電子與信息工程畢業(yè)論文基于軟件無線電的qpsk碼調(diào)制方案的實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　基于軟件無線電的QPSK碼調(diào)制方案的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求通信距離遠(yuǎn)，通信容量大，傳輸質(zhì)量好。關(guān)鍵技術(shù)之一的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是人

3、們研究的一個重要方向。從模擬調(diào)制到數(shù)字調(diào)制，從二進(jìn)制發(fā)展到多進(jìn)制調(diào)制，雖然調(diào)制方式多種多樣，但都是朝著使通信系統(tǒng)更高速的方向發(fā)展。一個系統(tǒng)的通信質(zhì)量，依賴它的調(diào)制方式。因此，對調(diào)制方式的研究，將直接決定著通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞。由于大多數(shù)實(shí)際信號都是帶通型的，所以必須先用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，形成數(shù)字調(diào)制信號再進(jìn)行傳輸，因而，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代通信的重要手段。</p><p>　　為了使數(shù)字信號在帶通信道中

4、傳輸，必須用數(shù)字信號對載波進(jìn)行調(diào)制。在多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，QPSK的調(diào)制方式能夠傳輸高速數(shù)據(jù)。一般而言，用的相對較多的調(diào)制方式是BPSK，但是其調(diào)制效率不高，而QPSK是用于提高BPSK的調(diào)制效率而產(chǎn)生的一種新的調(diào)制方式。</p><p>　　QPSK(四相移相鍵控)是一種常見的多進(jìn)制調(diào)制方式。其基本的調(diào)制原理是對輸入的二進(jìn)制序列，首先必須分組，每兩位碼元一組。然后根據(jù)組合情況，用載波的四種相位表征它們。QPSK信

5、號實(shí)際上是兩路正交雙邊帶信號。解調(diào)原理是可以用平方法或者用科斯塔斯環(huán)法（COSTAS）從調(diào)制信號中分離出載波，進(jìn)行相干調(diào)制。用兩個正交的相干載波分別檢測A和B兩個分量，然后還原成串行二進(jìn)制數(shù)字信號。</p><p>　　本文根據(jù)QPSK調(diào)制與解調(diào)的基本原理基于軟件無線電對調(diào)制與解調(diào)電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)與仿真研究。</p><p>　　關(guān)鍵詞：軟件無線電；QPSK調(diào)制；解調(diào)</p>&

6、lt;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Requirements of modern communication distance communication system, communication capacity, transmission quality. One of the key technologies of modem technolog

7、y is an important direction for researchers. Modulation from the analog to digital modulation, developed from binary to multi-ary modulation, although the modulation of a variety of ways, but they are moving in the direc

8、tion of more rapid communication system development. A system of communication quality, dependent on its modulation. The</p><p>　　In order to make the digital signal is transmitted with a communication chann

9、el to be with digital signal carrier modulation. In the multi-band digital modulation, QPSK modulation to transmit high-speed data. In general, the use of the relatively large modulation is BPSK, but the modulation effic

10、iency is not high, BPSK and QPSK modulation is used to improve the efficiency of generating a new modulation.</p><p>　　QPSK (quadrature phase shift keying) is a common ary modulation. The basic principle is

11、the modulation of the input binary sequence, we must first group, each two yards per group. Then combinations with the four phases characterized by their carrier. QPSK signal is actually two orthogonal double sideband si

12、gnal. Demodulation method can be used flat or with Costas loop method (COSTAS) isolated from the modulated carrier signal, the coherent modulation. Coherent carrier with two orthogonal A and B</p><p>　　Based

13、 on QPSK modulation and demodulation based on software radio on the basic principles of modulation and demodulation circuit can be simplified.</p><p>　　Key words: software radio; QPSK modulation; demodulatio

14、n</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 軟件無線電概述1</p><p>　　1.2 軟件無線電的應(yīng)用現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 基于軟件無線電實(shí)現(xiàn)QPSK的優(yōu)勢2</

15、p><p>　　1.4 本文的主要工作3</p><p>　　第2章 調(diào)制技術(shù)4</p><p>　　2.1 調(diào)制技術(shù)的產(chǎn)生和分類4</p><p>　　2.2 線性調(diào)制技術(shù)5</p><p>　　2.3 QPSK調(diào)制與解調(diào)基本內(nèi)容6</p><p>　　第3章 基于軟件無線電的QPSK調(diào)

16、制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1實(shí)驗(yàn)箱介紹10</p><p>　　3.2 QPSK調(diào)制14</p><p>　　3.2.1 QPSK調(diào)制的基本原理14</p><p>　　3.2.2 QPSK調(diào)制的電路原理圖17</p><p>　　3.2.3 調(diào)制電路的程序17</p>

17、<p>　　3.2.4 調(diào)制電路仿真結(jié)果17</p><p>　　3.3 QPSK解調(diào)20</p><p>　　3.3.1 QPSK解調(diào)的基本原理20</p><p>　　3.3.2 QPSK解調(diào)的電路原理圖20</p><p>　　3.3.3 解調(diào)電路的程序21</p><p>　　3.3.4 解

18、調(diào)電路的仿真結(jié)果21</p><p><b>　　小結(jié)24</b></p><p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p>　　附錄1 QPSK調(diào)制程序27</p><p>　　附錄2 Q

19、PSK解調(diào)程序32</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 軟件無線電概述</p><p>　　軟件無線電（Software Radio）,也稱軟件定義的無線電（Software defined Radio）,是一種既能夠兼容多種制式的無線通信設(shè)備，也能夠滿足未來個性化通信需求的無線通信體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)【1

