到的二進制碼， 從圖 中 我們可以看出最 初 發送的二進制碼和 最終得到的二進制碼完全重合。 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 48 圖 4－ 15 最初的比特流和接收到的比特流比較 總結 從圖 415 中可以看出： 將 最終得到的 與 最 初 發送的二進制碼 二進制碼 進行比較，兩組比特流的二進制序列圖相互重合 ，這就說明了在接收端用 QPSK 解調，成功的還原了從發射端被用 QPSK 調制 的，經過信道傳輸過來的原始信號，也就是說基于軟件無線電 QPSK 調制解調得到了實現。 基于軟件無線電 QPSK 調制解調實現的研究 49 參考文獻 [1] 楊小牛，樓才義，徐建良，軟件無線電原理與應用，電子工業出版社， [2] 劉泓、陳景新。 QPSK 全數字解調算法 , 應用科學學報 ,199411 [2] 謝印慶，軟件無線電 GMSK與 QPSK 調制解調及其 TMS320C6711DSP 實現的研究，碩士學位論文 , [3] 楊小牛，皺少丞 等 ，軟件無線電技術與實現，電子工業出版社， [4] 張煥梅，陳西宏，第三代移動通信系統中的軟件無線電，通信技術， 20xx， [5] 姜宇柏，游思晴 ，軟件無線電原理與工程應用，機械工業出版社， [6] 劉敏 ， 基于軟件無線電的π /4QPSK 與 GMSK 調制系統實現 [J].南京航空航天大學學報， [7] 黃智偉，王彥等編著 ， FPGA系統設計與實踐 ， 電子工業出版社 20xx [8] 劉漢，陳景新， QPSK 全數字解調算法，應用科學學報， [9] 劉會杰 ,張乃通 ,QPSK 信號相干載波提取的仿真研究 [J],系統工程與電子技術 , [10] 梁兵 .適用于數字蜂窩移動通信系統的幾種數字調制技術 [J].微波與衛星通信， 1994. 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