20、】。</p><p>　　20世紀(jì)90年代初，美國MITER公司的首席科學(xué)家J.Mitola【2】首先提出軟件無線電的概念。軟件無線電最初指一種寬頻段多模式的無線電臺，利用加載在一定硬件上的軟件來實(shí)現(xiàn)所需的無線通信功能?，F(xiàn)在軟件無線電是指將模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的硬件單元以總線或交換方式連接起來構(gòu)成通用平臺，通過在這種平臺上加載模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的軟件實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能的一種開放體系結(jié)構(gòu)及技術(shù)。</p

21、><p>　　軟件無線電提出了一種嶄新的設(shè)計(jì)，制造和使用無線通信系統(tǒng)與設(shè)備的思想，它擺脫了面向用途而完全依賴硬件的傳統(tǒng)無線電設(shè)計(jì)思路，通過一種模塊化的通用硬件平臺，把系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)從長期依賴于固定電路的方式中解救出來，利用軟件可編程，易修改和成本低(硬件投入少)的優(yōu)勢，把無線通信技術(shù)水平提升到一個新的高度。</p><p>　　當(dāng)無線通信系統(tǒng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化忽然通用化，其主要功

22、能由軟件來確定和完成，工作參數(shù)具有可編程特性（包括可編程的無線頻段，信道接入方式，信號調(diào)制解調(diào)類型和數(shù)據(jù)傳輸速率等），并且由軟件提供操作，控制，管理，和維護(hù)功能時，軟件無線電的技術(shù)思想就得到了實(shí)現(xiàn)，這樣的系統(tǒng)即可稱為軟件無線電系統(tǒng)。因此，軟件無線電是與原來單純由硬件電路構(gòu)成的無線通信系統(tǒng)完全不同，也與用軟件方式控制的數(shù)字無線通信系統(tǒng)不盡相同的一種信息處理和傳輸?shù)捏w系結(jié)構(gòu)與技術(shù)。</p><p>　　1.2 軟件無

23、線電的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　從20世紀(jì)70年代起，隨著數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展和成熟，傳統(tǒng)的移動通信設(shè)備從系統(tǒng)控制，信源信道編解碼，硬件技術(shù)等多方面都實(shí)現(xiàn)了聰模擬到數(shù)字的過渡。微電子技術(shù)的發(fā)展使得器件的集成度越來越高，各種數(shù)字電路和數(shù)字芯片廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備中，使移動通信設(shè)備的體積，重量和功耗得到減小，而在功能和性能方面有了長足的進(jìn)步。在此期間，人們研究提出了全數(shù)字化電臺的概念，就是將電臺中的絕大部分電路由數(shù)字

24、電路來替代或?qū)崿F(xiàn)。這是無線傳輸設(shè)備本質(zhì)上的一次飛躍，也為軟件無線電的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。在全數(shù)字化電臺的基礎(chǔ)上，如果能讓其功能的實(shí)現(xiàn)擺脫對硬件的依賴性，使得移動通信設(shè)備能夠通過軟件配置應(yīng)用于多種通信系統(tǒng)中，同時在系統(tǒng)更新?lián)Q代的情況下使新舊設(shè)備能夠保持一定的兼容性，從而滿足不同體制，新舊系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通功能。那么這種設(shè)備就能夠滿足未來移動通信的要求。</p><p>　　移動通信所要達(dá)到的目標(biāo)是：任何人在任何時間、任

25、何地點(diǎn)都可以和其他任何人進(jìn)行任何種類（語音、數(shù)據(jù)、圖像等）的通信。人們越來越大的通信需求，一方面使得通信產(chǎn)品的生存周期縮短，開發(fā)費(fèi)用上升；另一方面，新舊體制通信共存，各種通信系統(tǒng)之間的互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)變得更加的復(fù)雜和困難。所以尋求一種既能滿足新一代移動通信要求，又能夠兼容舊體制，而且具有擴(kuò)展能力的移動通信體系結(jié)構(gòu)稱為人們努力的方向。軟件無線電正好提供了解決這一問題的技術(shù)途徑，成為了移動通信系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。</p><p&g

26、t;　　軟件無線電把常用硬件作為無線通信的通用平臺，使其盡可能地脫離通信體制，而信號波形以及通信功能盡可能多地使用軟件來實(shí)現(xiàn)。這樣的無線通信系統(tǒng)具有更好的通用性、靈活性，而且系統(tǒng)升級也變得非常方便?，F(xiàn)在移動通信已經(jīng)從第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)（FDMA）發(fā)展到第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)（GSM、CDMA），目前正在向第三代移動通信系統(tǒng)發(fā)展(WCDMA、cdma2000、TD-SDMA)。軟件無線電技術(shù)在4G網(wǎng)絡(luò)中也起到了重要的作用【3】

27、。由于各種技術(shù)的交迭有利于減少開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，所以未來的4G技術(shù)需要適應(yīng)不同種類的產(chǎn)品的要求。而軟件無線電技術(shù)則是適應(yīng)產(chǎn)品多樣性的基礎(chǔ)。它不僅能減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，還更易于開發(fā)系列型產(chǎn)品。此外，它還減少了硅芯片的容量，從而削減了運(yùn)算器的價(jià)格，其開放的結(jié)構(gòu)也會允許多方運(yùn)營的介入；同時，由于DPS的使用，也彌補(bǔ)了廉價(jià)RF產(chǎn)品所造成的不足。在實(shí)際應(yīng)用中，RF部分是昂貴而缺乏靈活性的，寬帶的RF是非線性的，而通過使用SDR技術(shù)可彌補(bǔ)其在靈活性上的不足。&

28、lt;/p><p>　　在廣播系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用到了軟件無線電，它主要用在電視廣播系統(tǒng)中的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中的傳輸子系統(tǒng)。這種基于軟件無線電的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)將系統(tǒng)的主要功能用軟件來實(shí)現(xiàn)，可以使用于不同的傳輸媒介（如無線、有線電纜和衛(wèi)星數(shù)字電視）、產(chǎn)生不同制式的數(shù)字信號、進(jìn)行不同碼率的編碼，而且具有很強(qiáng)的系統(tǒng)升級能力。</p><p>　　軟件無線電還有在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，如在數(shù)字調(diào)幅廣播、無線

29、定位系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊、電子對抗、軟件無線電引信、監(jiān)測、高速鐵路通信等等。</p><p>　　1.3 基于軟件無線電實(shí)現(xiàn)QPSK的優(yōu)勢</p><p>　　軟件無線電的基本思想就是把帶寬數(shù)模變換器（A/D）以及模數(shù)變化器（D/A）盡可能的靠近射頻天線，建立模型通用的，開放的硬件平臺，可以再這個平臺上盡可能的利用軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信號的各種模塊的轉(zhuǎn)換以及傳輸過程【4】。</p>

30、;<p>　　最初使用的BPSK調(diào)制與解調(diào)是建立在軟件無線電的平臺之上的，但是其調(diào)制的方法和調(diào)制的結(jié)果并不十分理想，雖然技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，但是已經(jīng)不能滿足大容量數(shù)字信息的傳輸了，這是QPSK調(diào)制技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了，而QPSK調(diào)制與解調(diào)正是建立于軟件無線電的硬件平臺，利用DSP技術(shù)對信號進(jìn)行調(diào)制。</p><p>　　QPSK調(diào)制信號時抑制載波的信號，無法用常規(guī)的鎖相環(huán)或窄帶濾波器直接提取參考載波，但是

31、它又不同于一些連續(xù)相位調(diào)制信號，其載波相位變化只能取有限的幾個離散值，著就隱含了參考載波的相位信息，所以，可以通過非線性處理，消除信號中的調(diào)制信息，產(chǎn)生與原載波相位有一定關(guān)系的分量，然后再提純該信號，恢復(fù)已被抑制的載波信號，進(jìn)而完成信號的想干解調(diào)【5】。在雙向HFC網(wǎng)絡(luò)中，回傳信號的調(diào)制方式大都選擇抗干擾性能強(qiáng)的四相相移監(jiān)控QPSK調(diào)制方式，許多Cable modem設(shè)備中都選擇QPSK調(diào)制技術(shù)。理論分析和實(shí)驗(yàn)證明【6】，在恒參信道下，

32、QPSK調(diào)制技術(shù)與傳統(tǒng)的FSK,2PSK,ASK調(diào)制技術(shù)相比較，不但抗干擾能力強(qiáng)，而且更加科學(xué)，更加有效地利用頻帶和帶寬，適合回傳通道的技術(shù)要求，因此QPSK的應(yīng)用非常廣泛，在很多方面都得到了充分的利用。</p><p>　　1.4 本文的主要工作</p><p>　　本課題是針對QPSK的調(diào)制方案的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，其中的主要工作包括:</p><p>　　1

33、．首先對達(dá)盛科技的實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行了了解和研究，對整個調(diào)制與解調(diào)的過程和基于軟件無線電的原理進(jìn)行了解。其實(shí)，通過本文的驗(yàn)證方法，驗(yàn)證QPSK的調(diào)制原理，以及解調(diào)原理，驗(yàn)證DSP各個模塊的功能的正確性和可靠性。同時，對實(shí)驗(yàn)箱的功能和原理達(dá)到一定的熟知程度，最后，對實(shí)驗(yàn)中的調(diào)制結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證QPSK調(diào)制和解調(diào)是否滿足參數(shù)設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　2．在完成了QPSK調(diào)制與解調(diào)的基礎(chǔ)上借助DSP的仿真，對其進(jìn)行仿

34、真分析，通過達(dá)盛實(shí)驗(yàn)箱的DSP仿真，對仿真的過程和結(jié)果做分析。研究實(shí)驗(yàn)的原理，給出具體的程序和仿真圖，對實(shí)驗(yàn)的程序進(jìn)行分析。</p><p>　　本文的主要內(nèi)容包括：</p><p>　　緒論，對軟件無線電的知識以及研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述和了解。調(diào)制技術(shù)的一些相關(guān)技術(shù)，以及調(diào)制方式的產(chǎn)生和分類。文章的關(guān)鍵部分，QPSK的調(diào)制，QPSK的解調(diào)原理的闡述，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)原理圖，程序的相關(guān)部分，DSP

35、的仿真結(jié)果的分析。</p><p><b>　　第2章 調(diào)制技術(shù)</b></p><p>　　2.1 調(diào)制技術(shù)的產(chǎn)生和分類</p><p>　　在人類剛剛使用電信來傳送信號的時候，信號傳輸?shù)馁|(zhì)量在很大程度上會受傳輸距離的影響。這是因?yàn)樾诺赖乃p與線路的長短成正比，線路越長，信號衰減越大【7】。為了解決這個問題，人們首先想到的就是提高接收機(jī)的靈敏

36、度。但這樣做的后果并不十分理想，接收到的信號，通常與原有的信號有較大的差別。</p><p>　　到了1856年，英國科學(xué)家凱爾文（Keleven）首先解決了這個問題，它的基本思路是采用微分方程，頻率較低的成分可以通過信道，而而頻率高的成分則被衰減掉了。人們從凱爾文的發(fā)現(xiàn)中受到很大的啟發(fā)，知道了信道對于頻率成分具有選擇性，并不是所有的頻率成分都能通過信道傳輸。這也使人們開始注意到，應(yīng)找到有效提高信道中的信號傳輸質(zhì)

37、量的方法，這就導(dǎo)致了調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn)【8】。</p><p>　　實(shí)際上，信源產(chǎn)生的原始信號絕大部分需要經(jīng)過調(diào)制，變換為適合于在信道內(nèi)傳輸?shù)男盘枺拍茉诰€路中傳輸。把輸入信號變換為適合于通過信道傳輸?shù)牟ㄐ?，這一變換過程稱為調(diào)制。通常把原始信號稱為調(diào)制信號，也稱基帶信號；被調(diào)制的高頻周期性脈沖起運(yùn)載原始信號的作用，因此也稱載波。調(diào)制技術(shù)其實(shí)也就是實(shí)現(xiàn)了信源的頻譜于信道的頻帶匹配。</p><p&g

38、t;　　調(diào)制技術(shù)主要有以下三個方面的功能。</p><p>　　⑴頻率變換：為了采用無線傳送方式，如將（0.3MHz~3.4kHz）有效帶寬內(nèi)的語音信號調(diào)制到高頻段上去。</p><p>　?、茖?shí)現(xiàn)信道復(fù)用：例如將多路信號互不干擾地安排在同一物理信道中傳輸。</p><p>　?、翘岣呖垢蓴_性：抗干擾性（即可靠性）與有效性相互制約，通?？赏ㄟ^犧牲有效性來提高抗干擾性

39、，如FM替代AM。</p><p>　　調(diào)制技術(shù)分類可以有以下幾種。</p><p>　　調(diào)制器的模型如圖2.1</p><p>　　圖2.1 調(diào)制系統(tǒng)模型</p><p>　　在圖2.1中，m(t)是源信號，通常用于調(diào)制載波c(t)的幅度、頻率、相位，也稱為調(diào)制信號：Sm(t)是已調(diào)信號，可能是調(diào)幅信號，也可能是調(diào)頻信號等。</p&g

40、t;<p>　　調(diào)制技術(shù)自從產(chǎn)生到現(xiàn)在為止，經(jīng)歷了很多代的變化，新型調(diào)制技術(shù)層出不窮。調(diào)制技術(shù)的分類方法有很多種，一般來將，可以從以下幾個角度對調(diào)制技術(shù)進(jìn)行分類如表2.1所列。</p><p>　　表2.1調(diào)制技術(shù)的分類</p><p>　　2.2 線性調(diào)制技術(shù)</p><p>　　在線性調(diào)制技術(shù)中，發(fā)射信號s(t)的幅度隨調(diào)制信號a(t)線性變化.線

41、性調(diào)制技術(shù)具有頻道利用率高的優(yōu)點(diǎn),因而對無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用具有很大的吸引力.</p><p>　　在線性調(diào)制方案中,發(fā)射信號可表示成</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中,A為載波振幅; 為載波頻率.</p><p>　　從上式可以看出,載波信號的包絡(luò)隨信號線性變化.線性調(diào)制通常不是恒

42、包絡(luò)調(diào)制.一些非線性調(diào)制可能具有線性或恒包絡(luò)載波包絡(luò),這主要取決于基帶波形的脈沖成形。假定每個符號的包絡(luò)是矩形，即信號包絡(luò)是穩(wěn)定的。此時，已調(diào)制的頻譜是無限寬。然而，實(shí)際信道的有限寬的，因此在發(fā)送QPSK信號時，經(jīng)常會經(jīng)過帶通濾波。限帶后的QPSK信號已不能保持恒包絡(luò)。相鄰符號間發(fā)生變化時，經(jīng)過限帶后會出現(xiàn)包絡(luò)值過零的現(xiàn)象【9】。</p><p>　　線性調(diào)制方案具有很好的頻譜特性，它必須使用線性RF放大器發(fā)射，

43、這時功率有效性較差。如使用功率有效性較高的非線性放大器，會導(dǎo)致嚴(yán)重的鄰道干擾。目前，使用此較普遍的線性調(diào)制技術(shù)有脈沖成形QPSK、OQPSK和QPSK等。</p><p>　　2.3 QPSK調(diào)制與解調(diào)基本內(nèi)容</p><p>　　數(shù)字調(diào)制信號又稱為鍵控信號，調(diào)制過程可用鍵控的方法由基帶信號對載頻信號的振幅、頻率及相位進(jìn)行調(diào)制，最基本的方法有4種：振幅鍵控（ASK）、正交幅度調(diào)制(QAM)

44、、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)．載有基帶信號的高頻正弦波信號稱為載波，數(shù)學(xué)上準(zhǔn)確表示正弦波時，經(jīng)常采用振幅A、角頻率和相位三要素,根據(jù)基帶信號的值，改變?nèi)刂械娜魏我环N，就有了3種基本的調(diào)制方式：數(shù)字信號對載波振幅調(diào)制稱為振幅鍵控，即ASK（Amplitude Shift Keying）；對載波頻率調(diào)制稱為頻移鍵控，即FSK（Frequency Shift Keying）；對載波相位調(diào)制稱為相移鍵控（相位鍵控），即PSK(P

45、hase Shift Keying)【10】。根據(jù)所處理的基帶信號的進(jìn)制不同分為二進(jìn)制和多進(jìn)制調(diào)制(M 進(jìn)制)．多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制與二進(jìn)制相比，其頻譜利用率更高，在有限的信道頻帶內(nèi)，能夠傳輸高速數(shù)據(jù)。MPSK信號可以看成是兩個正交載波進(jìn)行多電平雙邊帶調(diào)制所得兩路MASK信號的疊加。這樣，就為MPSK信號的產(chǎn)生提供了依據(jù)，實(shí)際中，常用正交調(diào)制的方法產(chǎn)生MPSK信號.MPSK信號可以看成是載波互為正交的兩</p><p>

46、;　　在某些調(diào)制解調(diào)器中用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制系統(tǒng)，在最簡單的方式中，二進(jìn)制調(diào)制信號產(chǎn)生0和1。載波相位來表示信號占和空或者二進(jìn)制1和O，即是BPSK。對于有線線路上較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可能發(fā)生4個或8個不同的相移，即是MPSK。BPSK傳輸系統(tǒng)可以在加入噪聲環(huán)境下進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測量,通過對BPSK調(diào)制信號眼圖觀測(不匹配/匹配)、調(diào)制信號包絡(luò)觀察;相干載波相位模糊度觀測、相干載波相位模糊度對解調(diào)數(shù)據(jù)的影響測量。多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制又稱多相制，

47、是二相制的推廣【11】。它是利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。與二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制相同，多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制也有絕對相位調(diào)制（MPSK）和相對相位調(diào)制（MDPSK）兩種。MDPSK系統(tǒng)要求在接收機(jī)上有精確和穩(wěn)定的參考相位來分辨所使用的各種相位。利用不同的連續(xù)的相移鍵控，這個參考相位被按照相位改變而進(jìn)行的編碼數(shù)據(jù)所取代，并且通過將相位與前面的位進(jìn)行比較來檢測?！　?根據(jù)香農(nóng)理論，在確定的帶寬里面，對于給定的信號其傳送

48、的無差錯數(shù)據(jù)速率存在著理論上的極限值，從另一個方面來理解這個理論，可以認(rèn)為，在特定的數(shù)據(jù)速率下，信號的帶寬和功率（或理解成SN</p><p>　　正交移相鍵控有時也稱為四相相移鍵控調(diào)制方法，即四進(jìn)制PSK或四相PSK。由于在一個調(diào)制符號中發(fā)送2b，QPSK較BPSK頻帶利用率提高了一倍。載波相位取4個空間相位0、/2、和3/2之間的一個,每個空間相位代表一對惟一的比特.QPSK信號可成</p>&

49、lt;p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，是符號間隙，等于兩個比特周期，上式可進(jìn)一步寫成</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　假設(shè)</b></p><p><b>　?。?-4）</b>

50、;</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p><b>　　則有</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　在QPSK系統(tǒng)中，載波相位共有4種可能的取值，對于4個已調(diào)信號的矢量圖，如圖2.2所示，分別稱為/4-QPSK系統(tǒng)和

51、/2-QPSK系統(tǒng).從圖2中可以看出,QPSK信號可以看作是載波相互正交的兩個BPSK信號之和.</p><p>　　圖2.2 QPSK信號矢量圖</p><p>　　通常,QPSK不能用同步檢波以外的方式接收信號.研究如圖2.3所示的收信機(jī)框圖,發(fā)信端的載波設(shè)為四相,即、、、進(jìn)行發(fā)送，收信機(jī)采用的PSK方式，因此，低通濾波器LPF的輸出信號按照相位進(jìn)行不同組合【13】。如表2.2所列，與

52、時，輸出與PSK相同；而與時，輸出都為0。因此，對于PSK收信機(jī)不能區(qū)分與的相位。</p><p><b>　　（a）本振為和</b></p><p><b>　?。╞）前兩者的結(jié)合</b></p><p>　　圖2.3 QPSK收信機(jī)</p><p>　　表2.2 信號相位輸出</p>

53、<p>　　此外，QPSK發(fā)信機(jī)的構(gòu)成與正交收信機(jī)類似，有用基帶波形調(diào)制和有用基帶波形調(diào)制的部分如圖2.4所示。這樣的調(diào)制裝置稱為正交調(diào)制器，它用于復(fù)雜調(diào)制波的調(diào)制。在與載波相乘之前，還需另一電路把發(fā)信比特序列上下分開。這里，每2b讀取1b，使比特的持續(xù)時間加長一倍，把振幅值變?yōu)?，為上下支路提供基帶波形【14】。</p><p>　　圖2.4 QPSK正交調(diào)制器</p><p&

54、gt;　　第3章 基于軟件無線電的QPSK調(diào)制與解調(diào)電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1實(shí)驗(yàn)箱介紹</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)箱如下圖：</p><p>　　圖3.1軟件無線電實(shí)驗(yàn)箱</p><p>　　其中2個CPU板，2個的本振信號源，一個的發(fā)射機(jī)和一個的接收機(jī)，以及若干電源，還有一個通過A/

55、D轉(zhuǎn)換接口的仿真器。其中有5V-3A的電源接CPU，途中有屏幕的其中一個，還有一個5V-2A的電源有兩個輸出口，分別接本振信號源，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)。另外還有一個DSP開發(fā)系統(tǒng)的仿真器，接在有屏幕的上方，連接是注意CPU板不能帶電插拔仿真器串口，仿真器串口JTAG接口突出部分需要朝下。</p><p>　　在計(jì)算機(jī)上安裝好CCS3.1程序，此時實(shí)驗(yàn)板上的LED指示燈四亮一滅，仿真器上的POWER燈變亮【15】。<

56、;/p><p>　　設(shè)計(jì)的軟件運(yùn)行是按照如下步驟進(jìn)行：</p><p>　　開啟計(jì)算機(jī)，運(yùn)行CCS軟件，此時軟件會提示未連接按下圖選擇Debug/Connect,CCS將會鏈接到目標(biāo)板上。</p><p>　　圖3.2 連接實(shí)驗(yàn)箱</p><p>　　此時CCS軟件正常啟動。</p><p>　　加載實(shí)驗(yàn)程序，在CCS主界

57、面中選擇：Project/Open</p><p>　　圖3.3加載所需程序</p><p>　　得到下圖后加載后綴名為.pjt的程序</p><p>　　圖3.4加載pjt程序</p><p>　　打開程序后選擇編譯程序（Project/Rebuild All）</p><p><b>　　圖3.5編譯程序

58、</b></p><p><b>　　然后下載程序</b></p><p>　　圖3.6下載程序進(jìn)CPU</p><p>　　選擇Load Program</p><p>　　圖3.7加載Dubug</p><p>　　這時程序已經(jīng)下載完成，然后按F5運(yùn)行程序，通過CCS提供的圖形窗觀

59、察信號，在（View\Graph\Time/Frequence）</p><p>　　圖3.8選擇CCS圖形窗</p><p>　　3.2 QPSK調(diào)制</p><p>　　3.2.1 QPSK調(diào)制的基本原理</p><p>　　QPSK（四進(jìn)制移相鍵控）信號的正弦載波有四個可能的離散相位狀態(tài)，每個載波相位攜帶2個二進(jìn)制符號。 QPSK信號有

60、00、01、10、11四種狀態(tài)。所以，對輸入的二進(jìn)制序列，首先必須分組，每兩位碼元一組。QPSK信號實(shí)際上是兩路正交雙邊帶信號。首先產(chǎn)生兩種不同相位的載波信號f1和f2，直接用輸入雙比特去選擇載波的相位，得到同相支路和正交支路，再將這兩路信號疊加，就可以得到QPSK信號。最后通過信道發(fā)送到接收端【16】。</p><p>　　QPSK又稱4PSK，即正交相移鍵控【17】。類似于BPSK，正交相移鍵控（QPSK）是

61、用二進(jìn)制數(shù)字信號控制載波的四個相位，這四個相位通常相隔，這四個相位可以是0，，，，或者是，，，，它們分別代表對應(yīng)的數(shù)字信息11.01.00和10，我們在這里暫且采用后者。</p><p>　　QPSK信號的產(chǎn)生方法有正交調(diào)制法，相位選擇法等等。相位選擇法其調(diào)制器方框如圖3.9:</p><p>　　圖3.9：相位選擇法產(chǎn)生QPSK信號</p><p>　　在上圖中，

62、用數(shù)字信號去選擇所需相位的載波，從而實(shí)現(xiàn)相移鍵控【18】。載波發(fā)生器產(chǎn)生4種相位，輸入的數(shù)字信息經(jīng)串并變換成為雙比特碼，經(jīng)邏輯選擇電路，每次選擇其中一種作為輸出，然后經(jīng)過帶通濾波器濾除高頻分量，這是一種全數(shù)字化的方法，適合于載頻頻率較高的場合。</p><p>　　在BPSK調(diào)制中，同相流以+1或-1對正弦函數(shù)進(jìn)行幅度調(diào)制，產(chǎn)生一個BPSK波形。同樣，正交相位流對正弦函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生另一個與前面余弦函數(shù)產(chǎn)生波形

63、正交的BPSK波形。這樣這兩個正交BPSK波形的和就產(chǎn)生QPSK波形。</p><p>　　令為QPSK波形，表達(dá)式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　將和代入后，變?yōu)椋?lt;/b></p><p><b>　?。?-2）</b><

64、;/p><p>　　其中，由此我們可以得到的值對應(yīng)于和的四種組合，如表3.1所示：</p><p>　　表3.1反向業(yè)務(wù)信道的和映射【19】</p><p>　　3.2.2 QPSK調(diào)制的電路原理圖</p><p>　　圖3.10 QPSK調(diào)制電路</p><p>　　在本實(shí)驗(yàn)中我們依據(jù)基本原理，將不同碼型所對應(yīng)的相位作了

65、適當(dāng)調(diào)整，方便軟件實(shí)現(xiàn)【20】。當(dāng)，時，；當(dāng)，時，；，，,當(dāng),時，。在實(shí)驗(yàn)的過程中，我們采用的和序列分別為，。</p><p>　　3.2.3 調(diào)制電路的程序</p><p><b>　　詳細(xì)程序參見附錄1</b></p><p>　　3.2.4 調(diào)制電路仿真結(jié)果</p><p>　　按照試驗(yàn)箱的使用程序進(jìn)行系統(tǒng)連接，上

66、電復(fù)位，運(yùn)行CCS軟件等步驟。按照實(shí)驗(yàn)箱的方法加載相關(guān)程序（原始輸入?yún)⒖即a型為11001100），加載完畢后，單擊“Run”快捷方式按鈕，或者按F5，或者選擇debug/Run運(yùn)行程序。在實(shí)驗(yàn)中，可以通過改變數(shù)字信源的設(shè)置來改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并可以通過CCS提供的圖形窗觀察信號，在（View\Graph\Time\Frequnence）。</p><p>　　圖3.11圖形觀察參數(shù)設(shè)置</p><

67、p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察</b></p><p>　　圖3.12 仿真結(jié)果圖形</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)的舉例中，我們使用的同相序列I：11101100和正交相序列Q:10000011</p><p>　　圖3.13 I路和Q路圖形</p><p>　　圖3.14 各個相位對應(yīng)賦值</p>&l

68、t;p>　　如圖3.13所示,我們使用的同相序列和正交相序列所對應(yīng)的I(t)和Q(t)圖,和起來為(1.1),(1.0),(1.0),(0.0),(1.0),(1.0),(0.1),(0.1)按圖3.14所示組合起來就是圖3.13(B)圖的圖形,也就是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖形,由此可以得出,實(shí)驗(yàn)的程序和過程都是正確的。</p><p>　　3.3 QPSK解調(diào)</p><p>　　3.3.1

69、QPSK解調(diào)的基本原理</p><p>　　QPSK為載波調(diào)制，因此可以用平方環(huán)法或者用科斯塔斯環(huán)法（COSTAS）從調(diào)制信號中分離出載波，進(jìn)行相干解調(diào)【21】。調(diào)制信號先由位同步提取電路提取出載波同步信號，然后由載波同步信號來控制計(jì)數(shù)器的啟動與停止，分別對調(diào)制信號來計(jì)數(shù)，最后通過一個判決電路來判斷輸入的調(diào)制信號是‘0’ 還是‘1’，輸出的即為解調(diào)的基帶信號。QPSK信號是兩個正交的2PSK信號的合成，所以可仿照

70、2PSK信號的相干解調(diào)法，用兩個正交的相干載波分別檢測A和B兩個分量，然后還原成串行二進(jìn)制數(shù)字信號，即可完成QPSK信號的解調(diào)。QPSK的解調(diào)與BPSK的解調(diào)一樣，QPSK的解調(diào)也采取了相干解調(diào)的方式【22】。QPSK信號同時被送到解調(diào)器的兩個信道，在相乘器中分別與對應(yīng)的載波相乘：一路信號與余弦函數(shù)相乘后經(jīng)過相位判決得到I路信號；另一路信號與正弦函數(shù)相乘后經(jīng)過相位判決得到Q路信號。</p><p>　　3.3.2

71、 QPSK解調(diào)的電路原理圖</p><p>　　圖3.13 QPSK解調(diào)電路圖</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用的I路和Q路序列分別為：，，先對其進(jìn)行QPSK調(diào)制，然后在進(jìn)行調(diào)制，最后得到和輸入的I,Q序列一樣的數(shù)字序列。</p><p>　　3.3.3 解調(diào)電路的程序</p><p><b>　　詳細(xì)程序參見附錄2</b>

72、;</p><p>　　3.3.4 解調(diào)電路的仿真結(jié)果</p><p>　　按照實(shí)驗(yàn)箱的步驟進(jìn)行系統(tǒng)連接，上電復(fù)位，運(yùn)行CCS軟件等步驟。并加載相關(guān)程序（原始輸入?yún)⒖即a型為11001100），加載完畢后，單擊“Run”快捷方式，或者按F5，或者選擇debug/Run運(yùn)行程序。在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中，可以通過改變數(shù)字信源的設(shè)置來改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并可以通過CCS提供的圖形觀察窗口觀察信號（在View\

73、Graph\Time/Frequence）。</p><p>　　圖3.14 I路QPSK圖形設(shè)置 </p><p>　　圖3.15 I路QPSK解調(diào)</p><p>　　圖3.16 Q路QPSK圖形設(shè)置</p><p>　　圖3.17 Q路QPSK解調(diào)圖形</p><p>　　在仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，從圖3.1

74、5中可以看出，高的為1低的為0，可以讀出，可知實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確。同時在圖3.17中也可以得出結(jié)果，，通過QPSK解調(diào)的實(shí)驗(yàn)，得出正確的結(jié)果。</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　本次QPSK調(diào)制方案的實(shí)現(xiàn)，通過多方面的搜集資料，以及靈活運(yùn)用以前所學(xué)的知識，熟練掌握了QPSK調(diào)制與解調(diào)的基本原理，CCS語言的編程規(guī)則與運(yùn)用。并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基于

75、軟件無線電的QPSK調(diào)制方案的實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)，同時分析調(diào)制與解調(diào)的仿真結(jié)果，總結(jié)此方案的可行性和不足，分析該方案的優(yōu)越性，以及QPSK調(diào)制方式的優(yōu)越性。</p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在大學(xué)生涯中對一個課題研究最為深入的一次設(shè)計(jì)，通過這次的設(shè)計(jì)，我學(xué)會了如何根據(jù)一個課題去查找，搜集相關(guān)的資料。又如何去篩選所搜集的資料，并且歸納所搜集的資料，從所搜集的資料中找到自己課題的突破點(diǎn)等等。由于以前接觸過C語言的程序編

76、程，所以進(jìn)行該設(shè)計(jì)時，入手比較快，遇到的困難不是很多，而且總能找到新的方法來解決即時遇到的問題。因此，我的設(shè)計(jì)工作相對還是比較順利的。通過這次大型的設(shè)計(jì)，我對C語言及可編程邏輯器件都有了更深的理解，并且能過熟練的運(yùn)用該語言進(jìn)行邏輯器件功能的編程這次的設(shè)計(jì)，可以時候是我對QPSK調(diào)制方式進(jìn)行深入研究的一次設(shè)計(jì)，并且讓我有機(jī)會解決了一些在以前一直存在疑惑的問題。通過查閱文獻(xiàn)，我對編程有了一定的了解。通過查閱文獻(xiàn)，我對QPSK調(diào)制解調(diào)的原理有

77、了更深的理解、以前學(xué)習(xí)《通信原理》時，只是對QPSK的理論分析有了一定的掌握，但從來沒有接觸過實(shí)踐方面的東西，軟件硬件都不熟悉，通過這次的設(shè)計(jì)，我對QPSK的了解更一步的深刻。QPSK即四相相移鍵控，QPSK調(diào)制技術(shù)與FSK,BPSK等調(diào)制技術(shù)相比，不但抗干擾能力強(qiáng)，而且更經(jīng)濟(jì)有效地利用頻帶，QPSK廣泛應(yīng)用于數(shù)</p><p>　　總之，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我接觸并學(xué)到了很多新的知識，并且通過這次的設(shè)計(jì)，讓我

78、有機(jī)會弄明白了很多以前一知半解的東西，可以說，這次的設(shè)計(jì)時我整個學(xué)習(xí)生涯中收獲最大也是最多的一次。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]郭悌云.數(shù)字移動通信（M）.北京:人民郵電出版社,1995:197-211</p><p>　　[2]A H Aghvami.Digital modulation techn

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89、<p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i=0,j=0;</p><p>　　void PhaseSelection(int a);/*相位選擇函數(shù)聲明*/</p><p>　　void multiply();/*本地信號相乘函數(shù)聲明*/<

90、;/p><p>　　void IQ_Decision();/*IQ兩路判決函數(shù)聲明*/</p><p>　　/***********************原6713中所需的配置(xt1029)************/</p><p>　　/* DSP initialization

91、 */</p><p>　　CSR=0x100; /* Disable all interrupts */</p><p>　　IER=1; /* Disable all interrupts except NMI */</

92、p><p>　　ICR=0xffff; /* Clear all pending interrupts */</p><p>　　// PLL Configuration</p><p>　　// startPLL();</p><p>　　// delay();</p>

93、;<p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_GCR = 0x3778;</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_CE0 = 0x30; /* EMIF CE1 control, 32bit */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_CE1 = CE

94、1_8; /* EMIF CE1 control, 32bit */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_CE2 = 0x30; /* EMIF CE1 control, 32bit */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_CE3 = CE1_32; /* EMIF C

95、E1 control, 32bit */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_SDCTRL = 0x07126000; /* EMIF SDRAM control */ </p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_SDRP = 0x61a; /* EMIF SDRM refresh per

96、iod */</p><p>　　*(unsigned volatile int *)EMIF_SDEXT= 0x54529; /* EMIF SDRM extension */</p><p>　　/* Configure L2 for 64K Cache and enable caching of external memory*/</p><p>

97、;　　for(i=0;i<5;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　*(short int *)(0xB0040000) = 0x000; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(i=0;i<5;i++)</p&

98、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　*(short int *)(0xB0040000) = 0x001; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　submit_qdma();</p><p><b>　　wait();<

99、/b></p><p><b>　　i=0;</b></p><p>　　submit_qdma();</p><p><b>　　wait();</b></p><p><b>　　i=0;</b></p><p>　　for(i=0;i<

100、5;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　*(short int *)(0xB0040000) = 0x000; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=0;i<5;i++)</p><p><

101、b>　　{</b></p><p>　　*(short int *)(0xB0040000) = 0xFFFFFFFF; </p><p>　　*(short int *)(0xB004000C) = 0xFFFFFFFF; </p><p>　　*(short int *)(0xB0040010) = 0xFFFFFFFF; <

102、/p><p><b>　　} </b></p><p>　　IRQ_setVecs(vectors); </p><p>　　IRQ_globalEnable(); </p><p>　　IRQ_nmiEnable(); </p><p>　　IRQ_ma

103、p(IRQ_EVT_EXTINT4, 4); </p><p>　　IRQ_reset(IRQ_EVT_EXTINT4); </p><p>　　IRQ_enable(IRQ_EVT_EXTINT4);</p><p>　　/*************************配置完畢(xt1029)****************************/<

104、/p><p>　　for(i=0;i<SineLength;i++)/*在sin_data[]和cos_data[i]里面存儲一個波形*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　sin_data[i]=(int)(64.0*sin(2*pi*i/(SineLength)));/*調(diào)用sin函數(shù)*/</p>

105、<p>　　cos_data[i]=(int)(64.0*cos(2*pi*i/(SineLength)));/*調(diào)用cos函數(shù)*/</p><p><b>　　}</b></p><p>　　i=SineLength;</p><p>　　for(j=0;j<SineLength;j++)/*再往sin_data[]里存儲一個

106、sin波形，這樣sin_data[]里有兩個sin波行,便于QPSK的相位選擇*/</p><p><b>　　{</b></p><p>　　sin_data[i++]=sin_data[j];</p><p><b>　　} </b></p><p>　　for(j=0;j<InputLe

107、ngth;j++) //QPSK相位選擇 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(I[j]==0&&Q[j]==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PhaseSelection(p1);/*選擇pi/4的相位

108、*/</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(I[j]==0&&Q[j]==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PhaseSelection(p2);/*選擇3pi/4的相位*/</p><p>

109、;<b>　　}</b></p><p>　　else if(I[j]==1&&Q[j]==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PhaseSelection(p3);/*選擇5pi/4的相位*/</p><p><b>　　}</b>

110、;</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　PhaseSelection(p4);/*選擇7pi/4的相位*/</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

111、　}</b></p><p>　　asm(" nop");</p><p>　　multiply();/*本地信號相乘函數(shù)調(diào)用*/</p><p>　　IQ_Decision();/*IQ兩路判決函數(shù)調(diào)用*/</p><p>　　for(i=0;i< OutputLength+8;i++)</p&g

112、t;<p>　　// for(i=0;i<20;i++)</p><p>　　{ *( int *)(0x30000+4*i) = I_DeQPSK[i];//把數(shù)據(jù)給一個地址，然后從這個地址看結(jié)果(xt1029)</p><p>　　*( int *)(0x31000+4*i) = Q_DeQPSK[i];</p><p><b>　

113、　} </b></p><p><b>　　for(;;);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/***************相位選擇函數(shù)定義開始*******************/</p><p>　　void PhaseSelection(